天然氣回收處理分離器自動(dòng)排液控制分析

摘 要 本文通過分析某井天然氣回收處理分離器電動(dòng)閥三種不同的自動(dòng)排液控制方式，通過對(duì)比人員素質(zhì)要求、閥門壽命的長(zhǎng)短、可實(shí)現(xiàn)的附加功能等，比較三種PLC控制程序的優(yōu)劣，為今后類似工程項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞 電動(dòng)閥;PLC程序;優(yōu)劣

氣井采出流體中含有油、氣、水等成分，在天然氣集輸前需要對(duì)氣液進(jìn)行粗分離。使用兩相分離器實(shí)現(xiàn)氣液分離，通過閥門開關(guān)控制氣液界面，需要避免采出水進(jìn)入集氣管道，同時(shí)也要需要避免天然氣進(jìn)入輸水管道。

1前期控制狀況

分離器投用初期，采用人工控制閥門開啟度，定時(shí)巡檢的方式運(yùn)行。為防止氣相進(jìn)入輸水管道，常采用比較保守的開啟度，分離器中的液位緩慢升高。工人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定閥門開啟的圈數(shù)，在下一個(gè)巡檢點(diǎn)之前，控制液位不能高于液位計(jì)上的最高液位。在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于巡檢不及時(shí)、閥門開啟圈數(shù)誤差、井內(nèi)產(chǎn)水速度不均勻等因素，常常造成分離器液位高過最高限，俗稱“漫罐”;由于容器內(nèi)壓力不穩(wěn)定，排水速度時(shí)快時(shí)慢，偶爾會(huì)造成分離器排空，造成天然氣進(jìn)入輸水管道;在安全可靠性差的同時(shí)也造成人力資源浪費(fèi)[1]。

2應(yīng)用PLC程序控制狀況

后期隨著電源的接入，公司采用PLC程序控制，同時(shí)使用了三種不同的控制程序，現(xiàn)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2.1 “上限開閥，排完關(guān)閉”的控制方式

這種方式模擬人工觀察分離器液位，在液位上升到設(shè)定高度時(shí)，打開電動(dòng)閥門使液體排出，液位下降;當(dāng)液位下降到設(shè)定下限高度時(shí)，全部關(guān)閉閥門，隨著井內(nèi)不斷產(chǎn)水，液位持續(xù)上升;液位升高到設(shè)定高度，重復(fù)開閥步驟……

程序說明：此種程序比較簡(jiǎn)單，一旦液位上升到達(dá)設(shè)定值，開啟閥門;液位下降到指定高度，關(guān)閉閥門。運(yùn)行曲線圖如圖1。

此種控制方式的優(yōu)勢(shì)：由于設(shè)定的開閥液位與關(guān)閥液位是固定值，對(duì)應(yīng)的分離器體積可通過計(jì)算得出，通過計(jì)數(shù)閥門開啟的次數(shù)可以計(jì)量單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)液量，計(jì)量準(zhǔn)確;由于閥門開關(guān)動(dòng)作是間歇性執(zhí)行，有利于執(zhí)行電機(jī)的散熱。

此種控制方式的劣勢(shì)：由于閥門每次動(dòng)作都是由全關(guān)到開，需要走完設(shè)定行程，閥門動(dòng)作距離長(zhǎng)，閥門所走的行程較長(zhǎng)，如：設(shè)定閥開為12000，閥門關(guān)閉為5530，在一個(gè)開關(guān)過程中，閥門需要行走的行程為：（12000-5530）x2=12940，每個(gè)循環(huán)為5分鐘，即平均每分鐘所走行程為：12940÷5=2588/分鐘。

2.2 “兩級(jí)限位，上下調(diào)整”的控制方式

這種控制方式是根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)定一個(gè)大致合理的閥的開度，將液位維持在設(shè)定的高度上，一旦液位上升，超過設(shè)定高度，輸出更大一級(jí)的開度，使液位下降到設(shè)定值;液位下降到設(shè)定值后，恢復(fù)原來的閥開度……這樣，閥門在兩級(jí)開度之間動(dòng)作，圍繞設(shè)定液位值進(jìn)行微調(diào)。

程序說明：程序中“二液位”為設(shè)定維持液位，實(shí)際液位可能上升超過“二液位”，也可能下降低于“二液位”，程序分別就兩種方式觸發(fā)控制狀態(tài)調(diào)整。為防止液位在設(shè)定高度周圍的微小波動(dòng)造成閥門的反復(fù)調(diào)整，增加了延時(shí)定時(shí)器T37，當(dāng)液位高于設(shè)定液位40秒后，才改變控制狀態(tài)，程序輸出更高一級(jí)閥門開度。運(yùn)行曲線圖如圖2。

此種控制方式的優(yōu)勢(shì)：首先，這種控制方式可以根據(jù)氣井產(chǎn)水速度，將閥門維持在一定的開度下，保持產(chǎn)水與輸水的平衡，減少閥門所走的行程，延長(zhǎng)使用壽命;最后，這種控制方式可通過設(shè)置“第一級(jí)開度為全關(guān)”兼容前一種“上限開閥，排完關(guān)閉”的控制方式，達(dá)到計(jì)量目的。

此種控制方式的劣勢(shì)：對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)控人員的要求較高，在產(chǎn)水量變化時(shí)做出閥門開度相應(yīng)調(diào)整，否則會(huì)引起閥門在兩個(gè)開度之間反復(fù)切換，反而降低使用壽命。

2.3 “PID自動(dòng)找平衡”的控制方式

比例積分微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，至今仍有90%左右的控制回路具有PID結(jié)構(gòu)。

程序說明：主要控制程序非常簡(jiǎn)單，將液位控制在總量程的35%，由輸出模塊根據(jù)不同的液位輸出不同的控制值。此種控制方式的運(yùn)行曲線圖如圖3。

此種控制方式的優(yōu)勢(shì)：不需要人工干預(yù)，PLC自動(dòng)維持液位，安全可靠。

此種控制方式的劣勢(shì)：通過觀察運(yùn)行曲線，發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)目中PID控制方式的輸出不穩(wěn)定，頻繁調(diào)整閥門開度，對(duì)門閥壽命有不利影響[2]。

3控制方式的優(yōu)選

“人工控制”方式不可選，只供特殊情況下臨時(shí)選用。

“上限開閥，排完關(guān)閉”的控制方式可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)水量的計(jì)量，但閥門壽命短，可被 “兩級(jí)限位，上下調(diào)整”的控制方式兼容，故后者更優(yōu)。

“PID自動(dòng)找平衡”的工作方式對(duì)參數(shù)的維護(hù)穩(wěn)定可靠，但需要頻繁對(duì)閥門發(fā)出動(dòng)作指令，影響閥門壽命;在消除傳感器階躍誤差、調(diào)整整定參數(shù)后可獲得更好的應(yīng)用。

綜上所述，目前已成熟使用“兩級(jí)限位，上下調(diào)整”控制方式，增加了低液位保護(hù)、高液位保護(hù)、高液位報(bào)警等輔助程序保障分離器平穩(wěn)運(yùn)行，氣體進(jìn)入輸水管道或排空，運(yùn)行平穩(wěn)，此種方式更優(yōu)。在條件允許的情況下，可改進(jìn)分離器實(shí)現(xiàn)PID控制。

參考文獻(xiàn)

[1] 李權(quán)，戴麗娟，沈赟.關(guān)于輸氣站場(chǎng)過濾分離器常見問題分析及應(yīng)對(duì)措施探討[J].化工管理，2019，（26）：146-147.

[2] 蔚生軍，米燕華，曹凱麗，等.天然氣疏水閥排液效果優(yōu)化[J].石油化工應(yīng)用，2018，37（3）：107-109.

作者簡(jiǎn)介

張長(zhǎng)清（1969-），男，重慶長(zhǎng)壽區(qū)人;學(xué)歷：大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)就職單位：川慶鉆探工程有限公司重慶運(yùn)輸總公司，研究方向：機(jī)械工程。