和利時DCS控制系統在原油穩定壓縮機中的應用

　　摘要：文章介紹了DCS系統在壓縮機裝置的應用，包括DCS系統特點，自控改造方案，設備儀表選型，報警措施等。
　　　　
　　1、引言
　　
　　原油穩定壓縮機是油氣集輸系統生產中原油穩定、油氣處理的重要設備,該裝置工藝流程復雜，生產過程易燃易爆，同時對生產參數的控制要求嚴格。油氣集輸系統中的聯合站大都利用壓縮機作為原油穩定、油氣處理的裝置。
　　
　　目前壓縮機控制儀表全部是電-Ⅱ型儀表，為220V供電，防爆等級低，無數據遠傳功能；大多數參數調節靠人為手動，或者靠簡單的儀表進行監測;儀表的故障率較高，控制效率低;生產出現故障時，也不容易查找事故原因，造成了生產、安全等諸多不穩定的因素;同時又不能對生產參數的歷史數據進行儲存，不便于生產管理，嚴重限制了壓縮機裝置自動化技術的進一步提高,成了阻礙該裝置自動化改造的瓶頸.為了克服以上毛病，提高壓縮機自動運行的能力，達到提前預警的目的，同時確保原油的產量和質量，提高原油的外輸率，應用DCS作為新的控制系統對該裝置進行改造勢在必行。
　　
　　2、總體方案設計
　　
　　2.1、總體方案簡介
　　
　　壓縮機裝置有30多個重要的生產參數，各生產參數相互牽制與影響。該裝置對生產參數的要求較高，具體要求如下：進氣壓力<-0.05Mpa，排氣壓力>0.35Mpa，排氣溫度>85℃，機油壓力<0.25Mpa，機油溫度>65℃，必須進行聲光報警，提醒操作人員及時處理，確保生產的安全；如果排氣壓力>0.45Mpa，排氣溫度>95℃，機油壓力<0.15Mpa，機油溫度>70℃，必須進行停機處理。將壓縮機的生產參數如溫度、壓力等分為兩路輸入控制系統：一路引入報警設定器，報警設定器根據內部的參數設定的報警值，檢測生產參數，如果生產參數異常，則發出故障報警信號，停止壓縮機，保障設備、生產的安全；另一路引入DCS系統，進行參數的常規顯示和流程畫面，在發生故障或壓縮機停機時，進行聲光報警，提示操作人員，有效防止誤操作，緊急排除險情。該系統提供歷史數據瀏覽查詢功能，可以對歷史數據進行跟蹤查詢，為分析故障原因提供方便。整套系統相輔相成，界面友好直觀，操作方便，既節省了人力資源，又提高了工作效率。
　　
　　2.2控制系統的技術簡介
　　
　　具有代表性的是FOCS系統和MACS系統，這兩種控制系統都具有開放的體系結構，可提供多層的開放數據接口，具備強大的處理功能，提供了方便的組態；支持多種現場標準，可以適應未來的擴展需要；并且系統可靠性高，維修方便。系統的冗余、容錯、自診斷能力較強，能力也比較強大。不管在功能，還是在穩定性和實用性等方面都滿足了該裝置自控的需要。
　　
　　1）、控制系統的*性：
　　
　　投資少，供貨周期短，備品備件有保障。
　　
　　控制水平更加多樣化，可以滿足多復雜控制方案的實現。
　　
　　有利于集中控制，減少了系統維護量及相關備品備件的更換。
　　
　　系統采用冗余，大大增加了系統的安全可靠性。
　　
　　充分利用計算機的*性，對現場儀表進行故障診斷和在線調整
　　
　　減少了裝置操作人員和維護人員的勞動強度，減員增效。
　　
　　2）、控制系統的技術新特點
　　
　　a、系統是以微處理器為基礎的智能分散結構，軟硬件的緊密結合使系統能力充分發揮。
　　
　　b、控制器采用冗余配置，具有高度的可靠性，系統內任何一個組件發生故障，均不會影響整個系統的工作。
　　
　　c、底層連接的網絡化、I/O模塊的全智能化，熱備份的冗余技術，可靠的帶電拔插的技術特征。
　　
　　d、組態軟件功能具有標準的SFC、FBD、LD、ST、FM5種組態工具，圖形工具里有豐富的圖形庫，很快就能繪出界面友好的流程圖。
　　
　　e、系統網絡為100M冗余快速以太網，極大加速了網絡速度，對將來的擴容和改造留下了充分的余地。
　　
　　f、采用*開放的、*的軟硬件技術，結構靈活、安全便利、維護簡單。
　　
　　3）、系統組態及人機交互界面
　　
　　組態軟件為和利時的DCS系統FOCS或MACS，軟件平臺為中文WIN2000，配置數據交換網卡，將數據發布到MIS網上，實現壓縮機生產參數的共享；在其它崗位或辦公室的計算機上配置實時信息采集軟件，可以了解壓縮機的參數和運行情況。組態軟件主要包括五個子系統：系統配置、數據庫生系統、控制方案生成、圖形生成、報表生成。另外還有歷史庫生成和共享庫生成。控制系統通過下位機組態軟件編輯程序，控制壓縮機運行；上位機組態軟件編輯流程圖畫面，供人機對話。壓縮機根據程序運行，實現報警聯鎖，一旦發生報警，計算機界面將彈出報警畫面，提醒操作人員對生產情況及時處理，保障生產的安全運行。控制系統的主要功能：數據采集及處理，流程操作控制及監督管理，操作畫面顯示及報警顯示，歷史數據儲存功能，設備和狀態監視，程序控制，報表打印，執行緊急關斷邏輯。
　　
　　2.3、控制系統和儀表的選型
　　
　　為保證壓縮機連續、、可靠的運行，選用北京和利時股份有限公司開發的DCS系統作為控制系統，由于壓縮機裝置運行起來振動相對較大，并且對溫度、壓力的要求較高，因此，儀表選用抗振性能較好的產品鎧裝一體化溫度變送器和壓力變送器，用進口的報警設定器與繼電器的結合來控制壓縮機的啟停，同時將報警信號引入計算機控制系統，及時進行聲光報警和報警彈圖。
　　
　　報警設定器選用美國的多路輸出報警輸出控制器，該設備運行可靠，維護量小，運行時間長。
　　
　　3、控制系統硬件設計
　　
　　3.1、硬件配置
　　
　　壓縮機裝置的控制系統主要組成部分：2臺服務器（又叫控制站，冗余配置），2臺操作員站（其中一套兼做工程師站），現場控制站，通訊站，1臺打印機。
　　
　　系統的網絡拓圖見下圖：　　
　　3.2、報警設定器
　　
　　這是本次壓縮機自動化改造的成功之處。報警設定器選用美國的多路輸出報警控制器，該設備采用的數字技術和微處理器對現場來的信號進行報警，有單通道和雙通道兩種形式，同時可輸出模擬信號。報警設定器面板上有自診斷指示和輸出指示燈，隨時監視每個通道的工作狀態。該設備模塊化設計，運行可靠，維護量小。
　　
　　壓縮機的連鎖停機控制很重要，用報警設定器代替原有電氣控制柜電-Ⅱ型儀表，改為低電壓（24V）控制，在新的電氣控制柜中增加24V繼電器，控制壓縮機的運行；利用報警設定器的模擬輸出既保證信號的采集，又能完成壓縮機的報警保護。在正常情況下，一旦壓縮機運行，就不要求停機。報警設定器可解決在計算機出現故障或需要維護系統時，不停機控制壓縮機的運行。這樣即使在自控系統或計算機停止運行時，壓縮機也能正常運行，減少了壓縮機停機時間。
　　
　　報警設定控制回路圖如下：　　
　　4、系統的應用效果與分析
　　
　　河口采油廠聯合站，如首站、大北站的壓縮機控制采用DCS改造后，壓縮機運行穩定，工人勞動強度低，系統工作穩定可靠，數據實時采集、許算和統計，大大提高了壓縮機故障處理的及時性、準確性，提高了工作效率和管理水平。同時壓縮機DCS自成系統，及可以單獨控制，又可以連在聯合站的大系統中，為聯合站的自動化改造提供了可靠基礎。
　　
　　5、結束語
　　
　　壓縮機裝置對原油資源的處理，既節約了資源，又zui大限度地減少了對大氣環境的污染，做到了社會效益、經濟效益、環境效益三效益的協調統一。采用DCS集散控制系統后，隨著產品質量的提高，極大地拓展了企業的盈利空間，進一步增強了企業的市場競爭能力，促進了企業在技術與管理方面走上一個嶄新的高度。DCS控制系統的優勢，在于可以靈活簡便的實現多種控制方案，DCS系統在壓縮機生產過程中的應用，是油田穩定系統發展的必然趨勢。隨著自動化技術的不斷發展和完善，成本大幅度下降，可靠性不斷提高，壓縮機采用DCS控制系統控制，就可實現生產過程中的快速、準確、平穩和可靠的操作，達到提率，節約能源的目的。