自動化技術(shù)在油氣儲運(yùn)工程中的應(yīng)用

田有盼

（哈爾濱商業(yè)大學(xué) 能源與建筑工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150000）

油氣儲運(yùn)指的是石油天然氣的存儲和運(yùn)輸，油氣長輸管道與戰(zhàn)略性油氣儲備成為當(dāng)前油氣儲運(yùn)工程中的熱點(diǎn)問題，鑒于油氣本身具有易燃易爆危險的特點(diǎn)，很容易在存儲、運(yùn)輸中產(chǎn)生安全事故。為此，隨著現(xiàn)代油氣儲運(yùn)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)和存儲技術(shù)的進(jìn)步，使得油氣儲運(yùn)工程的高危性特征日益明顯。為降低危險系數(shù)，確保油氣儲運(yùn)全過程的安全穩(wěn)定，必須對原有的儲運(yùn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，對油氣儲運(yùn)中的參數(shù)及其程序進(jìn)行優(yōu)化。而采用自動化技術(shù)，并和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，不僅可以實(shí)現(xiàn)對油氣儲運(yùn)過程的全過程動態(tài)監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)異常并排除，而且也提高了儲運(yùn)的效率，確保設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

1 自動化技術(shù)在油氣儲運(yùn)中的應(yīng)用情況

1.1 采用自動化技術(shù)提高了設(shè)備的運(yùn)行效率

在油氣儲運(yùn)中，采用自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對泵類設(shè)備的改造，通過自動化監(jiān)測實(shí)時獲得設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并集中傳輸?shù)街醒胩幚砥鬟M(jìn)行處理分析，再計算泵類設(shè)備的實(shí)時效率，對其中不合理的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，溫度、進(jìn)口過濾器的摩擦阻力損失、電機(jī)運(yùn)行效率和出口閥組節(jié)流等因素會影響泵類設(shè)備的運(yùn)行效率。采用自動化技術(shù)可以使泵類設(shè)備的運(yùn)行效率提升至少5%。同時，運(yùn)輸中另一項消耗是加熱爐燃料燃燒加熱，采用自動化技術(shù)對原來的三會城水套爐改造，不僅提高了設(shè)備運(yùn)行效率而且也減少了熱能損失，使燃料充分燃燒，也降低了污染物的排放[1]。

1.2 采用自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對儲運(yùn)管線的動態(tài)監(jiān)控

利用自動化技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時記錄管線運(yùn)輸中對溫度、黏度、流量、壓力等參數(shù)，并經(jīng)過控制室集中化分析處理后對這些數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，修正不合理的參數(shù)，調(diào)節(jié)不合理的加熱溫度，從而實(shí)現(xiàn)對儲運(yùn)管道中原油流量的控制。

2 自動化技術(shù)在油氣儲運(yùn)中應(yīng)用的重要性

2.1 優(yōu)化油氣儲運(yùn)參數(shù)，提高儲運(yùn)效率

自動化技術(shù)在油氣儲運(yùn)工程中的應(yīng)用，不僅能實(shí)現(xiàn)對油氣儲運(yùn)全過程的動態(tài)監(jiān)控和智能化控制，能及時發(fā)現(xiàn)異常問題并自動化報警處理，而且也提高了生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)陌踩耘c效率，有效減少對人力資源的需求。從實(shí)踐可知，原油黏度下降以后油氣儲運(yùn)輸送量就會增加，為此必須在控制油氣管道流量的基礎(chǔ)上對加熱爐設(shè)備進(jìn)行有效控制以確保原油的黏度，在原油黏度增加時油氣儲運(yùn)運(yùn)輸量下降，這時加熱爐的溫度會快速上升。為避免對原油黏度的影響，在油氣儲運(yùn)中采用自動化技術(shù)可自動化完成對原油黏度、運(yùn)輸量等參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測和自動化控制，從而使得原油輸送參數(shù)得以優(yōu)化，使油氣運(yùn)輸管道流量得以控制，進(jìn)而提高油氣管道儲運(yùn)的效率。將自動化控制和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)對管線運(yùn)輸全過程實(shí)時化監(jiān)控，并及時采集首末端壓力，通過對流量、黏度等參數(shù)的控制，使用雙向微波的形式使這些參數(shù)數(shù)據(jù)及時被傳輸?shù)娇刂浦行?，再通過參數(shù)及其子程序的優(yōu)化，確保輸油過程安全可控，通過對加熱爐溫度的調(diào)節(jié)確保運(yùn)輸流量得到有效控制[2]。

2.2 提高油氣儲運(yùn)設(shè)備運(yùn)行效率

自動化技術(shù)的應(yīng)用可以提高油氣儲運(yùn)的效率。為了進(jìn)一步提升設(shè)備運(yùn)行效率，在大型油氣外輸泵運(yùn)行效率中通過自動化監(jiān)控，能有效避免外輸泵出現(xiàn)泵口過濾器摩阻損失的問題，增加了出口閥組節(jié)流，同時也提高了原油的溫度與黏度，進(jìn)一步提高了電機(jī)設(shè)備運(yùn)行的效率。

3 自動化技術(shù)在油氣儲運(yùn)中的應(yīng)用

利用自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對油氣儲運(yùn)相關(guān)設(shè)備的改造升級，從而可對油氣儲運(yùn)的全過程進(jìn)行自動化監(jiān)測。為確保油氣儲運(yùn)的安全穩(wěn)定，必須對從首站進(jìn)入下站的原油進(jìn)行加熱，但當(dāng)油氣輸運(yùn)管道輸送量增大以后就會導(dǎo)致溫度有所下降，使得進(jìn)入下一站的原油溫度可能低于安全極限。這時需要采用加熱設(shè)備以及正輸反輸交替的方式，但這些方式都會使得能源消耗增大。為節(jié)省新增設(shè)備帶來的投資，采用降低原油凝點(diǎn)的方式來降低原油進(jìn)站溫度，該運(yùn)輸方式非常適用于惡劣環(huán)境地區(qū)。目前我國在油氣儲運(yùn)方面主要采用的是含蠟原油管道運(yùn)輸，但該運(yùn)輸方式效率不高，為提高運(yùn)輸效率必須從技術(shù)角度研究。綜合采用自動化技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對油氣儲運(yùn)過程的動態(tài)實(shí)時監(jiān)控，做好對運(yùn)輸管道溫度、流量、首末端壓力參數(shù)的記錄，并采用雙向微波使這些參數(shù)傳輸?shù)绞啄┱究刂剖抑校偻ㄟ^計算機(jī)將這些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，修正不正常的參數(shù)，對設(shè)備加熱爐加熱溫度進(jìn)行調(diào)整，對輸油程序進(jìn)行優(yōu)化，從而能更好地控制管道原油流量。

4 工程概況

某采油廠集輸首站的任務(wù)是完成該采油廠原油集中運(yùn)輸和部分油區(qū)原油處理的工作，其主要工藝包括原油脫水、原油集中運(yùn)輸以及污水處理。自引入自動化技術(shù)以后，在三年的建設(shè)改造下完成了首站自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括對原有水分的自動化處理、污水的處理、加熱系統(tǒng)的控制等，同時結(jié)合計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，完成數(shù)據(jù)的自動化采集以及信息綜合發(fā)布系統(tǒng)的建設(shè)，各種數(shù)據(jù)報表可自動化生成，對生產(chǎn)成本、運(yùn)營等實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理。采用自動化技術(shù)以后，使該采油廠集輸首站的生產(chǎn)和運(yùn)營管理水平大幅提升，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

4.1 自動化油氣儲運(yùn)系統(tǒng)組成

自動化技術(shù)是一個技術(shù)系統(tǒng)，整個系統(tǒng)可以分成決策層、數(shù)據(jù)層、監(jiān)控層與現(xiàn)場層。其中決策層是通過對數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計與分析后來判斷油氣儲運(yùn)的實(shí)際情況，從而做出正確的決策以指揮實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)輸。數(shù)據(jù)層的作用是完成對數(shù)據(jù)的采集、存儲和分類，并自動生成數(shù)據(jù)報表，能實(shí)時顯示和查詢，完成數(shù)據(jù)月度、季度和年度匯總，從而為決策控制提供可靠依據(jù)。監(jiān)控層是通過自動化監(jiān)視設(shè)備完成對各集輸站庫內(nèi)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、顯示和調(diào)控存儲，并向上級系統(tǒng)及時完成數(shù)據(jù)輸送和數(shù)據(jù)顯示、存儲等任務(wù)，對故障點(diǎn)進(jìn)行自動化報警處理?，F(xiàn)場層的作用是對油氣儲運(yùn)現(xiàn)場進(jìn)行直接數(shù)據(jù)采集與調(diào)控，通過有效的現(xiàn)場調(diào)控可確?，F(xiàn)場的安全、高效，而且也減少了人力輸出[3]。

4.2 自動化技術(shù)在首站生產(chǎn)運(yùn)營中的應(yīng)用

4.2.1 原油脫水生產(chǎn)管理中的應(yīng)用

首站原油脫水生產(chǎn)，是通過高效分水器完成原油的脫水，因此分水器的質(zhì)量直接影響脫水的效果。在未自動化改造前，受到來液不穩(wěn)和控制裝置為傳統(tǒng)浮球連桿機(jī)構(gòu)的影響，使得分水器出油含水波動較大，且頻繁出現(xiàn)超壓和油氣帶水的問題。引入自動化技術(shù)進(jìn)行設(shè)備改造以后，對原有分水器內(nèi)油水界面、油氣界面以及操作壓力等參數(shù)進(jìn)行了檢測和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對分水器參數(shù)的實(shí)時自動化控制，通過準(zhǔn)確設(shè)定PID控制參數(shù)使各項參數(shù)能穩(wěn)定在給定值上，提升了分水器設(shè)備的各項指標(biāo)，使得自動化改造以后的分水器脫水效率大幅提升，同時也減少了加熱負(fù)荷，使脫水系統(tǒng)能安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

4.2.2 原油長輸管道運(yùn)行中的應(yīng)用

在長輸管道運(yùn)輸中會出現(xiàn)摩擦阻力損失與散熱損失的現(xiàn)象，為此必須經(jīng)常給流體提供能量，包括加熱爐設(shè)備提供的熱能以及泵站提供的壓力能，其中散熱損失對運(yùn)輸管道的效率起著決定性作用，而摩阻損失和油品黏度有關(guān)，油品的黏度又和運(yùn)輸溫度有關(guān)?？刂萍訜嵴境稣緶囟仁乖驮谳^高溫度下輸送，這樣原油黏度較低摩擦阻力損失較小，但是散熱的損失較大。為既提高運(yùn)輸效率，又能節(jié)約能耗，通過對管道運(yùn)輸流量的控制可以實(shí)現(xiàn)。基本原理是，將流量控制系統(tǒng)控制輸油泵站出站原油流量穩(wěn)定為固定值，這樣在原油黏度增大時管道運(yùn)輸量減小，流量控制系統(tǒng)可提升加熱爐的溫度使原油黏度下降，而輸送量增加，這時再降低加熱爐溫度，使黏度增大而運(yùn)輸量下降。采用自動化控制技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來優(yōu)化輸油參數(shù)，可實(shí)時調(diào)整黏度、加熱溫度和輸送量等參數(shù)，從而提升管道運(yùn)輸?shù)男省Ｍㄟ^計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對管道運(yùn)輸?shù)膶?shí)時化監(jiān)控，并采集首末端壓力、溫度、黏度和運(yùn)輸量等參數(shù)，再由中心控制站對輸送參數(shù)及其程序進(jìn)行優(yōu)化和修正，使得加熱爐溫度得到合理調(diào)節(jié)，使輸送流量得到有效控制。

4.2.3 設(shè)備運(yùn)行效率

泵類設(shè)備的運(yùn)行效率直接影響單位的能耗，首站對于大型外輸泵運(yùn)行效率采用自動化監(jiān)控以后，利用能耗計量表計量電機(jī)設(shè)備實(shí)時耗電量，再通過泵的進(jìn)出口壓力與流量來確定泵的輸出有用功，結(jié)合智能化運(yùn)算計算泵的實(shí)時效率，找出泵效率發(fā)生變化的原因，對于過濾器摩擦阻力損失和出口閥組節(jié)流、原油溫度和黏度進(jìn)行控制，使首站泵的運(yùn)行效率始終控制在標(biāo)準(zhǔn)以上。對于加熱爐設(shè)備而言，一方面改變了原來人工控制火量的方式，增加安全監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng)以后，不僅可以獲得實(shí)時能耗數(shù)據(jù)，而且也確保設(shè)備運(yùn)行的安全性。另一方面完善了加熱爐的自動化監(jiān)測，增加多個監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時監(jiān)測各項設(shè)備數(shù)據(jù)并進(jìn)行完善，不僅提高了燃燒效率，而且通過連鎖保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置提升了設(shè)備的安全可靠性。

5 自動化技術(shù)在油氣儲運(yùn)中的發(fā)展前景

在油氣儲運(yùn)中采用自動化技術(shù)不但可以提高生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)男?，而且也降低了運(yùn)輸?shù)奈ｋU性，確保油氣儲運(yùn)全過程的安全可靠。因此，自動化技術(shù)在油氣儲運(yùn)工程中具有很好的發(fā)展前景。近幾年來，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，其在油氣儲運(yùn)中的應(yīng)用日益普遍，將自動化技術(shù)應(yīng)用到無人值守油氣儲運(yùn)站和區(qū)域化管理儲運(yùn)站建設(shè)中，不但減少了勞動力，而且也提高了建設(shè)管理的效率。在以后的油氣儲運(yùn)發(fā)展中，采用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)，能對長運(yùn)輸管道油氣儲運(yùn)的運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時化采集和自動化監(jiān)督控制，并和管道模擬技術(shù)相結(jié)合可有效提升油氣儲運(yùn)管道的自動化管理水平。

6 結(jié)束語

利用自動化技術(shù)監(jiān)控實(shí)時化、智能化和集中化的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用在油氣儲運(yùn)管理中，可有效提高油氣生產(chǎn)和儲運(yùn)過程的效率和安全性，同時自動化技術(shù)的應(yīng)用也改善了原有的管理模式，提高了管理效率和質(zhì)量。作為當(dāng)前油氣儲運(yùn)工程發(fā)展中的必要技術(shù)，自動化技術(shù)在油氣儲運(yùn)過程中的應(yīng)用具有極大的應(yīng)用前景。