液位-流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)在氣田污水處理中的應(yīng)用

李 波

（中石化石油工程設(shè)計有限公司成都分公司，成都 610091）

0 引言

集氣總站原生產(chǎn)流程中，本站生產(chǎn)污水通過排污總管直接進入污水汽提塔處理后外輸，如圖1所示。污水主要來源于各工藝設(shè)備，包括收球筒、生產(chǎn)分離器、放空管排液罐以及外輸管匯排污管線。由于進入污水汽提塔的污水直接受上述各工藝設(shè)備的影響，液量不穩(wěn)定，波動太大。如果流量很小甚至為零時，單質(zhì)硫等固體雜質(zhì)在污水汽提塔或排污管線中沉積，堵塞污水汽提塔和排污管線；而當(dāng)在清管、放空時污水流量急劇上升，大量液體在短時間內(nèi)排入污水汽體塔，導(dǎo)致污水汽提塔汽提效果不佳，影響正常生產(chǎn)。

為了解決上述問題，考慮在污水汽提塔前增加一個污水緩沖罐，污水緩沖罐液相出口通過泵將污水送人污水汽提塔。污水緩沖罐作為一個緩沖容器，雖然能解決液量不穩(wěn)定的問題，但同時我們將面臨連續(xù)生產(chǎn)中前后設(shè)備之間供求之間的矛盾。因為在連續(xù)生產(chǎn)過程中，一方面希望污水緩沖罐液位保持相對穩(wěn)定，另一方面又希望的污水汽提塔進口流量平穩(wěn)[1]。

圖1 原污水汽提塔污水管線工藝流程

1 應(yīng)用串級-均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1.1 調(diào)節(jié)方案比較

污水緩沖罐罐底的排量剛好是污水汽提塔的進口流量，由于上游污水量變化的不確定性，假設(shè)我們只為了穩(wěn)定污水緩沖罐的液位，設(shè)液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，那么污水汽提塔的進口流量的穩(wěn)定將得不到保證，流量必將是一個波動值；又假設(shè)只為了穩(wěn)定污水汽提塔的進口流量，設(shè)置流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，那么污水緩沖罐的液位也會波動，甚至?xí)霈F(xiàn)液位超低或超高的情況。因此，要完全使液位和流量處于絕對的平衡，幾乎是不可能的，使用單通道控制往往顧此失彼，很難解決根本問題[2]。

如果既要穩(wěn)定污水緩沖罐的液位，又要保證污水汽提塔進口流量的穩(wěn)定而設(shè)置兩個單回路的調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行控制，2個控制系統(tǒng)將會發(fā)生矛盾 ,解決這個矛盾的有效辦法就是采用均勻調(diào)節(jié)。但是，簡單均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)只適用于干擾較小、對流量均勻程度要求不高的場合,為提高控制效果，特地引入串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行控制。

1.2 串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)

均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)則指前后兩個設(shè)備被調(diào)參數(shù)均在一定范圍內(nèi)波動，但波動的幅度都不會超過允許值，而串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是在均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一個副回路，克服干擾對調(diào)節(jié)效果的影響[3]。雖然串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)和簡單的調(diào)節(jié)系統(tǒng)或串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上相似，但在調(diào)節(jié)的目的上卻不同。串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)有兩個控制回路，主回路是定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，副回路是隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，目的主要是調(diào)節(jié)主參數(shù)達到控制目標(biāo)；而串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，表征前后供求的兩個參數(shù)都不是定值，應(yīng)是均勻、緩慢變化的。也就是是說，前后設(shè)備間的物料供求之間達到均勻的目的后，兩者都允許有一定程度的波動，但波動比較緩和、平穩(wěn)。

針對上述工藝情況，設(shè)置液位-流量串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由執(zhí)行器，控制器和檢測機構(gòu)組成。污水緩沖罐設(shè)置液位變送器LT，檢測液位值；污水汽提塔進口設(shè)置流量變送器，檢測流量值。液位和流量變送器的輸出控制信號又同時控制泵（變頻泵）的運行，如圖2所示。

圖2 液位-流量串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)

液位-流量串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制方案為：即將污水緩沖罐液位控制器的輸出作為流量控制器的給定值，用流量控制的輸出來操作變頻泵的運行，共同穩(wěn)定一個被控變量所組成的閉合回路，這樣就形成了一個具備串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)特點的均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如圖3所示。由于在這個系統(tǒng)中加入了副回路，可以及時的克服由于干擾所引起的流量變化。一方面，污水汽提塔污水進口流量不會出現(xiàn)急劇跳變的情況，而是緩和、平穩(wěn)的變化，配合污水汽提塔汽提作用的汽提氣以此流量信號作為參考值，采用比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)更好的穩(wěn)定汽提氣的流量，使得污水流量和汽提氣流量達到較好的配合比，從而改善污水汽提塔的氣提效果；另一方面，污水緩沖罐的液位也會穩(wěn)定在一個范圍之內(nèi)，不會出現(xiàn)液位超低或超高的情況[4]。

圖3 液位-流量串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖

在系統(tǒng)框圖中可以看出有主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器，其實在實際的應(yīng)用中，都把這部分的工作交給了站控PLC來處理。即站控PLC起調(diào)節(jié)器的功能：一方面,它可與現(xiàn)場的液位、流量變送器器相連，獲取輸入信號（測量值）；另一方面，它將獲得的測量值與給定值比較，得到偏差，通過對偏差的處理獲得控制信號，然后PLC輸出信號直接控制變頻泵電機的轉(zhuǎn)速，從而達到控制液位和流量的目的；另外，PLC 和上位機進行通訊，并利用上位機組態(tài)軟件實現(xiàn)給定值和PID參數(shù)的設(shè)置等，實現(xiàn)計算機的遠程監(jiān)控。

1.3 方案的進一步優(yōu)化

為了保證系統(tǒng)的可靠性和現(xiàn)場的適應(yīng)能力，實際的工藝流程中污水汽提塔為一用一備設(shè)置，即增加了一臺污水汽提塔。兩臺污水汽提塔并聯(lián)使用，在一臺污水汽提塔發(fā)生故障需要停運時，另一臺污水汽提塔接替其工作，不影響生產(chǎn)。同時，污水緩沖罐罐底的變頻泵也設(shè)置為一用一備，保證系統(tǒng)的可靠性。雖然設(shè)置了兩臺變頻泵，相當(dāng)于調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有兩個執(zhí)行器，但是作為調(diào)節(jié)信號通過站控PLC的輸出只有一個信號，這一信號同時分接到兩臺變頻泵上。即調(diào)節(jié)器在一個調(diào)節(jié)回路中同時控制兩個執(zhí)行器（變頻泵），這樣設(shè)置既不會打亂整個調(diào)節(jié)回路，同時又滿足了可靠性的要求[5]。

2 結(jié)束語

集氣總站污水處理的改造中，首先從工藝流程上考慮增加了污水緩沖罐，然后又引入了液位-流量串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，徹底解決清管時污水汽提塔進口流量大的問題，也提高了流程的自動化水平，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了大幅的提高，更好的節(jié)約了人力資源。當(dāng)然，實際的應(yīng)用中，工藝流程遠比上述內(nèi)容復(fù)雜的多，這里只是摘出液位-流量串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)相關(guān)的部分進行簡單的介紹。液位-流量串級均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)在各生產(chǎn)設(shè)備之間緊密聯(lián)系在一起，即前一設(shè)備的出料就是后一設(shè)備的進料，各設(shè)備之間相互關(guān)聯(lián)又相互影響的工況下，具有較高的參考和實用價值?！?/p>

[1] 趙玉珠.測量儀表與自動化[M].山東:石油大學(xué)出版社,1997.

[2] 王廷才.變頻原理技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

[3] 馬林,馬茵.PLC 在上,下水箱液位串級變頻調(diào)速控制中的應(yīng)用[J].電子質(zhì)量,2011,(2):50～51.

[4] 羅邕生.基于西門子S7-200PLC的液位串級控制系統(tǒng)[J].中國西部科技,2010,(25):04～05.

[5] 王蕊.丁二烯精餾塔過程控制系統(tǒng)優(yōu)化[J].現(xiàn)代化工,2008,(5):64～66.