海上平台生产污水处理系统原油增压泵逻辑控制设计及应用

海上平台生产污水处理系统原油增压泵逻辑控制设计及应用

符家宽陈学东袁茂全

（中海石油（中国）有限公司文昌13-1/2油田作业公司广东省湛江市524033）

摘要：本文通过分析生产污水处理系统原油增压泵逻辑控制要求，结合实际工艺要求，创新性地运用DeltaVDCS系统的逻辑功能块对其功能进行组态，介绍了一种增压泵自动控制方案。该方案利用变频调速技术，根据目标液位自动控制增压泵的启停及频率的变化，调节电机转速，达到改变泵出口排量的目的，使目标液位控制在设定的范围内，以满足系统工艺要求。

关键词：增压泵；逻辑控制；变频；DCS功能块；组态

1.背景

原油增压泵主要把部分原油脱水处理，分离出来的低压油水混合物用单螺杆泵增压后汇合到海管内输送到处理终端进行处理。

两台增压泵P-3001A和P-3001B运行受除气罐液位LT-3004进行逻辑控制，在DCS系统进行PID运算。当液位升高时增压泵频率升高，排量增大，液位降低时增压泵频率降低，排量减小，从而自动控制除气罐V-3004的液位，保障除气罐不会被抽空损坏设备。除气罐体积为1.0m3，其处理能力为42.0m3/h。增压泵变频频率为0-50Hz。出于对变频器的保护，在实际运行中电机频率限制为30-50Hz，当泵运行在30Hz时，其排量为6.0m3/h，当泵运行在满负荷50Hz时，排量为10.0m3/h。

在系统试运行时发现，由于除气罐罐体体积小且液量变化波动大，不稳定，单台增压泵即使工作在满负荷也无法满足系统的处理要求，必须同时启用两台增压泵。当两台泵同时工作时，液位的波动范围在10%-80%之间，造成增压泵的变频启停频繁，优化控制器PID参数仍不能满足控制要求。同时，两台泵长时间运行，螺杆泵定子胶套磨损，性能下降，也无法满足增压泵的停运检修。当发生故障停机时则整套脱水系统系统即关停。由于平台生产水处理量占总量的30%，当系统关停时，海管管线压力骤然升高会对海底总管造成压力波动和冲击，存在安全隐患。

2.增压泵控制逻辑思路研究与可行性分析

根据系统运行工况，将两台增压泵的变频和固频模式组态在中央控制系统监控站切换，当罐体液量满负荷且生产平稳时，两台泵为一变频一固频，当罐体液量发生骤减，需考虑当液位低至设定值时将泵停止，以保证系统平稳。

2.1增压泵的启停控制

为了达到除气罐液位的精确控制，增压泵的启动必须满足液位LT-3004大于30%。在中央控制系统DCS操作站上设置软按钮，用来选择自动启动和手动启动方式启动增压泵。当控制泵启停的软按钮选择“自动”且液位大于30%时，泵自动启动；手动模式，设置手动启动“START”按钮和“STOP”按钮，当软按钮选择“手动”且液位也大于30%时，须点击“START”按钮，泵才能启动。当液位低于8%时，无论控制泵启停的软按钮是自动还是手动，运行中的泵均会停止。如果自动模式下的泵在运行时点击了“STOP”，泵会停止运行，同时其模式会被强制为手动。逻辑控制如图2.1所示：

图2.1原油增压泵启停逻辑控制图

2.2增压泵的PID回路控制

泵启动运行时，电机运行频率受中央控制系统的PID输出进行控制，根据液位自动调节，构成闭环控制回路。当PID置为手动时，可以从中央控制系统给电机4-20mA信号到变频器，对应输出频率0-50Hz，变频器设置有保护功能，输出频率限制范围为30-50Hz，当PID置选择为自动时，电机频率受液位LT-3004进行自动控制，控制方式为正作用。

2.3增压泵的关停控制

当泵的出口压力过高或过低时，触发高高/低低报警，产生关停信号，增压泵应急停机，同时增压泵还接受生产水处理系统上一级关停信号而停机。

正常情况下，增压泵A/B两台泵在一台变频一台固频条件下运行，当其中任意一台泵故障停机时，备用泵C泵都以变频方式启动，并处于自动模式下运行，其液位设点为A/B泵中的变频泵设点。

当增压泵A/B中的一台故障停机时，其变频器发出故障信号，传输到中央控制系统系统，中央控制系统发出故障泵的停机报警信号及备用泵C泵的启动信号，备用泵启动并且变频运行，其运行的频率受除气罐的LT-3004液位控制，当产生故障停泵的设备在停机前工作在固频条件时，C泵仍然以变频方式启动，此时需要由操作人员根据液位实际情况，在操作监控站手动给定频率，实现固频功能。

3.增压泵逻辑控制

平台中央控制系统DCS采用DeltaV系统，其控制方案采用了IEC261131标准，组态采用标准功能块进行逻辑控制。

3.1增压泵组态控制逻辑

添加增压泵的变频控制模块，实现PID调节功能，控制泵运行频率；添加增压泵的手自动控制模块，实现备用泵的手自动控制及切换功能；添加增压泵A/B泵的故障停机信号，实现C泵备用功能；添加增压泵的手动启停控制的脚本程序；添加增压泵的出口压力高高/低低信号，实现泵出口压力异常时停泵功能；添加增压泵的出口压力高高/低低信号的旁通功能；添加增压泵应急关断信号停C泵功能；

3.2上位机监控站信号报警

增压泵泵出口压力变送器的高低、高高/低低报警功能以及触发蜂鸣器功能；增压泵停泵报警功能；操作站画面显示；增加泵出口压力变送器的压力显示、高低报警、高高/低低报警显示；增加泵出口压力高高/低低的旁通显示；增加泵的手动启停软按钮；增加泵运行信号（启动及停止时均报警）；增加A/B泵变频器故障报警信号。

4.应用效果

增压泵逻辑控制优化应用后，生产污水处理系统运行稳定，增压泵操作简单方便。从运行效果可以看出，除气罐的液位控制精度在±2%以内，增压泵的频率浮动不超过±2Hz，增压泵及系统应对各种工况液位大幅波动的干扰能力增强，极大提高了增压泵的运行效率。方案成功解决增压泵频繁启停难题，实现了对增压泵精确控制，间接减少生产损失效果显著。