冗余以太网下的PLC系统在原油处理中的应用

冗余以太网下的PLC系统在原油处理中的应用程必永黄洪唐敏秦晓亮(吐哈油田公司三塘湖采油厂维修工区，新疆哈密839009)摘要：本文介绍了以太网技术和PLC控制控制技术相结合，控制系统实现过程中的成功运用。经现场安装、调试和运行，理的各项需求。关键词：以太网；PLC；原油处理；冗余控制二十世纪90年代，原油处理控制系统基本使用大型DcS，二十一世纪以来，PLC逐渐开始向模拟控制发展，并保持了其可靠性好、稳定性高、响应快的特点，近儿年来逐渐戍用到原油处理中。本文以三塘湖油田联合站的原油处理为例，介绍了以太网和PLC控制控制网络相结合的冗余控制系统和原油处理方面的应用。l系统概述(1)以太网冗余技术。冗余惟是高可J|J件工业网络系统的必备特性之一，以太网冗余技术就是为了提高其可靠性和稳定性而提出的。按照安令级别不同，冗余网络又可以由低到高分为五个等级：电源冗余、线路冗余、节点冗余、网络冗余、全系统冗余。(2)RockwellPLC。罗克韦尔自动化是一家工业自动化跨国公司，为制造业提供‘。流的动力、控制和信息技术解决方案。罗克韦尔自动化公司整合了工业自动化领域的知名品牌，致力于打造全方位自动化解决方案。ControlLogix5000是A1len—Bradley生产的大型PLC。Rslogix5000是Rockwell公司开发的一款PLC软件，是作为MSWindows的应用程序被设计的，可以在Windows操作系统下进行操作，是符合国际标准IECll31—3的有效的应用软件，并提供统。的配置环境。RSViewSupervisoryEdition(简称RSViewSE)是美国Rockwell公司开发的一款运行在Windows操作系统上的人机界面(Human—MachineInterface，简称HMI)应用程序。RSViewSE软件能够使用户对上业过稃进行可视化和控制，同时，它提供的开发环境和功能使其能够快速地创建、测试和部署强大的应用，可以与任何需要的人、在任何需要的地点连接和传送实时信息。2冗余框架2．1网络系统体系结构采用先进的工业控制技术发展现状和以太网冗余技术，实现了注重系统可靠性和稳定性的集多种以太网冗余技术于～体的体系结构。从以太网系统的角度分析奉系统的设计达到了很岛的安全级别。实现了整个控制网络的冗余，阐述了该项技术在原油处理证明系统安全可靠、操作方便、维护简单，满足了原油处PA75／B冗余型电源模块，从站PLC1756一PSCA2／A冗余型电源模块，主从站PLC均配置双电源供电，应用先进的输出电压多点反馈技术，有效地保证了系统的可扩展性和电源的不问断供应。(2)节点冗余：上位机网络中操作员站的冗余配置和下位机网络中主站PLC的双机热备设计，依靠1756一SRM冗余模块实现，冗余模块之间采用光纤连接，保证了数据传输的高效性。(3)线路冗余：卜^位机主分站PLc之间的双缆冗余设计，远程访问技术与双缆冗余技术的结合，主站PLC和从站PLC之间采片j1756一CNBR冗余控制网通讯模块，通过同轴电缆建立冗余ControlNet网络，切实保证了网络系统的稳定性和可靠性，保证了系统通信链路的畅通无阻。(4)网络冗余：双操作员站、双交换机、双主站PLC和双缆的网络配置，使系统在一套以太网络|：运行的同时，还有一套备用以太网络随时可以切入运行，切实保证了网络系统的稳定性和可靠性。2．2关键技术的实现(1)两台上位服务器热备与同步的实现。上位服务器的热备与同步是上位机冗余网络的关键技术之一，是网络冗余的基础。它能实时查询整个嘲络中的任意节点的工作状态，实现主从服务器的I司步、实时检测和无扰切换。组态操作步骤如下：①在两台服务器上安装相同版本的RSViewSEServer。在其中一台服务器卜组态完整的删I。并把HMI复制到另一台服务器上。②在两台服务器上的HMI属性中设置冗余选项，并建立主从关系。③在两台操作员站上安装RSViewSEC1ient，配置相同的软件环境，并设置指向为主服务器。(2)PLC双机热备的实现。双机热备在PLC程控系统中占据着至关重要的位置，是保证其系统运行稳定可靠的关键技术之一。操作步骤如下：①在两主站PLc上分别安装1756一s跚冗余热备模块，光纤连接；②在工程师站上安装RSViewSEStudio，配置热备系统组态；③将组态信息下载到两个主站PLC的CPU中；④运行双机PLC系统。3原油处理系统3．1工艺流程三塘湖联合站是三塘湖油田牛圈湖区块整体开发地面配套工程的重要组成部分，年处理量100万吨／年；采用高效三相分离器脱水和正压闪蒸工艺，将联合站原油脱水系统来脱水后原油进行稳定处理，储存在4具5000方的储油罐中，降低原油在储存过程”F的蒸发损耗及提高储存安全性，使稳后原油的饱和蒸汽压小于当地大气压，配套2原油加热系统和一套火灾自动消防系统。进3．2_______系统I／O规模原油处理系统现场仪表主要包括气动调节阀、气动球阀、气动蝶阀、智能压力变送器、智能温度变送器、液位变送器、可燃气体报警器等，系统i／o汇总见表l。原油处理系统一、原油处理的目的和技术要求将开采出的原油在海上采油平台或生产油轮进行油、气、水的分离净化、计量和外输；伴生气经除液后利用或送到火炬系统烧掉；污水进污水处理系统处理符合排放标准后排放入海；原油进一步处理后得合格的商品油存储或外输。一般的处理工艺流程如图2-1-1所示。海洋石油开发是高投入、高风险、高产出的行业，对原油处理系统的技术要求高，均采用国内外较先进的设备，主要技术要求如下：A.根据该油田油气性质、储量和该海域的海况、环境，采取合适的工艺措施，最大限度地满足油田高速、经济合理开发；B.要有一定的储备能力，以保证每次销售油轮到来前维持正常生产；C.流程密闭，防火、防爆、防污染；D.安全可靠性好、保险系数大、运行效率高，仪控自动化程度高，便于操作管理；E.适应性强，能适应油田较高速开发和滚动开发周边油田的生产要求，适应油田生产过程中的调整和改造；F.工艺布局紧凑合理。G.结构牢固，适于防台、防冻和耐腐蚀。二、原油处理主要工艺和设施原油处理工艺应根据油、水、伴生气、砂、无机盐类等混合物的物理化学性质、含水率、产量等因素，通过分析研究和经济比较确定。原油汇集、处理和计量外输是原油处理工艺的三大主要组成部分。下面以涠11-4油田、渤中34-2／4E油田、埕北油田、BZ28-1油田FPSO,-（浮式生产储油系统）等的原油处理工艺作简要介绍。1.原油汇集为节约投资，工艺流程的设计要求适应性强，一般在可以联合开发的海域只设计一套原油处理设施，将周边油田、采油平台来液汇集后集中处理。图2-1-2是涠西南油田群联合开发示意图，图2-1-3是涠11-4油田原油处理工艺流程示意图，涠11-4油田由W11-4PUQ、W11-4WHPB、W11-4WHPC三个采油平台组成，分别有17口、12口、4口油井，只在W11-4PUQ（中心平台）上设置一套原油处理设施，三个平台油井出来的流体进入管汇汇集，到中心平台集中处理。涠10-3油田油井采出液则通过17KM的海底管线输送到W11-4PUQ，与涠11-4油田原油一起处理。在台风停产扫线期间，涠10-3、涠11-4和涠12-1三个油田油液则集输到涠州终端集中处理。图2-1-4是渤中34-2/4E油田的原油处理工艺流程示意图，井口平台不设处理设施，处理设施安装在浮式生产储油装置的主甲板上，来自2EP和4EP平台油井产液经过单点系泊装置上的旋转接头及跨接软管输送到浮式生产储油装置上进行处理。在原油汇集管汇中，油气混合物沿集输管线流动，当气油比较高时，管内流体流动极不均匀，呈所谓冲击流型，即管线某一固定截面上，有时气体流量占绝大部分，有时液体流量占主导地位，呈气、液交替流动状态，这种液段或气段的长度可达几十米，并伴随有强烈的压力波动。这使进入下游分离器的油气负荷很不均匀，并由于油气的激烈扰动使原油大量起泡，分离效果急剧下降。这时需在下游分离器前增加压力波动阻尼器，如图2-1-7所示，进行预分气处理。设置压力波动阻尼器后，油气混合物沿集输管线流动时，部分气体被分出，减少了油气扰动。分气管汇至卧式容器的连接管向下倾斜与水平线成3度夹角，使管内油气混合物的流动状态由激烈的冲击流型变为平稳的油气层流型，从而改善了分离器的工作条件。经预分气管汇处理后，油气混合物流入卧式容器内的排油槽的整个截面上，再分离出大部分气体之后，经折流板流入容器的集液部分。集液部分内设有若干隔板，使液面保持平稳，以利于原油中夹带的气泡上浮和析出。气体经初步除雾后流出容器，并同预分气管汇来的气体一起进入装在卧式容器上方的除雾器筒进一步净化。!’原油处理图2-1-3(b)为WHPA工艺流程图，由于投产初期A／B／C三平台油井产液温度低，不利于原油处理，因此汇集的油井产液首先经加热器)加热、到一定的温度（50-70）后进分离器6进行油、气、水三相分离，伴生气经涤气罐除液后到火炬烧掉，污水进污水处理系统，原油进入静电脱水器8进一步处理。当某口井需进行测试时，可将这口井的流体从生产管汇切换到测试管汇进入质量流量计3进行油、水计量，以掌握单井的生产情况。根据各油田油、水、伴生气的物理化学性质和砂、所含杂质、含水率、产量等的不同，所选用的工艺流程各有差异。如涠11-4油田的原油处理（图2-1-3所示），只经过生产分离器和电脱水器的处理即可达到处理要求，渤中34-2/4E油田的原油处理（图2-1-4所示）经过一级、二级分离器和电脱水器的处理达到处理要求，埕北油田油气处理（图2-1-5)所示）经过一级、二级分离器和电脱水器处理后还经过电脱盐器进一步脱盐净化，BZ28-1油田的原油处理流程（图2-1-6所示）在高压分离器前增加一高高压分离器，以分离大部分的伴生气。原油处理主要设施有分离器、加热器、测试设备、泵类设备、仪电设备、检测和安全保护设备等。3.原油计量外输经处理后的合格原油，如图2-1-4进储油舱储存，或如图2-1-3经原油外输泵增压、计量装置计量后通过海底管线外输至储油终端。