联合站原油脱水监控系统设计开题报告

本科毕业设计（论文）开题报告题目：联合站原油脱水监控系统设计PLC的机械手检瓶模拟控制系统设计学生姓名学号教学院系指导教师职称单位1设计背景和意义在开采原油时，我国的很多油田都是中后期开采，油田由于注水所开发出的原油含有较多的水分，目前一般为50％～80％，有的甚至高达90％，因此需要将原油中所含的水用各种方法分离出来。从油井中流出的油气混合物中还经常含有盐和泥沙类机械杂质等，这些物质会增大液流的体积流量，降低设备和管路的有效利用率；给原油的集输和炼制带来很大的麻烦。所以在原油进入集输系统前必须对原油中的含水、含盐、杂质进行净化处理，使之成为合格的商品原油。进入20世纪70年代，DCS的功能越来越强，工作也越来越可靠。如HONEWELL公司的TDC3000系统、FISHER一ROSEMOUNT公司的PROV0x系统等数十个厂商的DCS油气处理站有所应用。国外油田DCS的应用已经开始采用一些先进控制策略。如HONEYWELL公司的性液位控制，可以更好地适应进液的波动。美国通控公司的无模型控制器可以适合滞后、时变的温度控制。HONEYWELL公司的气举优化和各种多变量控制、适应性模糊控制、神经网络控制也在油气集输处理站的DCS上运行，实现了部分生产过优化运行。我国大部分的油田采油厂联合站是在20世纪70年代建立起来的，在当时的生产水平下是能够担负起诸如测量、手工操作的具体任务的。但是，随着油田的大规模开发，生产规模的日益扩大，原有的生产系统暴露出来的问题也日益突出，如，人工监控的误差大、人工操作的不及时、动态处理过程不实时等。另一方面，系统没有实现自动控制，耗能大、效率低、能量浪费比较严重。同时，联合站的油水分离是实现原油脱水，保证产出原油质量的重要过程，它直接关系到后一级单位炼油厂的生产装置能否长期、安全平稳生产，对炼油厂的经济效益有极大的影响。因此，这就迫切要求对联合站进行自动化改造，实行集散控制系统的监控与管理。从而可以自动采集并监测生产过程的各个参数，并进行优化处理，实现节能降耗，对建成环保、节能、运行效率高、自动化管理水平高的智能化、数字化的联合站有着重要意义，它同时也是数字化油田建设的重要组成部分。2设计研究内容对联合站原油脱水工艺流程自动化监控系统方案进行设计，设计采用DCS系统为联合站原油集输提供自动化监控与历史数据记录。设计内容:1、工艺流程控制方案及模型2、系统构成方案3、系统配置选型4、仪表量程等参数的计算及仪表的选型5、阀门流通能力的计算、公称直径的选择及阀的选型6、监控系统组态软件的编程3设计方案联合站集输系统是实现油水分离的重要环节，原油的油水分离过程有自然沉水、化学脱水、机械过滤脱水、电脱水等多种方法。目前我国各油田普遍采用的自然沉降脱水、电脱水、电化学联合脱水等方法，采用脱水流程主要有两种，即两段式脱水流程和三段式脱水流程。(1)两段式脱水流程联合站两段式集输系统主要包括两个子系统:自然沉降脱水系统(一段脱水系统，电脱水系统(二段脱水系统)。图1原油两段脱水工艺流程图(2)三段式集输系统三段式集输系统与两段式集输系统工艺原理相似，主要的区别在于中转站的来油首先进入游离水脱除器，进行沉降脱水，脱水至含水70%左右，然后进入压力沉降罐，进行压力沉降脱水，脱水至30%左右，再进入电脱水器进行电脱水，经电脱水后，成为净化原油。所以三段式集输系统包括三个子系统:自然沉降脱水系统、压力沉降系统、电脱水系统。这种集输系统虽流程复杂、设备较多、能耗较高，但是脱水效果较好。油田只有极少的一部分联合站采用此种集输系统进行原油脱水。目前，油田绝大多数联合站都采用两段式脱水集输系统。该系统简单、节省设备、能耗低、脱水效果较好。本设计选用第一个工艺流程。3.2系统控制方案(一)基于DCS的联合站原油脱水监控系统集散控制系统（Distributedcontrolsystem）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。图2DCS结构示意图(二)基于SCADA的联合站原油脱水监控系统监督控制与数据采集(SupervisoryControlAndDataAcquisition，简称SCADA)系统，是由调度中心通过数据通信系统对远程站点的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能的分散型综合控制系统。控制层次通常分为三级：控制中心级、站控级及设备控制级，在一些大型系统中还设有分控制中心这一级。这种结构体现了集中管理、分散控制的现代大系统控制原则，特别适用于油气长输管道这种分散性大系统的运行管理和控制。方案可行性论证：DCS有以下优点：采用分级递阶结构（一般为四级，应用：过程控制，优化控制，自适应控制，工厂管理）；采用微机智能化技术；采用局部网络通信技术；丰富的功能软件包（应用程序模块化）；强有力的人机接口功能；采用高可靠性（硬件工艺结构可靠，冗余技术，容错技术）。同时，联合站装置比较集中，适于采用DCS进行控制和管理，而SCADA系统适用于油气长输管道这种分散性大系统的运行管理和控制。所以本设计采用DCS对联合站进行控制和管理。基于DCS的联合站原油脱水监控系统设计思路集散控制的基本思想是集中管理，分散控制。对中小型DCS来讲，目前市面上比较流行的各种监控软件均能实现这样的功能，且对计算机的硬件和操作系统无特别要求，用普通的PC机加一套监控软件就可实现。

用PC机+PLC组成集散控制系统时，PLC承担了现场控制站的工作，PC机承担了操作站和工程师站的工作。在安装有PLC系统软件的PC机上可以离线（或在线）编辑PLC的控制应用软件（一般称为梯形图），控制应用软件下载到PLC后，PLC独立完成现场数据采集、逻辑控制、模拟控制等。而操作站的各种功能都可以通过“实时监控软件”+“PC机”来实现，在安装有实时监控软件的PC机上可以方便对生产过程进行监控。本设计硬件：采用奥地利贝加莱公司PCC2005控制器，AutomationStudio作为编程软件，构建集散控制系统,完成以下内容：I/O地址的分配，为控制策略编写梯形图，对液位、压力、温度等参数采用Sumilation仿真器进行模拟。联合站DCS系统由中央控制室操作员站、现场PCC控制站和现场仪表组成。中央控制室操作员站和现场PCC控制站之间通过工业以太网联接，数据和参数可以在PCC与中央控制室管理站之间相互传送；PCC控制站和现场仪表之间通过现场总线和4～20mA模拟信号进行数据传输；PC（中央控制室操作员站）PCPCC（现场PCC控制站）PCC液位温度计计计压力液位温度计计计压力(现场仪表)图3DCS硬件结构图参数控制：本监控系统中设计了PLC将总管网上流量变送器传来的流量测量值y(t)与预先设定的给定流量值r(t)比较,通过对偏差e作PID控制,来自动调节阀门开度,达到自动控制流量。其他参数也采用单回路PID控制方案。图4流量控制原理图仪表及阀门的选型：在本设计中，需要选择温度、压力、流量和液位检测仪表、合适的阀门以及控制器。根据《石油化工自动控制设计手册》以及联合站原油脱水工艺，对仪表量程进行计算，阀门流通能力的计算、公称直径的选择及阀的选型。监控软件：采用北京三维力控组态软件进行组态界面的开发，实现对该站工艺流程的自动化监控，当设备运行出现故障、参数越限时，系统发出报警信号并显示故障位置；实现对液位、压力等的显示；实现对各流量计数据的显示与记录；记录现场的液位、流量、压力、温度等参数的历史数据，并绘制历史曲线。最终实现对联合站原油脱水的自动监控，确保安全运行。4难点及其他本设计关键：1、需要确定联合站原油脱水合适的工艺流程；2、选择合适的集散控制系统。3、工艺参数的闭环控制。本设计难点：1、实现力控软件与贝加莱PCC之间通信存在困难；2、利用力控软件对联合站工艺流程监控画面组态时，需要检测的量多，工艺较复杂，工作量大。解决措施：结合从图书馆的参考书籍以及互联网，确定好工艺流程、集散控制系统，深入学习力控组态软件，学习力控软件与贝加莱PCC之间通信方法。5预期结果（成果形式）基本要求：①设计应符合工程技术的要求及规范，对DCS系统和控制过程中的装置仪表进行设计；②设计日处理原油1万吨；③具有安全报警装置：压力、温度、流量的安全报警装置；提交成果：1、提交开题报告一份2、完成总体方案图（含部分结构图）及所选仪表阀门详细清单。3、完成调试后的控制软件一套。4、完成毕业论文一份，并打印装订。5、外文资料译文一份（附原文复印件）。6、提交开题报告、毕业设计（论文）报告、外文资料及译文、软件源程序及其他相关反映毕业设计成果额图文资料等全套电子文档。6进程安排