含油污水氣浮選設備自動化控制系統設計與應用

彭碧剛

中石化四機石油機械有限公司 湖北荊州 434024

本浮洗設備，含油污水成份、液位、原油含量、懸浮物含量、來水量和浮選過程中氣壓波動等因素都會引起浮選過程原油回收率和懸浮物去除率的變化。因此，設備控制要求達到：原油及懸浮物去除效果、三個處理罐腔液位和充氣量。其設備來水量不是恒定不變的，而浮選過程進氣量，需要根據給用戶生產情況確定。因此，目前我們通過對水質以及浮選槽的液位等進行檢測，綜合分析判斷浮選工藝各參數的變化，實時地調節(jié)液位，保證浮選槽液位的穩(wěn)定。合理地調節(jié)各段浮選精確指標，以保證浮選效率和水質質量。本設備的自主研發(fā)的控制系統，通過對設備運轉過程的穩(wěn)定控制與模糊控制，降低了浮選生產的能耗，克服了手動控制的缺點，也減少了一線人員的操作的勞動強度，同時提高水質質量，增加了原油及懸浮物去除收率，為油田帶來直接的經濟效益[1]。

1 本設備信號測量系統

1.1 液位的測量

本設備的設計過程，在常用的密閉容器內液位檢測儀表中電容式液位計、吹氣式液位計、超聲波液位計和磁致伸縮液位計、雷達液位計等；經過現場各種應用造型的實踐中，總結出磁致伸縮液位計較好地解決了高精度、高可靠性地測量液位、界面的難題，磁致伸縮液位計可實現測量液面的極高精度。

儀表采用先進的微處理器和嵌入式系統，能耐溫度高達450℃和壓力達22MPa；探頭形式多樣，不受液體的介電常數、溫度、壓力等因素影響的特點，可適應本設備工況及應用方案；液位計輸出兩線制電流信號，同時集成 HART通信技術，使產品在測試、維護方案多樣、簡單；本設備共裝三個磁致伸縮液位計液位計，分別測量三個腔的液位；為提高可靠性，同時配頂裝非接觸式的雷達液位計用于高、供液位的報警信號使用。

1.2 浮選氣量及氣壓檢測

浮選氣量及氣壓檢測系統由渦街流量計及羅斯蒙特氣體壓力傳感器組成，分別檢測進、出口的流量及壓力；儀表具有：儀表測量精度高，性能穩(wěn)定，幾乎不影響介質壓力，不影響管道介質流動；結構簡單，采用316不銹鋼，不怕含油污水及腐蝕性，不存在堵塞問題，簡便易行；傳感器輸出4-20mA的通用信號，帶HART通訊，現場參數方便[2]。

2 浮選機自動控制系統

2.1 浮選機自動控制系統構成情況

本設備控制方式具有分為就地控制和遠程控制；就地控制柜安裝在相應的設備撬旁，非常方便于現場操作。在設備運轉過程中，防爆觸摸屏上會及時采集、顯示液位、介質各點的壓力測量值和氣動控制閥的開度百分比值等參數。同時，就地控制柜具有歷史數據查詢的界面，通過防爆顯示屏觀察歷史曲線、觀察歷史各參數的變化曲線圖，就地控制時 PID三個的參數設定以歷史數值為的依據。就地控制柜內部調用控制系統集成PID功能塊，通過屏的界面圖就可進行PID參數，控制周期的調整以及液位、氣壓量值的設定。位于中控室的遠程控制系統，按標準DCS配置，用于整個含油污水處理工藝區(qū)的遠程監(jiān)控；在中控制室的集中控制系統可以清楚的顯示每個設備運行過程的液位、壓力的具體數值，以及氣動控制閥的開度，實現設備過程運行的遠程監(jiān)視。

2.2 自控系統控制方式

確定控制策略以PID為核心，以此為平臺上采用合適的先進控制方案，解決常規(guī)PID控制方法直接應用于該控制系統時不可避免的問題。結合浮選工藝過程的特點，我們采用模糊PID對被控對象進行控制；同時，對于浮選液位的控制引入預測控制方法，對于氣動執(zhí)行機構的控制引入智能優(yōu)化方法。

2.2.1 模糊PID控制

由于浮選工藝過程的復雜和參數的大滯后、強非線性、強耦合及不確定性，不方便在線連續(xù)控制，難以建立精確的數學模型的特點，無法定量地判斷浮選設備的各種工作狀態(tài)和含油污水水質，只能固定式或趨勢性地處理，這種處理是無法實現本設備工藝過程的精確控制。為此，確定控制方式以經典的PID為核心，同時將影響設備工藝過程的各種工況數據與生產實踐結合起來，制定模糊控制規(guī)則，進行模糊推理，得出模糊推理結果，與設備的各組成部份相關特性相結合，組成模糊PID的閉環(huán)控制，從而實現設備運轉過程的精準控制?？刂频哪康氖欠€(wěn)定浮選工藝過程，穩(wěn)定浮選工藝指標，達到設備設計的輸出參數指標[3]。

2.2.2 預測控制

整個浮選系統以具有較嚴重的滯后，所以第一級的輕微波動很可能會被逐級放大以至于后面幾級失去控制，尤其對于浮選機液位的控制過程中出現一些不確定性的行為現象（混沌現象）。常規(guī)控制方式依靠的是偏差，這種情況下輸出到控制閥上就會頻繁波動。在浮選系統中同樣存在此問題，我們采用預測控制的方法處理后，相關閥件能達到平穩(wěn)狀態(tài)，通過采集數據，以及內置上優(yōu)化算法，來預測出設備運行的最合適輸出，從而避免各種閥件機構的頻繁動作，保護調節(jié)閥件的機構，延長控制件的壽命。

3 結語

本套浮選裝置中的自動控制系統已經得到推廣應用，實現設備來水量及充氣氣壓及氣量的自動控制。總結設備實際生產狀況，本設備在保證水質的前提下，使水處理的輸出值得到大大的提升。同時，由于本設備特有控制方式，維護設備運轉人員縮減1/3，并且很大程度的減少了浮選工人的勞動強度。浮選機浮選過程中的單參數閉環(huán)控制是實現浮選過程自動控制的第一步。目前，本企業(yè)在升級開發(fā)設備的多參數自整定系統，并在本企業(yè)的新產品上到應用。