引言：

　　油田從采集原油，到原油的存儲，有一個(gè)比較復雜的輸送過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，油水分離是比較關(guān)鍵的環(huán)節。主要有兩個(gè)指標：

　　1、 要保證一定的管道輸液量；

　　2、 輸送的原油含水率控制在30%～35%。

    即：一方面，長(cháng)輸管道輸送的油水混合物要保證一定的輸量。如采油二廠(chǎng)目前要保證58 m3/ h,即每天要有1400 m3/日輸量；另一方面，所輸油水混合物的含水率不能太高，如果保證1400 m3的管輸量的前提下，純原油量應保證在900 m3 以上，即含水不能超過(guò)35%。

　　要實(shí)現以上指標，必須在油水分離時(shí)嚴格控制含水率，并將水快速排掉。為實(shí)現這個(gè)過(guò)程，油田在總結以前工頻控制的基礎上，綜合考慮各方面的因素后，決定利用油水界面控制轉水泵轉速，實(shí)現油水界面穩定的自動(dòng)控制。

    一、 油水分離的控制過(guò)程

    油水分離的控制過(guò)程可有以下簡(jiǎn)意圖表示之，如圖1。

　　從油田上采集的是油水混合物，通過(guò)各個(gè)混輸泵輸送到計轉站的千方罐中，此時(shí)由于油的密度低，浮于上面，水的密度高，沉于下面，形成了一個(gè)油水界面。通過(guò)在千方罐安裝視頻，將油水界面信號傳于控制室，操作人員即可根據此信號判斷罐中的液位，從而進(jìn)行有效的控制。

　　1、 油水界面高，則水層多，油層少，輸送油水混合物的含水率就高，管輸量就會(huì )超標，因此應提高轉速，降低油水界面，保證管輸量在規定范圍內。

　　2、油水界面低，則油層多，水層少。這一方面，純油流入500 m3管的量就多；另一方面，輸送油水混合物含水率太低，在輸送過(guò)程中油就發(fā)稠，甚至發(fā)生凝結事故。因此這時(shí)就必須降低轉速，使水層保持一定的量，提高輸送油水混合物的含水率，既使油水界面保持到一定位置，又可使原油迅速流出，保證一定的含水量，降低原油凝結事故的發(fā)生率。

　　總之，對千方罐而言，罐內油水界面高，要快速抽水，使水量降低，保證管輸油的含水率不能超標；罐內油水界面低時(shí)，要減少抽水，使罐內液位穩定 ，油能從千方罐迅速流出，保證輸油量。

    改造前采用兩臺轉水泵工頻運行。當油水分界面低時(shí)，一臺泵運行；當油水界面較高時(shí)，兩泵并聯(lián)運行。當油水界面超低時(shí)，到達下限，兩泵都停止，以保持罐內水位。這樣人工控制，頻繁啟動(dòng)，不但造成操作人員勞動(dòng)強度增大，也造成轉水泵電能損耗增加，且油水界面控制不穩定，增加油水處理的難度。改造后使變頻器的頻率跟蹤油水界面的移動(dòng)，油水界面高時(shí)提高轉速，界面低時(shí)降低轉速，實(shí)現油水界面的自動(dòng)控制，即減輕操作人員的工作強度，又降低了電能的損耗，起到節能降耗的作用。

    二、變頻控制的過(guò)程

    1、變頻控制的原理

    根據電機的轉速公式
    n=60f＊（1－s）/p
    式中，n————————————電機轉速
          f————————————-電源頻率
          s————————————-電機的轉差率
          p——————————————電機的極對數
    當電機的參數不變時(shí)，即s、p不變時(shí)，n就正比于f,平滑的改變電機的供電頻率，則電機的轉速就會(huì )得到平滑的改變。

    2、控制過(guò)程

    轉水泵變頻控制的過(guò)程如圖2示：

　　如圖2所示，將油水界面的液位傳感器所變換的4—20mA電流信號分別傳至控制室及變頻控制的PID調節器，由PID進(jìn)行比例、積分、微分處理后送給變頻器，由該信號調節變頻器的頻率，即可調節水泵的轉速，實(shí)現頻率對液位的跟蹤。

　　根據千方罐的罐高，確定罐內油水界面的上下限，并確定液位的期望值，再根據油井產(chǎn)液量的多少，適當的進(jìn)行調整，在PID上設置上下限報警繼電器，由它來(lái)觸發(fā)第二臺泵的啟停。上限時(shí)啟動(dòng)第二臺泵，快速抽水，下限時(shí)停第二臺泵，由液位信號調節變頻器的頻率，進(jìn)而調整轉水泵的轉速，既可對系統實(shí)現自動(dòng)調節。

    系統控制的主電路如圖3示。

    根據工況，設定變頻器的最高頻率為50Hz，最低頻率為25Hz，變頻器為開(kāi)環(huán)運行，有PID 調整為閉環(huán)工作。

    3、調試過(guò)程

    該千方罐總高度為12.8米，出油口在10.0米，設定油水界面的最上限為9.80米，最低下限為9.50米。來(lái)液量多時(shí)，設定PID期望值（即目標值）為9.75米，上下限分別為9.80、9.70米。來(lái)液量少時(shí)，設定PID目標值為9.60米，上下限分別為9.65、9.55米，在上下限外時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)第二臺泵，而在上下限之間時(shí)，有液位信號調節變頻器的頻率，即可跟蹤控制。

　　PID的參數調整時(shí)，由于系統為液位高時(shí)轉速快，液位低時(shí)轉速慢，因此應設為正反饋，根據實(shí)際情況及油田操作人員的觀(guān)察，首先讓PID自整定，整定出的PID值分別為P：3276，I：50，dt: 193.

    觀(guān)察一段時(shí)間后，操作人員認為，頻率反應較慢，不能跟蹤液位的快速變化，于是提出要求，要求在設定值波動(dòng)范圍內，液位比設定值高出5cm時(shí)，頻率應升至50Hz，低于5cm時(shí)，頻率應降至最低值25Hz, 又對PID進(jìn)行適當調整，經(jīng)試驗，P為2000，I為100，dt為30，并減少反應時(shí)間t為1，則反應快速，可滿(mǎn)足系統要求。

    如當目標值設為9.55米時(shí)，液位在9.54——-9.56之間時(shí)，頻率維持在38.5Hz，當液位在9.57米時(shí)，頻率波動(dòng)，升至45Hz，在9.58——-9.59米時(shí)，頻率升至50Hz，上限設為9.60米，回差設為0.02米，則在9.62米時(shí)啟動(dòng)第二臺泵；當實(shí)際液位降至9.53米時(shí)，降 為31Hz，在9.52—9.51米時(shí)，降為25Hz，下限設為9.50米，在9.48米時(shí)停第二臺泵。

    觀(guān)察一月的運行情況，油田及操作人員比較滿(mǎn)意，系統穩定運行，達到了自動(dòng)控制的目的。調試完畢。

    4、現時(shí)的運行情況

    該系統經(jīng)以上改造后，基本處于以下運行狀態(tài):

    （1）供液正常時(shí), 即千方罐來(lái)液正常時(shí)，只要操作人員設定好PID的上下限，并設定PID的目標值為上下限中間值，則系統處于較理想的工況，由PID 調節變頻器的頻率，并有上下限值啟停第二臺泵，工作較穩定。

    （2）當供液較多或較少時(shí)，即千方罐來(lái)液較多或較少時(shí)，操作人員根據實(shí)際情況調整液位的上下限及PID 的目標值，則系統又在新的平衡狀態(tài)下建立新的穩定狀態(tài)。

    （3）根據這幾個(gè)月的觀(guān)察，操作人員每天根據液量的變化，有時(shí)調整一兩次，有時(shí)調整三四次，有時(shí)不調整，系統都能處于較好的控制狀態(tài)，達到了預期的效果。

    三、變頻改造后的效果：

　?。?）能穩定控制油水界面，使外輸混合液含水率穩定。即能保證管道輸量，又能保證含水率。

     變頻改造后，由油水界面調整變頻器的頻率，使轉水泵的轉速自動(dòng)跟蹤液位的變化。當液位較高時(shí)，自動(dòng)升至50Hz 運行，若再高，超出設定的上限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)備用泵。使系統原油水界面相對穩定，控制起來(lái)十分方便。

　?。?）減輕了工人的勞動(dòng)強度。原來(lái)工人觀(guān)察液位的變化后，再去啟停泵，有時(shí)一天十幾次，甚至二十幾次，不但費事、麻煩，勞動(dòng)強度高，而且交流接觸器頻繁動(dòng)作，也增加了器件的磨損，增加了不安全因素。

　?。?）節能，降低了電能的損耗。原來(lái)兩泵用于工頻，耗電大。經(jīng)變頻改造后，1﹟泵處于變頻狀態(tài)，在液位較低時(shí)運行在最低頻率（25Hz），相當于空載，大大節約了電能，根據2006年7月8月的統計結果顯示改造后比改造前大約節電30%，18.5KW＊2臺＊24小時(shí)/天＊365天/年＊30%= 97KW， 效果是十分明顯的。

    四、 系統需要改進(jìn)的地方

　?。?）該系統為兩臺18.5KW 的水泵并聯(lián)運行。若能改為一臺（如37KW或45KW 的）單獨運行，則效果會(huì )更好，兩臺18.5KW 的排量并不是一臺18.5W 的泵的排量的雙倍。單泵運行，不但減少了泵的損耗，控制起來(lái)也較方便。

　?。?）若用PLC 控制，使兩泵處于循環(huán)控制狀態(tài)。1﹟泵至50Hz后切換入工頻運行，變頻器再帶2﹟泵，使2﹟泵處于變頻狀態(tài)；同理當2﹟泵升至50Hz 時(shí)，又切入工頻運行，再有變頻器帶1﹟泵運行，這樣循環(huán)控制，效果也會(huì )更好。

    參考文獻：（略）

    作者簡(jiǎn)介：

    周加勝 畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)，在山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司從事產(chǎn)品研發(fā)工作