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台达机电产品在油田注水站的应用

中达电通股份有限公司
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1 引言
    为了补偿油田采油生产过程中地层压力衰减,需要使用注水工艺维持地层压力进行采油作业。注水压力高低是决定油田合理开发和地面管线及设备状态的重要参数。由于在注水工艺和机电设备配置设计中需要适应的工艺条件复杂多样,因此注水工艺设计和机电设备配置工程裕量。这些工艺条件包括:后期开发注水井的增多;储油地层压力及油气水分布不断发生变化;开关井数的增减;洗井及供水不足的影响等等。工艺条件的不确定性引起注水压力波动,注水量不均匀不稳定,注水压力控制难度大,给油田生产稳产高产和管理带来困难。由于油田注水要求难于准确预测和控制,考虑到油田开发中的需要,设备裕量通常按照油田最大可能需求设计,在注水系统设计中尤为突出。油田注水设备采用离心泵电机拖动,大功率系统经常运行在大马拉小车的轻载低效状态。注水压力靠泵出口闸门手动控制,即靠改变管网特性曲线来调节泵的排量,泵、电动机匹配难以达到在泵的最佳工况点运行,管网效率低,电能损失高达50%以上。
    变频恒压技术能够十分有效的稳定注水工艺过程和大幅度降低大裕量型风机泵类工程电耗。注水站恒压变频自控系统的技术路线是充分利用现有生产设施,对注水设备的电动机转速进行调节,达到稳压、稳流供注水。同时软起软停功能代替减压启动,使电动机起停平稳,减少对电网和机械设 备的冲击,不会造成管网压力、流量、流速剧烈变化,无需阀门截流,因此对防止汽蚀、水击、喘振极为有利,可延长管网、泵、阀门维修周期和使用寿命。配套完善自动控制系统,搭建需求信息平台,提高污水处理效果,加强监督管理机制,最大限度地降低岗位员工劳动强度,提高企业信息化管理水平,具有非常大的经济效益和社会效益。
2 系统组成及功能设计

     控制系统结构如图1所示。系统分为2个级别,即现场级和控制级,通过人机界面(HMI)实现工艺流程显示与控制。
    系统核心自动化设备选用台达机电产品。控制级是实现系统功能的关键,其主要功能是HMI(人机交互界面)与现场级之间的枢纽层。接受HMI设置的参数或命令,对注水生产过程进行控制,同时将现场状态输送到HMI。控制部分由台达PLC与触摸屏集成。包括DVP-32EH00R(CPU单元)、DVP-04AD-H(模拟量输入模块)、模拟DVP-04DA-H(量输出模块)、DOP-A80THTD(触摸屏)组成。控制级设备安装在控制室内电控柜。台达PLC的CPU模块 DVP-32EH00R其带有一个RS232和一个RS485通讯接口,DOP-A80THTD触摸屏带有1个RS232接口和1个USB接口。触摸屏通过RS232串口与控制器通讯。
   现场级是实现系统功能的基础。现场级由智能一体化压力变送器和变频器组成。智能一体化压力变送器选用霍尼韦尔压力变送器,变频器选用台达VFD系列变频器。现场注水电机1台160kW、2台75kW(备用1台),因此变频器选用160KW VFD-1600F43A一台与75KW VFD-750F43A分别组成一拖一和一拖二方案,参见图2。利用1台PLC控制2台变频器拖动2台注水电机变频横压注水。现场级控制采用屏蔽电缆连接,智能一体化压力变送器将压力信号转换为4-20mA信号输入到模拟量输入模块DVP-04AD-H,控制器PLC输出的控制量通过模拟量输出模块DVP-04AD-H转换为4-20mA信号输入2台变频器,实现2台注水电机的恒压注水变频控制。

3 工艺流程及控制系统设计 
    横压注水工艺自动化系统原理如图2所示。系统采用三种控制方式:自动运行,手动变频运行和工频运行。  

   
                      图2自控系统原理图 
3.1 自动运行 
    系统自动启动第一台变频器,利用PID来控制注水泵的注水压力,如果一台泵输出压力不能满足压力要求,系统会自动启动第二台变频器以满足压力要求。 
3.2 手动变频运行  
    通过控制面板上的按钮在手动模式下可以单独启动变频器,此方式可以灵活控制变频输出。满足复杂情况下的控制要求。 
3.3 工频运行 
    变频器启动电机运行到工频频率后,利用接触器切换电机脱离开变频器,投入工频运行,参见图2。变频器充当大功率电机的软启动器。 
    通过以上三种控制方式,可以保证注水电机的正常运行,达到满足不间断生产的要求。 
3.4人机界面设计 
    工艺流程图如图3所示,控制参数如图4所示,控制器参数设置如图5所示。  
  

                            图3工艺流程图  
  
                          图4 控制参数  
  
                          图5 控制器参数设置 
4 结束语 
    采用中达公司的PLC、触摸屏和变频器来控制注水系统,单一自动化平台控制结构简单;节能效益显着;方便人员操作。项目受到油田企业关注得到好评。项目体现了中达产品节能自动化的理念,特别是中达机电产品在成套系统控制工程中的优势。 


 
 
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