摘要：数字化混输撬装置具有功能集成、建设快捷、投产迅速、节能环保等特点，且易于搬迁和重复使用，在当前数字化油田的开发与建设中得到了广泛的普及与应用。该装置中配置了远程终端控制控制系统，以实现对数据采集和流程控制的实时监控，并通过变频器实现输出频率的调节，控制混输泵的排量与转速，实现了平稳、连续输油的目的。本文结合实际工作经验，从数字化混输撬的主要结构及功能特点出发，并就数字化混输撬自动变频调节技术的具体应用进行了分析与探讨。
　　关键词：数字化混输撬；自动变频调节；控制；应用
　　
　　
　　一、数字化混输撬的主要结构及功能特点
　　1、数字化混输撬的主要结构
　　数字化混输撬装置主要是由装置本体、混输泵、控制系统、阀门管理以及撬座等结构所组成。它将原油混合物的加热、缓冲、分离、增压、自动控制以及输送等多种功能进行高度集中，并通过电动阀门的切换可实现多种工艺流程，尤其适用于低渗透油田原油混合物的增压混输场站。
　　2、数字化混输撬的功能特点
　　数字化混输撬装置主要具备了以下方面的显著特点：
　　（1）功能集成。该装置将原油加热、分离、缓冲、增压、自动控制、输送等多种功能集成，满足了数字化油田多种工艺流程的需要，适用性强。
　　（2）结构撬装。该装置通过动静设备组合成撬安装，便于标准化建设，有利于缩短建设周期，提高工程的建设质量。
　　（3）流程优化。该装置中能明显减少传统输油工艺的多项中间环节，并可实现多种工艺流程的无缝衔接与任意切换，减少了由于管线连接多个设备所造成的中间热能损失，简化了操作程序与检修程序。同时，通过自动变频技术在混输泵中的应用，实现了混输泵排量与转速的控制，有效提高了设备能效。
　　（4）数字化管理。该装置通过配置RTU远程终端控制系统，集成了井站实时数据采集、电子巡井、危害预警、智能诊断、生产指挥等多项功能，对装置所辖井场的生产情况进行实时监测。同时，通过将远程控制系统与自动变频调节技术的结合，使装置初步达到了智能化与一键式操作的水平。
　　（5）降低成本。该装置采用撬装设计，可明显减少现场设备、管线安装和输油泵房等设施，通过装置与井场的合建，不仅可极大减少场站的占地面积，而且有效降低了工程投资成本，符合油田低成本开发的战略需求。
　　二、自动变频调节技术的工作原理
　　数字化混输撬在实际生产中，主要是通过在混输泵中安装质量可靠的变频调速设备，来实现对混输泵排量与转速的控制，确保平稳化和连续化的输油状态。
　　1、变频器的工作原理
　　变频器作为一种先进的调速节电设备，其功用主要是将频率固定的交流电转换为频率连续可调的三相交流电源。由于变频器能提供精确的速度控制，且变速不依赖于机械部分，因此能极大提高原有设备生产工艺的高效性，并能方便的控制机械传动的上升、下降和变速运行。当前，变频调节技术国民经济多个领域的重要设备中都有所应用，有效改善了原有设备的生产效能，且更加节能环保。
　　变频器在数字化混输撬控制中的应用，其主要工作方式是通过调节变频器的输出频率，来改变混输撬中发电机的转速，调节电动机的输出功率，其具体工作流程信号，如下图1所示。工频电流经过变频器内的整流电路变成直流电，直流电流变频器按照控制信号的要求，输出已改变频率的交流电，并作用于混输泵电动机中，使混输泵的转速和排量根据实际生产需要进行自动改变。
　　
　　图1 变频器工作流程信号图
　　2、变频器工作方式选择
　　变频器按照电源电压的不同可分为高压变频和低压变频两种，其工作方式则主要有闭环控制和开环控制两种。
　　（1）闭环控制。闭环控制的工作原理，如下图2所示。它是将混输泵生产中的压力、流量、液位等多个生产参数通过传感器采样，以形成电信号，这些信号经过用电设备中微机信号处理器的处理，以形成变频器可以识别的信号，并作用于变频器的内置PI调节器中，变频器则会产生交变电流。再通过与生产中所设定的定值进行比较，以决定是否对用电设备中压力、流量、液位等生产参数进行改变或继续维持。
　　
　　图2 变频器闭环控制工作原理图
　　（2）开环控制。开环控制的工作原理是变频器的控制信号直接输入到用电设备的微机信号处理器中，然后根据生产实际需要来确定混输泵电动机的工作频率，并通过人工设置相应参数，来实现对变频器输出電流频率的控制，以改变电动机的转速和输出频率，从而实现对混输泵生产状态的有效控制。
　　在实际生产中，混输泵机组中自动变频调节方案的设计，通常是采用了闭环控制与开环控制相结合的方式，以满足对混输泵工作状态的有效控制以及现场实际生产的需要。
　　三、自动变频调节方案设计及系统结构
　　1、方案设计
　　（1）闭环控制方案。在油箱中安装4~20mA的模拟信号输出浮球液位计，将液位信号传递到变频器中。变频器在接收液位计信号并与变频器设定值比较后，通过PLC设备中的PID控制程序块进行PID调节控制计算，然后通过对变频器输出频率的变化来自动调节油箱中的液位高度，实现节能降耗和平稳、连续输油的目的。该方案中油箱的液位控制高度在1.6m左右。
　　（2）开环控制方案。在油箱中部安装液位计，液位检测采用人工定时检测，操作人员根据油箱中液位检测高度，通过人工调节5kΩ的电位器来调节变频器的输出功率，以控制混输泵的排量，从而实现对油箱液位高度的控制，来实现节能降耗和平稳、连续输油的目的。该方案中油箱液位控制高度范围在1.5~2m左右。
　　2、系统结构
　　（1）硬件连接
　　在混输泵的自动变频调节系统中，通常是采用两线制接法来进行硬件的连接。该方法是铺设一根两芯电缆，要求电缆的一端是连接PLC设备中PID控制程序模块，输出电流为4~20mA；电缆的另一端则是与变频器的信号输入端进行连接。通过这种连接方式，可以使闭环控制方案中的液位信号通过PID调节控制算法后，再传递到变频器中，以实现对油箱中液位高度的调节。混输泵自动变频调节系统的硬件连接结构图，见下图3所示。
　　
　　图3 混输泵自动变频调节系统的硬件连接结构图
　　（2）软件编程
　　当混输泵自动变频调节系统的硬件部分连接好以后，应首先利用软件对硬件连接状态进行检测，以确保硬件的连接正常，然后再对该自动变频调节系统进行编程。
　　系统程序主要包括了三个部分，即主程序、各个子程序以及中断程序。其中，主程序主要完成系统的初始化以及液位显示工作；子程序则主要负责PID逻辑运算；中断程序则是实现对液位信息的定时采样以及输出控制。将已编程好的程序通过以太网连接到PLC设备中，系统即自动进入到运行状态。
　　四、自动变频调节技术的应用评价
　　1、提高了油田的自动化管理水平，确保了数字化混输撬处理后的油气质量，通过闭环控制实现了油气生产的密闭输送，并有效减少了输送过程中的油气损耗。
　　2、通过自动变频调节技术在数字化混输撬中的应用，能明显降低油气混输生产工艺线的噪音污染，有效改善了员工的工作环境，减少了职业危害。同时，还能明确减轻员工的工作劳动强度，提高和改进了油气生产的工作时效性。
　　3、自动变频调节技术具有技术先进、安全可靠的特点，通过对输送过程中液位和流量调节的自动闭环控制，确保了整个生产过程的平稳运行，保证了油井连续生产的不间断输送，尤其是能满足长距离连续输送、连续生产以及低温条件下的生产工艺要求。
　　4、通过自动变频调节中的闭环控制，能实现混输泵电动机的软起动功能，通过逐步升高电动机转速，能明显节约电能，减少设备的损耗。同时，由于混输泵电机不需全速运转，在有效控制生产质量的同时，也实现了最佳的经济运行效果。
　　总结：
　　本文结合实际工作经验，从数字化混输撬的主要结构及功能特点出发，并着重就自动变频调节技术的工作原理、方案设计、系统架构以及应用评价等多个方面进行了分析与探讨。自动变频调节技术在数字化混输撬控制中的应用，不仅极大改善了油气生产和运输的工艺水平，确保了油井连续生产的不间断输送以及整个生产过程的平稳运行，而且还具有节能降耗、安全可靠等多方面特点，在实际生产中具有极佳的应用与推广价值。
　　参考文献
　　[1] 路继臣.滩海石油工程技术[M].北京：石油工业出版社，2008.
　　[2] 张永惠，张燕宾.生产机械的变频调速[M].北京：机械工业出版社，2011.
　　[3] 王永梅.电动机控制与变频调速[M].南京：南开大学出版社，2012.