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和利時DCS控制系統在原油穩定壓縮機中的應用

   2012年01月09日 14:09  
  摘要:文章介紹了DCS系統在壓縮機裝置的應用,包括DCS系統特點,自控改造方案,設備儀表選型,報警措施等。
    
  1、引言
  
  原油穩定壓縮機是油氣集輸系統生產中原油穩定、油氣處理的重要設備,該裝置工藝流程復雜,生產過程易燃易爆,同時對生產參數的控制要求嚴格。油氣集輸系統中的聯合站大都利用壓縮機作為原油穩定、油氣處理的裝置。
  
  目前壓縮機控制儀表全部是電-Ⅱ型儀表,為220V供電,防爆等級低,無數據遠傳功能;大多數參數調節靠人為手動,或者靠簡單的儀表進行監測;儀表的故障率較高,控制效率低;生產出現故障時,也不容易查找事故原因,造成了生產、安全等諸多不穩定的因素;同時又不能對生產參數的歷史數據進行儲存,不便于生產管理,嚴重限制了壓縮機裝置自動化技術的進一步提高,成了阻礙該裝置自動化改造的瓶頸.為了克服以上毛病,提高壓縮機自動運行的能力,達到提前預警的目的,同時確保原油的產量和質量,提高原油的外輸率,應用DCS作為新的控制系統對該裝置進行改造勢在必行。
  
  2、總體方案設計
  
  2.1、總體方案簡介
  
  壓縮機裝置有30多個重要的生產參數,各生產參數相互牽制與影響。該裝置對生產參數的要求較高,具體要求如下:進氣壓力<-0.05Mpa,排氣壓力>0.35Mpa,排氣溫度>85℃,機油壓力<0.25Mpa,機油溫度>65℃,必須進行聲光報警,提醒操作人員及時處理,確保生產的安全;如果排氣壓力>0.45Mpa,排氣溫度>95℃,機油壓力<0.15Mpa,機油溫度>70℃,必須進行停機處理。將壓縮機的生產參數如溫度、壓力等分為兩路輸入控制系統:一路引入報警設定器,報警設定器根據內部的參數設定的報警值,檢測生產參數,如果生產參數異常,則發出故障報警信號,停止壓縮機,保障設備、生產的安全;另一路引入DCS系統,進行參數的常規顯示和流程畫面,在發生故障或壓縮機停機時,進行聲光報警,提示操作人員,有效防止誤操作,緊急排除險情。該系統提供歷史數據瀏覽查詢功能,可以對歷史數據進行跟蹤查詢,為分析故障原因提供方便。整套系統相輔相成,界面友好直觀,操作方便,既節省了人力資源,又提高了工作效率。
  
  2.2控制系統的技術簡介
  
  具有代表性的是FOCS系統和MACS系統,這兩種控制系統都具有開放的體系結構,可提供多層的開放數據接口,具備強大的處理功能,提供了方便的組態;支持多種現場標準,可以適應未來的擴展需要;并且系統可靠性高,維修方便。系統的冗余、容錯、自診斷能力較強,能力也比較強大。不管在功能,還是在穩定性和實用性等方面都滿足了該裝置自控的需要。
  
  1)、控制系統的*性:
  
  投資少,供貨周期短,備品備件有保障。
  
  控制水平更加多樣化,可以滿足多復雜控制方案的實現。
  
  有利于集中控制,減少了系統維護量及相關備品備件的更換。
  
  系統采用冗余,大大增加了系統的安全可靠性。
  
  充分利用計算機的*性,對現場儀表進行故障診斷和在線調整
  
  減少了裝置操作人員和維護人員的勞動強度,減員增效。
  
  2)、控制系統的技術新特點
  
  a、系統是以微處理器為基礎的智能分散結構,軟硬件的緊密結合使系統能力充分發揮。
  
  b、控制器采用冗余配置,具有高度的可靠性,系統內任何一個組件發生故障,均不會影響整個系統的工作。
  
  c、底層連接的網絡化、I/O模塊的全智能化,熱備份的冗余技術,可靠的帶電拔插的技術特征。
  
  d、組態軟件功能具有標準的SFC、FBD、LD、ST、FM5種組態工具,圖形工具里有豐富的圖形庫,很快就能繪出界面友好的流程圖。
  
  e、系統網絡為100M冗余快速以太網,極大加速了網絡速度,對將來的擴容和改造留下了充分的余地。
  
  f、采用*開放的、*的軟硬件技術,結構靈活、安全便利、維護簡單。
  
  3)、系統組態及人機交互界面
  
  組態軟件為和利時的DCS系統FOCS或MACS,軟件平臺為中文WIN2000,配置數據交換網卡,將數據發布到MIS網上,實現壓縮機生產參數的共享;在其它崗位或辦公室的計算機上配置實時信息采集軟件,可以了解壓縮機的參數和運行情況。組態軟件主要包括五個子系統:系統配置、數據庫生系統、控制方案生成、圖形生成、報表生成。另外還有歷史庫生成和共享庫生成。控制系統通過下位機組態軟件編輯程序,控制壓縮機運行;上位機組態軟件編輯流程圖畫面,供人機對話。壓縮機根據程序運行,實現報警聯鎖,一旦發生報警,計算機界面將彈出報警畫面,提醒操作人員對生產情況及時處理,保障生產的安全運行。控制系統的主要功能:數據采集及處理,流程操作控制及監督管理,操作畫面顯示及報警顯示,歷史數據儲存功能,設備和狀態監視,程序控制,報表打印,執行緊急關斷邏輯。
  
  2.3、控制系統和儀表的選型
  
  為保證壓縮機連續、、可靠的運行,選用北京和利時股份有限公司開發的DCS系統作為控制系統,由于壓縮機裝置運行起來振動相對較大,并且對溫度、壓力的要求較高,因此,儀表選用抗振性能較好的產品鎧裝一體化溫度變送器和壓力變送器,用進口的報警設定器與繼電器的結合來控制壓縮機的啟停,同時將報警信號引入計算機控制系統,及時進行聲光報警和報警彈圖。
  
  報警設定器選用美國的多路輸出報警輸出控制器,該設備運行可靠,維護量小,運行時間長。
  
  3、控制系統硬件設計
  
  3.1、硬件配置
  
  壓縮機裝置的控制系統主要組成部分:2臺服務器(又叫控制站,冗余配置),2臺操作員站(其中一套兼做工程師站),現場控制站,通訊站,1臺打印機。
  
  系統的網絡拓圖見下圖:
  
  3.2、報警設定器
  
  這是本次壓縮機自動化改造的成功之處。報警設定器選用美國的多路輸出報警控制器,該設備采用的數字技術和微處理器對現場來的信號進行報警,有單通道和雙通道兩種形式,同時可輸出模擬信號。報警設定器面板上有自診斷指示和輸出指示燈,隨時監視每個通道的工作狀態。該設備模塊化設計,運行可靠,維護量小。
  
  壓縮機的連鎖停機控制很重要,用報警設定器代替原有電氣控制柜電-Ⅱ型儀表,改為低電壓(24V)控制,在新的電氣控制柜中增加24V繼電器,控制壓縮機的運行;利用報警設定器的模擬輸出既保證信號的采集,又能完成壓縮機的報警保護。在正常情況下,一旦壓縮機運行,就不要求停機。報警設定器可解決在計算機出現故障或需要維護系統時,不停機控制壓縮機的運行。這樣即使在自控系統或計算機停止運行時,壓縮機也能正常運行,減少了壓縮機停機時間。
  
  報警設定控制回路圖如下:
  
  4、系統的應用效果與分析
  
  河口采油廠聯合站,如首站、大北站的壓縮機控制采用DCS改造后,壓縮機運行穩定,工人勞動強度低,系統工作穩定可靠,數據實時采集、許算和統計,大大提高了壓縮機故障處理的及時性、準確性,提高了工作效率和管理水平。同時壓縮機DCS自成系統,及可以單獨控制,又可以連在聯合站的大系統中,為聯合站的自動化改造提供了可靠基礎。
  
  5、結束語
  
  壓縮機裝置對原油資源的處理,既節約了資源,又zui大限度地減少了對大氣環境的污染,做到了社會效益、經濟效益、環境效益三效益的協調統一。采用DCS集散控制系統后,隨著產品質量的提高,極大地拓展了企業的盈利空間,進一步增強了企業的市場競爭能力,促進了企業在技術與管理方面走上一個嶄新的高度。DCS控制系統的優勢,在于可以靈活簡便的實現多種控制方案,DCS系統在壓縮機生產過程中的應用,是油田穩定系統發展的必然趨勢。隨著自動化技術的不斷發展和完善,成本大幅度下降,可靠性不斷提高,壓縮機采用DCS控制系統控制,就可實現生產過程中的快速、準確、平穩和可靠的操作,達到提率,節約能源的目的。

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