摘要：本文論述了青海油田采油二廠計轉(zhuǎn)站污水轉(zhuǎn)水泵采用變頻器實現(xiàn)自動控制的過程，指出了實現(xiàn)自動控制的意義。 Abstract: The Qinghai oil field the main body of a book has been discussed has counted the process rotating a station rotating a water pump adopt a frequency transformer to realize autocontrol , has pointed out the significance realizing autocontrol. 關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)水泵 輸油量 變頻控制 Keywords: Rotate a water pump Oil transportation amounts Frequency conversion under the control of 引言： 　　油田從采集原油，到原油的存儲，有一個比較復(fù)雜的輸送過程。在這個過程中，油水分離是比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。主要有兩個指標： 　　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，長輸管道輸送的油水混合物要保證一定的輸量。如采油二廠目前要保證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(yīng)保證在900 m3 以上，即含水不能超過35%。 　　要實現(xiàn)以上指標，必須在油水分離時嚴格控制含水率，并將水快速排掉。為實現(xiàn)這個過程，油田在總結(jié)以前工頻控制的基礎(chǔ)上，綜合考慮各方面的因素后，決定利用油水界面控制轉(zhuǎn)水泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)油水界面穩(wěn)定的自動控制。 一、 油水分離的控制過程 油水分離的控制過程可有以下簡意圖表示之，如圖1。 　　從油田上采集的是油水混合物，通過各個混輸泵輸送到計轉(zhuǎn)站的千方罐中，此時由于油的密度低，浮于上面，水的密度高，沉于下面，形成了一個油水界面。通過在千方罐安裝視頻，將油水界面信號傳于控制室，操作人員即可根據(jù)此信號判斷罐中的液位，從而進行有效的控制。 　　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，管輸量就會超標，因此應(yīng)提高轉(zhuǎn)速，降低油水界面，保證管輸量在規(guī)定范圍內(nèi)。 　　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，在輸送過程中油就發(fā)稠，甚至發(fā)生凝結(jié)事故。因此這時就必須降低轉(zhuǎn)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(jié)事故的發(fā)生率。 　　總之，對千方罐而言，罐內(nèi)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(nèi)油水界面低時，要減少抽水，使罐內(nèi)液位穩(wěn)定 ，油能從千方罐迅速流出，保證輸油量。 改造前采用兩臺轉(zhuǎn)水泵工頻運行。當油水分界面低時，一臺泵運行；當油水界面較高時，兩泵并聯(lián)運行。當油水界面超低時，到達下限，兩泵都停止，以保持罐內(nèi)水位。這樣人工控制，頻繁啟動，不但造成操作人員勞動強度增大，也造成轉(zhuǎn)水泵電能損耗增加，且油水界面控制不穩(wěn)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，油水界面高時提高轉(zhuǎn)速，界面低時降低轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)油水界面的自動控制，即減輕操作人員的工作強度，又降低了電能的損耗，起到節(jié)能降耗的作用。 二、變頻控制的過程 1、變頻控制的原理 根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速公式 n=60f＊（1－s）/p 式中，n————————————電機轉(zhuǎn)速 f————————————-電源頻率 s————————————-電機的轉(zhuǎn)差率 p——————————————電機的極對數(shù) 當電機的參數(shù)不變時，即s、p不變時，n就正比于f,平滑的改變電機的供電頻率，則電機的轉(zhuǎn)速就會得到平滑的改變。 2、控制過程 轉(zhuǎn)水泵變頻控制的過程如圖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(diào)節(jié)器，由PID進行比例、積分、微分處理后送給變頻器，由該信號調(diào)節(jié)變頻器的頻率，即可調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)頻率對液位的跟蹤。 　　根據(jù)千方罐的罐高，確定罐內(nèi)油水界面的上下限，并確定液位的期望值，再根據(jù)油井產(chǎn)液量的多少，適當?shù)倪M行調(diào)整，在PID上設(shè)置上下限報警繼電器，由它來觸發(fā)第二臺泵的啟停。上限時啟動第二臺泵，快速抽水，下限時停第二臺泵，由液位信號調(diào)節(jié)變頻器的頻率，進而調(diào)整轉(zhuǎn)水泵的轉(zhuǎn)速，既可對系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。 系統(tǒng)控制的主電路如圖3示。 根據(jù)工況，設(shè)定變頻器的最高頻率為50Hz，最低頻率為25Hz，變頻器為開環(huán)運行，有PID 調(diào)整為閉環(huán)工作。 3、調(diào)試過程 該千方罐總高度為12.8米，出油口在10.0米，設(shè)定油水界面的最上限為9.80米，最低下限為9.50米。來液量多時，設(shè)定PID期望值（即目標值）為9.75米，上下限分別為9.80、9.70米。來液量少時，設(shè)定PID目標值為9.60米，上下限分別為9.65、9.55米，在上下限外時自動啟動第二臺泵，而在上下限之間時，有液位信號調(diào)節(jié)變頻器的頻率，即可跟蹤控制。 　　PID的參數(shù)調(diào)整時，由于系統(tǒng)為液位高時轉(zhuǎn)速快，液位低時轉(zhuǎn)速慢，因此應(yīng)設(shè)為正反饋，根據(jù)實際情況及油田操作人員的觀察，首先讓PID自整定，整定出的PID值分別為P：3276，I：50，dt: 193. 觀察一段時間后，操作人員認為，頻率反應(yīng)較慢，不能跟蹤液位的快速變化，于是提出要求，要求在設(shè)定值波動范圍內(nèi)，液位比設(shè)定值高出5cm時，頻率應(yīng)升至50Hz，低于5cm時，頻率應(yīng)降至最低值25Hz, 又對PID進行適當調(diào)整，經(jīng)試驗，P為2000，I為100，dt為30，并減少反應(yīng)時間t為1，則反應(yīng)快速，可滿足系統(tǒng)要求。 如當目標值設(shè)為9.55米時，液位在9.54——-9.56之間時，頻率維持在38.5Hz，當液位在9.57米時，頻率波動，升至45Hz，在9.58——-9.59米時，頻率升至50Hz，上限設(shè)為9.60米，回差設(shè)為0.02米，則在9.62米時啟動第二臺泵；當實際液位降至9.53米時，降 為31Hz，在9.52—9.51米時，降為25Hz，下限設(shè)為9.50米，在9.48米時停第二臺泵。 觀察一月的運行情況，油田及操作人員比較滿意，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，達到了自動控制的目的。調(diào)試完畢。 4、現(xiàn)時的運行情況 該系統(tǒng)經(jīng)以上改造后，基本處于以下運行狀態(tài): （1）供液正常時, 即千方罐來液正常時，只要操作人員設(shè)定好PID的上下限，并設(shè)定PID的目標值為上下限中間值，則系統(tǒng)處于較理想的工況，由PID 調(diào)節(jié)變頻器的頻率，并有上下限值啟停第二臺泵，工作較穩(wěn)定。 （2）當供液較多或較少時，即千方罐來液較多或較少時，操作人員根據(jù)實際情況調(diào)整液位的上下限及PID 的目標值，則系統(tǒng)又在新的平衡狀態(tài)下建立新的穩(wěn)定狀態(tài)。 （3）根據(jù)這幾個月的觀察，操作人員每天根據(jù)液量的變化，有時調(diào)整一兩次，有時調(diào)整三四次，有時不調(diào)整，系統(tǒng)都能處于較好的控制狀態(tài)，達到了預(yù)期的效果。 三、變頻改造后的效果： 　　（1）能穩(wěn)定控制油水界面，使外輸混合液含水率穩(wěn)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(diào)整變頻器的頻率，使轉(zhuǎn)水泵的轉(zhuǎn)速自動跟蹤液位的變化。當液位較高時，自動升至50Hz 運行，若再高，超出設(shè)定的上限時自動啟動備用泵。使系統(tǒng)原油水界面相對穩(wěn)定，控制起來十分方便。 　?。?）減輕了工人的勞動強度。原來工人觀察液位的變化后，再去啟停泵，有時一天十幾次，甚至二十幾次，不但費事、麻煩，勞動強度高，而且交流接觸器頻繁動作，也增加了器件的磨損，增加了不安全因素。 　　（3）節(jié)能，降低了電能的損耗。原來兩泵用于工頻，耗電大。經(jīng)變頻改造后，1﹟泵處于變頻狀態(tài)，在液位較低時運行在最低頻率（25Hz），相當于空載，大大節(jié)約了電能，根據(jù)2006年7月8月的統(tǒng)計結(jié)果顯示改造后比改造前大約節(jié)電30%，18.5KW＊2臺＊24小時/天＊365天/年＊30%= 97KW， 效果是十分明顯的。 四、 系統(tǒng)需要改進的地方 　?。?）該系統(tǒng)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，又切入工頻運行，再有變頻器帶1﹟泵運行，這樣循環(huán)控制，效果也會更好。 參考文獻：（略） 作者簡介： 周加勝 畢業(yè)于山東工業(yè)大學，在山東新風光電子科技發(fā)展有限公司從事產(chǎn)品研發(fā)工作