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智能變頻輸油技術(shù)在華慶油田的應(yīng)用

文檔作者：裴潤(rùn)有王亞新胡放軍柳瑛文檔來(lái)源：長(zhǎng)慶油田公司第二采油技術(shù)服務(wù)處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月26日
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2011年7月1日
第34卷第13期
現(xiàn)代電子技術(shù)
Modern Electronics Technique
Jul．2011
V01．34 NO．13
智能變頻輸油技術(shù)在華慶油田的應(yīng)用
裴潤(rùn)有，王亞新，胡放軍，柳瑛
(長(zhǎng)慶油田公司第二采油技術(shù)服務(wù)處，甘肅慶陽(yáng)745100)
摘要：針對(duì)華慶油田超低滲透油藏產(chǎn)量低，站點(diǎn)間歇輸油等特點(diǎn)，研究應(yīng)用智能化變頻輸油系統(tǒng)，解決員工頻繁啟停
輸油泵，重復(fù)單調(diào)的勞動(dòng)，尤其是防止溢罐或者空抽問(wèn)題發(fā)生，造成環(huán)境和設(shè)備的破壞，保障冬季原油的正常輸送，節(jié)省人
力，降低員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)能降耗，保護(hù)設(shè)備的目的。
關(guān)鍵詞：智能化；變頻；輸油；PLC
中圖分類號(hào)：TN911．7—34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—373X(2011)13—0192—02
Application of Intelligent Frequency Carry Oil Technology in the Huaqing Oil Field
PEI Run-you。WANG Ya-xin，HU Fang-jun，LIU Ying
(Second Oil Production Technology Service，Changqing Oilfield Company，Qingyang 745100，China)
Abstract：For the disadvantages of production of ultra-low permeability reservoirs，oil and other characteristics and site
intermittent oil in Huaqing oil field，the application of intelligent frequency conversion oil system is studied．The system in
which the pump start and stop frequently by employees are solved，especially the overflow tank or empty pumping problems
are prevented，the normal transport of crude o訂in winter is ensured，the manpower is saved，the labor intensity of workers is
reduced，the energy is saved and the equipment is protected．
Keywords：Intelligent；frequency conversion；oil transportation；PLC
原油集輸工作是采油單位最主要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，但是華
慶油田屬于超低滲透油藏，油井產(chǎn)量低，井站產(chǎn)進(jìn)不均，造
成輸油系統(tǒng)不能連續(xù)工作。人工要在不等的時(shí)間間隔啟
停輸油泵，把產(chǎn)進(jìn)的原油輸送，如果員工不能及時(shí)啟停泵
就會(huì)造成溢罐或者輸油泵空轉(zhuǎn)，損壞設(shè)備，特別是在冬季，
氣溫低的特殊條件下，原油容易凝固結(jié)蠟，堵塞輸油管線，
影響油田的正常生產(chǎn)。因此不問(wèn)斷的連續(xù)輸油就顯得尤
為重要。為保障正常的原油外輸，華慶油田根據(jù)油田公司
數(shù)字化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，在原有生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了變頻輸
油改造，研發(fā)應(yīng)用了智能化變頻輸油系統(tǒng)。
1 變頻輸油系統(tǒng)的組成及工作原理
智能變頻輸油系統(tǒng)主要由輸油泵，緩沖罐，磁翻板
液位計(jì)，PLC(Programmable Logic Controller，可編程
邏輯控制器)，變頻器，計(jì)算機(jī)等組成。智能化變頻輸油
系統(tǒng)成套控制設(shè)備及技術(shù)應(yīng)用在華慶油田各聯(lián)合站、增
壓站和接轉(zhuǎn)站，是在原油輸送系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)
控制。主要工作原理有三種：
工作原理1：直接利用變頻器、緩沖罐(帶磁翻板液
位計(jì))和輸油泵三大項(xiàng)設(shè)備組成獨(dú)立輸油系統(tǒng)。此系統(tǒng)
如圖1虛線框中所示，變頻器采集緩沖罐液位，根據(jù)設(shè)
定的上下高度值，當(dāng)液位達(dá)到某個(gè)設(shè)定液位高點(diǎn)值時(shí)，
收稿日期：2011一02—24
利用變頻器可編程控制器，給輸油泵電機(jī)發(fā)出啟動(dòng)指
令，輸油泵開始工作，當(dāng)液位值低于某個(gè)值時(shí)，變頻器控
制器發(fā)出停止指令，輸油泵停止供電，輸油停止。這個(gè)
系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，構(gòu)建周期短，形成一個(gè)變頻器自動(dòng)控制
循環(huán)程序，若要人工干預(yù)需到變頻器上操作。
工作原理2：利用變頻器、緩沖罐(帶磁翻板液位
計(jì))、計(jì)算機(jī)和輸油泵四項(xiàng)設(shè)備組成輸油系統(tǒng)。本次控
制主要原理和“工作原理1”基本相同，只是增加了上位
機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)人工遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程調(diào)參功能。通過(guò)
PLC編輯控制程序，既可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集信號(hào)，又可以
實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程靈活調(diào)整輸油頻率，繼續(xù)沿用緩沖罐液位，設(shè)
定的上下液位值，利用上位機(jī)控制變頻器，給輸油泵電
機(jī)發(fā)出啟停指令，實(shí)現(xiàn)智能化變頻輸油。
工作原理3：在“工作原理2”的基礎(chǔ)上增加緩沖罐
“壓力參數(shù)”控制輸油泵智能啟停(如圖1所示)，與液位
控制聯(lián)動(dòng)工作，相互補(bǔ)充，解決了當(dāng)一個(gè)參數(shù)出現(xiàn)誤差
時(shí)，另一種參數(shù)繼續(xù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。特別是在華慶油
田，油氣比高，壓力控制效果更加明顯，當(dāng)液位未到達(dá)上
限值時(shí)，壓力達(dá)到上限值，開始啟泵，釋放壓力，防止安
全事故發(fā)生。無(wú)論哪種參數(shù)控制，都通過(guò)PLC編程控
制，實(shí)現(xiàn)智能化變頻輸油。
變頻器是變頻輸油過(guò)程中重要設(shè)備，無(wú)論哪種工作
原理都離不開它。它是一種先進(jìn)的節(jié)電設(shè)備，其主要實(shí)
現(xiàn)方式是通過(guò)電流的頻率的變化，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第13期裴潤(rùn)有等：智能變頻輸油技術(shù)在華慶油田的應(yīng)用193
降低電動(dòng)機(jī)輸出功率，具體工作原理如圖2所示，工頻
電流開關(guān)撥到①位置，經(jīng)過(guò)整流電路變成直流電，直流
電流變頻器按照控制信號(hào)的要求，輸出改變頻率的交流
電，作用于電動(dòng)機(jī)，改變其輸出頻率。工頻電流開關(guān)撥
到②位置，使用人工操作模式下的工頻狀態(tài)。
圖1智能化變頻輸油系統(tǒng)組成
圖2 變頻器控制原理
智能輸油泵電機(jī)變頻器以緩沖罐液位為控制對(duì)象，
液位傳感器檢測(cè)出緩沖罐液位高度，作為反饋信號(hào)送給
站內(nèi)PLC，PLC將信號(hào)處理后傳輸給站內(nèi)上位機(jī)，上位
機(jī)根據(jù)緩沖罐液位高度作為變頻器的頻率指令，調(diào)節(jié)電
機(jī)轉(zhuǎn)速，控制出站流量保持恒定。上述控制既可以遠(yuǎn)程
操作也能本地操作控制。
2智能變頻輸油系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
以增壓站為例，講解現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。
2．1現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝流程
一般增壓站管理幾十口油井和注水井，油井來(lái)油經(jīng)
過(guò)總機(jī)關(guān)先進(jìn)入緩沖罐，再到加熱爐，經(jīng)過(guò)加熱后的原
油經(jīng)過(guò)輸油泵進(jìn)行輸送到聯(lián)合站。每個(gè)增壓站都有
2臺(tái)輸油泵，1臺(tái)是11 kW單螺桿泵，1臺(tái)55 kW是雙
曲螺桿泵，每臺(tái)輸油泵都有獨(dú)立的變頻器控制。
2．2 智能變頻輸油應(yīng)用技術(shù)方案
在8 m3緩沖罐上安裝帶4～20 mA模擬信號(hào)輸出
的磁浮子液位計(jì)，將液位信號(hào)給變頻器控制系統(tǒng)，變頻
器控制系統(tǒng)在接收到液位信號(hào)后與設(shè)定值比較，儲(chǔ)油罐
的液位控制高度范圍為10～75 cm。采用PID調(diào)節(jié)控
制算法，通過(guò)變頻器輸出頻率的變化來(lái)控制輸油泵啟停
和排量變化，最終達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制緩沖罐的液位高
度，達(dá)到節(jié)能降耗和油井生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行目的。
2．3 智能變頻輸油現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
華慶油田2009年4月開始在關(guān)一增、陳一增等22座
場(chǎng)站實(shí)施智能變頻輸油技術(shù)，各站根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，日
常運(yùn)行輸油泵機(jī)一臺(tái)，另一臺(tái)作為備用，應(yīng)用變頻調(diào)速技
術(shù)后，關(guān)一增電動(dòng)機(jī)平均輸出頻率為35．0 Hz，陳一增電
動(dòng)機(jī)平均輸出頻率為22．0 Hz，見表1。
表1關(guān)一增、陳一增變頻工藝
由表1中可看出兩臺(tái)變頻器輸出頻率均在20～36 Hz
之間，節(jié)能效果顯著。表2和表3分別是關(guān)一增壓站和陳
一增壓站應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)前后的各數(shù)據(jù)對(duì)比表。
表2關(guān)～增智能變頻輸油應(yīng)用情況前后對(duì)比
表3陳一增智能變頻輸油應(yīng)用情況前后對(duì)比
在輸油泵上安裝變頻器后，電動(dòng)機(jī)工作電流大幅下
降，詳見表2，表3，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率大幅下降，節(jié)電效果
明顯，功率因數(shù)隨之提高，系統(tǒng)效率也大幅提高。但是，
泵效下降，因?yàn)殡娏黝l率下降之后，電動(dòng)機(jī)和泵不能在設(shè)
計(jì)工況下運(yùn)行，效果不能最佳，因此泵效有所下降，但節(jié)
電效果顯著，兩臺(tái)在用輸油泵節(jié)電率可達(dá)20～40％以上，
兩臺(tái)在用變頻器年節(jié)電可達(dá)134 904 kW／h。由此可見，
變頻調(diào)速技術(shù)在油田輸油螺桿泵上的應(yīng)用既可解決“大
馬拉小車”現(xiàn)象，又提供了一個(gè)好的方法，可滿足油田生
產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行的工作需要，且延長(zhǎng)了輸油設(shè)備的使用壽命。
3技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
節(jié)能效果顯著從華慶油田的關(guān)一增和陳一增應(yīng)
用智能變頻輸油系統(tǒng)來(lái)看，既可節(jié)約電能，減少設(shè)備的
損耗，又可不必電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，有效地控制了生產(chǎn)成
本，達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果，在實(shí)際生產(chǎn)中具有良好的
推廣應(yīng)用價(jià)值。
延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命變頻系統(tǒng)對(duì)輸油泵電機(jī)實(shí)
行軟啟、軟停，減少啟動(dòng)過(guò)程對(duì)電網(wǎng)的沖擊，在改善供電
質(zhì)量的同時(shí)由于使用變頻器后電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，低速運(yùn)行
對(duì)油泵軸、軸承的磨損程度減少，大大延長(zhǎng)了輸油泵的
軸承與機(jī)械密封等易損件的壽命，從而延長(zhǎng)了輸油泵電
機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)周期。
自動(dòng)手動(dòng)切換方便變頻系統(tǒng)與原動(dòng)力柜的工頻
軟啟動(dòng)器系統(tǒng)能手動(dòng)自由切換，一旦變頻系統(tǒng)出現(xiàn)某種
故障，可以手動(dòng)切換到原動(dòng)力柜的工頻軟啟動(dòng)，當(dāng)變頻
(下轉(zhuǎn)第196頁(yè))
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
196 現(xiàn)代電子技術(shù)2011年第34卷
所示，照明節(jié)點(diǎn)的平均功率由運(yùn)行時(shí)間tnm和喚醒周期
tperiod決定。其中，tnm與電路設(shè)計(jì)和執(zhí)行器件有關(guān)；喚醒周
期與網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度有關(guān)，乙。抽。越大，網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間就越
長(zhǎng)。在照明的控制中，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求不大，同時(shí)考
慮到節(jié)能和用戶操作的要求，喚醒周期取值在250～
400 ms之間，照明節(jié)點(diǎn)的功率可控制在10 mw以下。
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圖5 Pz—tperi。d關(guān)系曲線
5 結(jié)語(yǔ)
本文的無(wú)線照明系統(tǒng)休眠策略，不但能夠應(yīng)用在
ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)還可以應(yīng)用在處理器和無(wú)線收發(fā)
器組成的多部件無(wú)線節(jié)點(diǎn)中。研究結(jié)果證明，對(duì)無(wú)線節(jié)
點(diǎn)各部件進(jìn)行休眠喚醒策略，能有效控制其功耗，提高
能源利用率，在家庭自動(dòng)化和節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)下，
將具有較好的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：孔慶彥男，1985年出生，在讀碩士研究生。主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開發(fā)。
蘇淑芝女，1986年出生，在讀碩士研究生。主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開發(fā)。
o，07謗o，_。?o’c?c7c7c_)c70’c?o’07．。?070，o’c?c70?c?o?c’07^。7c’o'070’o，ooo’七’．。_，o’o，o’．?！痮’o_，o，o’o’o’o’o'o’o，oo^>，
(上接第193頁(yè))
系統(tǒng)維修期間，原軟啟動(dòng)器系統(tǒng)能正常保障輸油泵的運(yùn)
行工作，滿足正常生產(chǎn)需要。
智能報(bào)警無(wú)論是根據(jù)液位輸油，還是根據(jù)壓力輸
油，都具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制功能，當(dāng)數(shù)據(jù)小于或者大
于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示當(dāng)班員工處理。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)變頻輸油技術(shù)應(yīng)用，解決了液量不在的間歇性
輸油和冬季輸油泵需連續(xù)運(yùn)行的特點(diǎn)，靈活設(shè)定啟泵、
停泵液位，一方面是對(duì)泵自身保護(hù)，又不會(huì)使下游管線
中油水混合物因長(zhǎng)時(shí)間不流動(dòng)而凍結(jié)。同時(shí)提高員工
工作環(huán)境質(zhì)量。智能變頻輸油系統(tǒng)具有快速數(shù)字鍵設(shè)
定功能，遠(yuǎn)程控制功能，方便管理操作，減輕了員工的工
作勞動(dòng)強(qiáng)度，防止溢罐或者抽空等安全事故發(fā)生，同時(shí)
提高了工作效率，改善了職工的工作環(huán)境。
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作者簡(jiǎn)介：裴潤(rùn)有男，1963年出生，甘肅天水人，博士，高級(jí)工程師。主要研究方向?yàn)橛吞镩_發(fā)、數(shù)字化技術(shù)。
王亞新男，1977年出生，甘肅寧縣人，工程碩士，工程師。主要研究方向?yàn)樾畔⒒?、工控、軟件技術(shù)。

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