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摘要：阐述了油水分离分离过程中的巡检，巡控参数及耦合关系和控制系统网络配置，关键性一次仪表选择，提出了一种新的油水分离随机调节均衡控制策略，并分析了该系统实际应用效果。结果表明，完善的控制系统是油水分离智能控制发展的必然趋势，可大幅度地节省人力及提高设备利用率。
关键词：油水分离射频导纳随进过程调节自动化系统
联合站油水分离过程是多入多出系统，且变量间耦合严重、干扰因素多且作用频繁，系统可控性差。为此，选择了适合此过程特点的最优控制策略，开发出一套完善的在线监测与控制、故障诊断报警系统具有重大的现实指导意义。
1现状及发展趋势
目前，在国内各种规模的联合站中，油水分离控制过程大多数还采用手动或半自动控制放水，即一次仪表加手操器方式或根据经验来控制手动阀门的开启度，自动化程度很低。某油田公司某厂联合站油水分离随机调节均衡自动控制系统就是基于该控制技术而开发的自动放水控制系统。
2巡控巡检参数间耦合关系
在联合站集输流程中，主要分为油、气、水三个系统，油系统主要指的是游离水、电脱水、输油等几个岗位；气系统在联合站只进行计量，不进行控制；水系统包括污水、污水处理、注水等岗位。油系统的工作流程是全密闭的，水系统中许多缓冲罐都是常压的，因此，一般只在油系统中存在控制参数的耦合关系。
2.1保持游离水脱除器界面平稳
对游离水脱除器来说，脱除器界面是一个重要参数。在每年脱除器上都装有界面子控制系统。当界面由于某种干扰（如来液含水）而变化时，界面控制子系统就通过改变脱除器放水量和油出口流量来维持界面平稳。但是来液含水的改变直接影响的是油出口流量，进而影响系统压力。而游离水脱除器出油量的波动对电脱水器来说是一个进液扰动，使电脱水器的界面平稳受到破坏，甚至出现生产事故。
2.2保持游离水脱除器系统压力平稳
对游离水脱除器来说，其系统压力也是一个重要参数。在每个脱除器出油汇管上都装有压力控制子系统。当压力由于某种干扰而变化时，压力控制系统就通过改变脱除器油出口流量改变将影响到游离水脱除器的界面，而影响到沉降效果。
2.3保持电脱水器面平稳
对电脱水器来说，从自身平稳操作来说，应保持界面稳定，为此应设置脱水器界面控制子系统，当界面由于某种干扰（如来液量）而变化时，界面控制子系统就通过改变脱水器放水量和油出口流量来维持界面平稳。但是油出口流量的变化将引起脱水器汇管的压力的波动。
2.4保持电脱水器系统压力平稳
作为电脱水器，其系统压力是一个重要的参数，为保持系统压力平稳，在每个脱水器出油汇管上都装有压力控制子系统。当压力由于某种干扰而变化时，压力控制子系统就通过改变脱水器油出口流量为维持压力平稳。但是油出口流量改变将影响到电脱水器界面的平稳。
2.5好油缓冲罐液位与平稳输油之间存在耦合关系
作为好油缓冲罐，其液位由于某种干扰（如来油量变化）而变化时，变频器或出口汇管调节阀就通过改变输油泵排量来保持液位的稳定。为使各参数间达到最佳耦合关系，一般要根据不同联合站的实际情况建立不同的数学模型—随机、调节、均衡模型，通过系统组态实现整个系统的最佳控制。
3控制技术
3.1系统控制网络结构
油水分离的控制过程是原油经自然沉降、电脱水，进储油罐，然后外输。根据这种生产工艺流程，我们开发的联合站油水分离随机调节均衡自动控制系统包含有三级网络。设备网（DeviceNet）、控制网（ControlNet）、信息网（EtherNet）。
（1）在信息层采用以太网，用于全厂的数据采集和程序维修。
（2）在自动化和控制层采用控制网，DH+、DH485和远和程I/O，实现实时I/O控制、控制器互锁和报文传送。
（3）在设备层采用设备网，用于底层设备的低成本、高效率信息集成。
3.2射频导纳物位计工作原理
整个系统的技术关键是准确地测定油水界面及油中含水参数。我们采用先进的连续射频导纳原理的油水界面仪及油含水分析仪取代电容技术原理的测量仪表。连续射频导纳技术是采用了三端Cote—shield技术，在电路单元测量信号上引出一个Cote—shield放大器，其输出和同轴电缆屏蔽层相连，然后又连到探头的屏蔽层上（Cote—shield元件）。地线是电缆中另一条独立的导线。只有容器中的物位确实上升到中心测杆时，通过被测物料中心测杆与地之间形成被测电流。
4主要功能及优点
联合站随机调节均衡控制系统为集散式控制系统，系统生产现场各站由美国AB公司生产的可编程控制器输入/输出单元FLEX I/O构成，各站由DEWICE NET（设备网络）同主控制站连接在一起，上位各管理监控工作站通过DH+网与设备网相连。每台FLEX I/工作站连接传感器和执行机构，直接进行脱水工艺控制并同管理监控计算机工作站进行数据交换。构成了即独立又互相关联的集散控制系统。
（1）显示现场参数、画面，包括进出口压力、温度、油水界面、油含水率、进出口阀开度、设备工作状态等。
（2）直接通过动画画面直观控制有关参数。如设定油水界面、手动/自动、手控阀门开度、出口压力设定等。
（3）显示现场参数的趋势图，以利于观察和分析。包括进口压力、出口压力、油温、油水界面、油含水率的变化趋势。
（4）进行数据记录，按现场要求自动生成打印报表，并定时自动打印和存储。
（5）故障报警。现场设备出现故障时进行报警，如传感器断线、损坏等；参数超过工艺要求时报警，如超压、含水过高等。
4.2主要优点
（1）可靠性。采用美国XX公司生产射频导纳物位计测量油水界面。现场应用证明，该仪表具有精确性、免维护性和在线连续性等优点，所以能准确、实时反映出各油水脱出器的油水界面，从而保证了油中含水和水中含油等各种参数，确保出油和底部放水达到指标。
（2）灵活性。我们采用的集散控制系统模式是将整个系统分成两级结构。①分工协作、各司其職。PLC全力进行数据采集、计算的控制，而各监控工作站则对整个控制过程或局部控制过程进行监控；②扩展性方便、简单，只须添加相应的模块和PLC，软件上做少量改动就可以扩展到多个罐，完全没有限制；③集中管理、分散控制。美国AB公司的PLC以运行可靠著称，每台现场工作站FLEX I/只负责控制本地小区域的信号的输入与输出，既使出现故障，只会导致这一小区域停产，并且故障处理只须更换相应模块即可，快捷方便。即使关闭PC机，FLEX I/以前一时间下载的控制模式工作，生产照样可以安全进行。
（3）高度自动化。传统控制模式生产数据的采样是2h一次，特别是油中含水率要经过40min的化验才能得出结果，这样不但不准确，而且需要大量的人力和物力。而应用集监视、监测和数据采用于一体的RSWIEW软件平台进行组态，能在监制工作站上适时准确显示出整个系统的各个参数，把工人人繁重的体力劳动中解脱出来，实现了高度自动化。
（4）适用性。利用先进的软件平台，根据现场实际情况自行开发，降低了成本，确保系统的适用性。该系统配以上机管理，使上位机与一次仪表既相互独立又有机地结合在一起，整个系统在“经济、合理、适用、先进”诸方面都较为理想。
5结束语
采用集散油水分离过程控制方式，既提高生产过程的稳定性，保证了外输原油质量，又取缔了繁琐的手动操作，提高了现场数据的可靠性，使各阶段出油含水率降低，做到平稳外输，降低二次分离的消耗，减少收油泵启停次数，延长泵的使用寿命。
参考文献：
[1] 陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2004.
关键词：油水分离射频导纳随进过程调节自动化系统
联合站油水分离过程是多入多出系统，且变量间耦合严重、干扰因素多且作用频繁，系统可控性差。为此，选择了适合此过程特点的最优控制策略，开发出一套完善的在线监测与控制、故障诊断报警系统具有重大的现实指导意义。
1现状及发展趋势
目前，在国内各种规模的联合站中，油水分离控制过程大多数还采用手动或半自动控制放水，即一次仪表加手操器方式或根据经验来控制手动阀门的开启度，自动化程度很低。某油田公司某厂联合站油水分离随机调节均衡自动控制系统就是基于该控制技术而开发的自动放水控制系统。
2巡控巡检参数间耦合关系
在联合站集输流程中，主要分为油、气、水三个系统，油系统主要指的是游离水、电脱水、输油等几个岗位；气系统在联合站只进行计量，不进行控制；水系统包括污水、污水处理、注水等岗位。油系统的工作流程是全密闭的，水系统中许多缓冲罐都是常压的，因此，一般只在油系统中存在控制参数的耦合关系。
2.1保持游离水脱除器界面平稳
对游离水脱除器来说，脱除器界面是一个重要参数。在每年脱除器上都装有界面子控制系统。当界面由于某种干扰（如来液含水）而变化时，界面控制子系统就通过改变脱除器放水量和油出口流量来维持界面平稳。但是来液含水的改变直接影响的是油出口流量，进而影响系统压力。而游离水脱除器出油量的波动对电脱水器来说是一个进液扰动，使电脱水器的界面平稳受到破坏，甚至出现生产事故。
2.2保持游离水脱除器系统压力平稳
对游离水脱除器来说，其系统压力也是一个重要参数。在每个脱除器出油汇管上都装有压力控制子系统。当压力由于某种干扰而变化时，压力控制系统就通过改变脱除器油出口流量改变将影响到游离水脱除器的界面，而影响到沉降效果。
2.3保持电脱水器面平稳
对电脱水器来说，从自身平稳操作来说，应保持界面稳定，为此应设置脱水器界面控制子系统，当界面由于某种干扰（如来液量）而变化时，界面控制子系统就通过改变脱水器放水量和油出口流量来维持界面平稳。但是油出口流量的变化将引起脱水器汇管的压力的波动。
2.4保持电脱水器系统压力平稳
作为电脱水器，其系统压力是一个重要的参数，为保持系统压力平稳，在每个脱水器出油汇管上都装有压力控制子系统。当压力由于某种干扰而变化时，压力控制子系统就通过改变脱水器油出口流量为维持压力平稳。但是油出口流量改变将影响到电脱水器界面的平稳。
2.5好油缓冲罐液位与平稳输油之间存在耦合关系
作为好油缓冲罐，其液位由于某种干扰（如来油量变化）而变化时，变频器或出口汇管调节阀就通过改变输油泵排量来保持液位的稳定。为使各参数间达到最佳耦合关系，一般要根据不同联合站的实际情况建立不同的数学模型—随机、调节、均衡模型，通过系统组态实现整个系统的最佳控制。
3控制技术
3.1系统控制网络结构
油水分离的控制过程是原油经自然沉降、电脱水，进储油罐，然后外输。根据这种生产工艺流程，我们开发的联合站油水分离随机调节均衡自动控制系统包含有三级网络。设备网（DeviceNet）、控制网（ControlNet）、信息网（EtherNet）。
（1）在信息层采用以太网，用于全厂的数据采集和程序维修。
（2）在自动化和控制层采用控制网，DH+、DH485和远和程I/O，实现实时I/O控制、控制器互锁和报文传送。
（3）在设备层采用设备网，用于底层设备的低成本、高效率信息集成。
3.2射频导纳物位计工作原理
整个系统的技术关键是准确地测定油水界面及油中含水参数。我们采用先进的连续射频导纳原理的油水界面仪及油含水分析仪取代电容技术原理的测量仪表。连续射频导纳技术是采用了三端Cote—shield技术，在电路单元测量信号上引出一个Cote—shield放大器，其输出和同轴电缆屏蔽层相连，然后又连到探头的屏蔽层上（Cote—shield元件）。地线是电缆中另一条独立的导线。只有容器中的物位确实上升到中心测杆时，通过被测物料中心测杆与地之间形成被测电流。
4主要功能及优点
联合站随机调节均衡控制系统为集散式控制系统，系统生产现场各站由美国AB公司生产的可编程控制器输入/输出单元FLEX I/O构成，各站由DEWICE NET（设备网络）同主控制站连接在一起，上位各管理监控工作站通过DH+网与设备网相连。每台FLEX I/工作站连接传感器和执行机构，直接进行脱水工艺控制并同管理监控计算机工作站进行数据交换。构成了即独立又互相关联的集散控制系统。
（1）显示现场参数、画面，包括进出口压力、温度、油水界面、油含水率、进出口阀开度、设备工作状态等。
（2）直接通过动画画面直观控制有关参数。如设定油水界面、手动/自动、手控阀门开度、出口压力设定等。
（3）显示现场参数的趋势图，以利于观察和分析。包括进口压力、出口压力、油温、油水界面、油含水率的变化趋势。
（4）进行数据记录，按现场要求自动生成打印报表，并定时自动打印和存储。
（5）故障报警。现场设备出现故障时进行报警，如传感器断线、损坏等；参数超过工艺要求时报警，如超压、含水过高等。
4.2主要优点
（1）可靠性。采用美国XX公司生产射频导纳物位计测量油水界面。现场应用证明，该仪表具有精确性、免维护性和在线连续性等优点，所以能准确、实时反映出各油水脱出器的油水界面，从而保证了油中含水和水中含油等各种参数，确保出油和底部放水达到指标。
（2）灵活性。我们采用的集散控制系统模式是将整个系统分成两级结构。①分工协作、各司其職。PLC全力进行数据采集、计算的控制，而各监控工作站则对整个控制过程或局部控制过程进行监控；②扩展性方便、简单，只须添加相应的模块和PLC，软件上做少量改动就可以扩展到多个罐，完全没有限制；③集中管理、分散控制。美国AB公司的PLC以运行可靠著称，每台现场工作站FLEX I/只负责控制本地小区域的信号的输入与输出，既使出现故障，只会导致这一小区域停产，并且故障处理只须更换相应模块即可，快捷方便。即使关闭PC机，FLEX I/以前一时间下载的控制模式工作，生产照样可以安全进行。
（3）高度自动化。传统控制模式生产数据的采样是2h一次，特别是油中含水率要经过40min的化验才能得出结果，这样不但不准确，而且需要大量的人力和物力。而应用集监视、监测和数据采用于一体的RSWIEW软件平台进行组态，能在监制工作站上适时准确显示出整个系统的各个参数，把工人人繁重的体力劳动中解脱出来，实现了高度自动化。
（4）适用性。利用先进的软件平台，根据现场实际情况自行开发，降低了成本，确保系统的适用性。该系统配以上机管理，使上位机与一次仪表既相互独立又有机地结合在一起，整个系统在“经济、合理、适用、先进”诸方面都较为理想。
5结束语
采用集散油水分离过程控制方式，既提高生产过程的稳定性，保证了外输原油质量，又取缔了繁琐的手动操作，提高了现场数据的可靠性，使各阶段出油含水率降低，做到平稳外输，降低二次分离的消耗，减少收油泵启停次数，延长泵的使用寿命。
参考文献：
[1] 陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2004.