摘　要 將光纖傳感技術引入油田聯(lián)合站，解決原油儲罐液位檢測和報警，解決儲罐負壓檢測和報警，解決原油流量檢測和信號遠傳，解決三相分離器油、水液位檢測與信號遠傳。采用分布式控制技術和現代網絡技術組成先進的生產過程控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現聯(lián)合站生產、安全實時監(jiān)控與管理，并將聯(lián)合站實時的生產和安全信息聯(lián)入油田開發(fā)網和安全信息網，為油田經營管理層的決策工作提供及時、全面、準確的信息資源。 關鍵詞 光纖傳感技術 光纖傳感器 控制技術 油田聯(lián)合站 1 引言 油田聯(lián)合站是原油生產過程中重要的環(huán)節(jié)之一，是集原油脫水、原油穩(wěn)定、污水處理、高壓注水、油井摻水拌熱、原油儲運等工藝于一體綜合生產廠點，是油田“一級防火，甲級防爆”連續(xù)生產的要害單位，其生產過程的檢測與監(jiān)控不僅直接關系到成品原油的產品質量、關系到設備的能耗大小，更重要是決定著生產過程的安全平穩(wěn)運行及原油生產的經濟效益。 2 設計思路與技術解決方案和途徑 2.1 總體設計思路 光纖傳感與控制技術在油田聯(lián)合站的應用研究項目，就是運用光纖傳感技術具有: （1） 實現非電檢測，真正本質安全、防爆; （2） 實現非接觸式檢測，無污染、高絕緣性; （3） 抗電磁干擾能力強、檢測精度高等特點。 武漢工大光纖傳感科技股份有限公司成功應用于工業(yè)生產過程參數檢測光纖系列產品、及與河南油田共同研制開發(fā)的三種新型光纖傳感器作為現場檢測用傳感器的主導，配套先進的壓力、溫度傳感器和當今國際流行的分布式計算機實時監(jiān)控技術組成先進、完整的生產過程控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，改善全站的生產和安全管理現狀、提高生產管理水平、提高本質安全，減輕工人勞動強度;為油氣集輸生產現代化管理創(chuàng)出了一條新路。 2.2 項目總目標 （1） 聯(lián)合站油、水、氣處理系統(tǒng)采用先進光纖傳感技術實現生產過程多項參數自動檢測、控制、顯示、報警; （2） 注水罐，原油儲罐采用光纖液位計實現自動檢測，高位報警; （3） 原油外輸自動檢測、控制、報警; （4） 站內實現管理、控制一體化、智能化; （5） 建立生產控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)的快速實時通訊，利用動態(tài)數據交換技術，開發(fā)生產控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)的數據接口; （6） 安全管理達到中石化股份公司安全管理規(guī)范要求; （7） 實現站、廠、局計算機聯(lián)網管理。 2.3 主要研究內容 （1） 原油三相分離器油、水液面自動檢測、控制; （2） 原油三相分離器天然氣壓力自動檢測、控制; （3） 原油穩(wěn)定塔液面檢測、控制、報警; （4） 輕油罐液面自動檢測; （5） 注水罐、原油儲罐液位自動檢測; （6） 原油儲罐液位高位自動報警; （7） 原油儲罐溫度自動檢測; （8） 油井摻水系統(tǒng)自動控制; （9） 原油長輸管線壓力、溫度自動檢測報警; （10） 原油外輸平穩(wěn)輸油自動控制; （11） 三相分離器溫度自動檢測; （12） 井排來油溫度檢測; （13） 消防系統(tǒng)水壓檢測; （14） 聯(lián)合站集中監(jiān)測、顯示系統(tǒng): 2.4 技術方案與解決途徑[2-4> （1） 將光纖傳感技術引入聯(lián)合站 將光纖傳感技術引入聯(lián)合站，就是運用光纖傳感技術具有:實現非電檢測，真正本質安全、防爆;實現非接觸式檢測，無污染、高絕緣性、抗電磁干擾能力強、檢測精度高等特點，解決原油儲罐液位檢測和報警，解決儲罐負壓檢測和報警，解決原油流量檢測和信號遠傳，解決三相分離器油、水液位檢測與信號遠傳。 （2） 研制和開發(fā)相應的光纖傳感器 由于光纖傳感產品進入油田聯(lián)合站很晚，目前還談不上規(guī)模化應用，因此現在成熟光纖傳感器無法全面滿足聯(lián)合站檢測的需要。要完成項目研究的技術內容，實現項目的總目標，就必須結合聯(lián)合站工藝過程檢測具體工況，研制和開發(fā)相應的光纖傳感器。 （3） 開發(fā)光纖浮球液位變送器 開發(fā)用于油、氣、水三相分離器油、水液位檢測的光纖浮球液位變送器，用以替代現在用的氣動儀表，解決傳統(tǒng)氣動信號在傳輸過程中堵、漏、凍現象，提高控制的快速性、檢測和控制的可靠性。 （4） 開發(fā)光纖流量計量儀 應用容積式流量檢測原理采用光纖轉換和傳送方式實現原油流量檢測與遠傳，解決傳統(tǒng)電動儀表因傳送距離長抗干擾能力低的問題，避免強干擾下，檢測系統(tǒng)的誤操作。 （5） 開發(fā)儲罐光纖負壓報警器 解決原油儲罐負壓檢測與報警問題，可有效預防因呼吸閥堵塞，造成負壓癟罐事故的發(fā)生。 （6） 油井摻水系統(tǒng)自動控制和原油外輸平穩(wěn)輸油自動控制 運用變頻器與壓力檢測構成閉環(huán)回路，確保機泵在高效經濟區(qū)運行，實現節(jié)能降耗，降低設備維護率，提高設備使用壽命。 （7） 生產過程控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現聯(lián)合站生產 采用目前國際上非常流行的分布式控制技術和現代網絡技術組成先進的生產過程控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現聯(lián)合站生產、安全實時監(jiān)控與管理，并將聯(lián)合站實時的生產和安全信息聯(lián)入油田開發(fā)網和安全信息網，為油田經營管理層的決策工作提供及時、全面、準確的信息資源。 3 光纖傳感與控制技術在聯(lián)合站的應用 3.1 系統(tǒng)組成及特點 在系統(tǒng)組成上，現場一次儀表采用光纖傳感器、本安型壓力變送器和溫度傳感器，控制系統(tǒng)運用當今較為先進的“整體解決方案”技術，為了進一步提高增加系統(tǒng)全面性、可靠性、穩(wěn)定性和安全性，在軟件設計上運用國際上流行的MVC技術，即將表示層、控制層、及數據層相分離，三層相輔相成，在使用上很直觀地體現出了現場級、監(jiān)控級、工程師及操作員級、企業(yè)管理級多級工作方式，實現真正的工廠綜合自動化理想平臺、真正的流程工業(yè)生產過程的先進控制，優(yōu)化調度和管理模式。 （1） 系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)由外輸控制站、內輸控制站（三相分離和穩(wěn)定控制站）、總控站、原油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)、事故預案管理等幾部分組成，其中外輸控制系統(tǒng)、內輸控制系統(tǒng)與總控部分以及原油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)具有相對的獨立性，又有著密切的聯(lián)系構成一個有機整體。 事故預案管理在結合全站安全管理規(guī)定和以往處理事故的一些經驗做法的基礎上，以文本文件形式將其安裝在系統(tǒng)畫面中，用來指導和幫助操作工人在緊急狀態(tài)下快速準確操作處理[5>。 （2） 系統(tǒng)特點 a） 高精度測量，本安防爆; b） 開放的體系結構，可以提供多層的開放數據接口; c） 有較高的可靠性、穩(wěn)定性、安全性，維修方便、工藝先進; d） 豐富的全漢字圖形 豐富的全漢字圖形,復雜漂亮的界面，運用了動畫技術、圖形縮放技術、多級窗口技術、各種數據、曲線、棒圖等的實時顯示; e） 支持各種生產報表和圖形打印功能; f） 豐富的歷史記錄、報警記錄和事故追憶分析功能; g） 強大的系統(tǒng)逐級自診斷功能與故障報警功能; h） 在管理層采用標準的100Mbps以太網（TCP/IP協(xié)議），應用局域網將聯(lián)合站與油田的開發(fā)網、安全信息網直接相連。 3.2 系統(tǒng)主要技術指標 （1） 液位控制精度 ±5 cm; （2） 壓力控制精度 ±2kPa; （3） 大罐液位檢測 ±2mm; （4） 溫度檢測 ±2℃; （5） 歷史數據保留 7天; （6） 網絡數據傳輸差錯 ∠0.5‰。 3.3 系統(tǒng)設計 （1） 控制系統(tǒng)硬件配置 本系統(tǒng)下位機PLC選用日本歐姆龍株室會社的C200Hα系列機。SYSMAC α系列PLC是OMRON公司繼C200H和C200HS后推出的新一代C200系列的PLC產品。其宗旨是為了滿足高水平的生產自動控制需要，在不減弱PLC功能的同時提供強大的數據處理能力，改進通訊功能，優(yōu)化網絡結構，加速向數據化工廠的方向邁進。與傳統(tǒng)的C200H和C200HS系列的PLC相比，SYSMAC α系列PLC除了基本性能得到提高以外，它主要在通訊和數據處理方面作了大幅度的提高和改進，為控 制與管理一體化的控制系統(tǒng)提供支持，代表著當今PLC的發(fā)展方向。 總之，它是一種價格適中、性價比較高的中型機，配有較強的指令系統(tǒng)，梯形圖與語句并重，增加了許多特殊指令，極大地方便了用戶的編程。此外，它還配備了豐富的特殊模塊和強大的通訊模板，以實現工廠自動化的多級要求。本系統(tǒng)采用的C200Hα型系列PLC為機架安裝型，各種I/O單元、特殊功能模塊、通訊板卡、CPU、電源單元均安插在一塊底板上，并根據其所占用的槽位占用不同的內存單元。它的用戶程序存儲區(qū)為7.2K字，I/O分配有兩個I/O擴展機架，最大控制點數可達1140點，其基本指令執(zhí)行時間為0.313微秒，特殊指令執(zhí)行時間為1.250微秒，完全能滿足過程控制的需要。它支持多種特殊I/O單元和通訊模板，可以方便地與上位機IPC、同位機PLC及遠程I/O單元通訊，使用方便。本系統(tǒng)的PLC選型如附表所示。 （2） 控制系統(tǒng)軟件 編程軟件:SYSMAC-CPT（英文版） SYSMAC-CPT是OMRON公司開發(fā)的基于WINDOWS95/98操作平臺上的梯形圖編程工具。它用于在普通個人電腦上編制PLC梯形圖程序，并將程序通過串口下傳至PLC，在線監(jiān)控PLC運行以及各寄存器的狀態(tài)，對PLC進行各種參數的設置。它支持梯形圖和助記符兩種方式，可相互轉換，使用極為方便。具體的各單元模塊及地址分配見各臺PLC的硬件設計和軟件設計部分。 4 結束語 光纖傳感與控制技術在油田聯(lián)合站應用研究項目，通過研究與實施，消除了安全隱患，提高了聯(lián)合站安全、自動化管理水平，節(jié)能降耗效果明顯，在油氣集輸處理場站具有較好推廣價值。 （1） 首次將光纖傳感與控制技術大規(guī)模運用于油氣處理和集輸工藝中 利用光纖技術所獨具高精度、非電非接觸式檢測等特點實現了魏崗聯(lián)合站多點多參數全天候自動檢測與監(jiān)控，使站內管理控制達到一體化、智能化; （2） 開發(fā)研制的三種新型光纖傳感器 儲罐負壓報警器、光纖流量計量儀、光纖浮球液位計，屬國內首次研究應用，其性能良好、運行可靠，大大削減易燃易爆場所安全風險，增強了聯(lián)合站本質安全管理水平; （3） 經濟效益顯著 該系統(tǒng)確保了集輸設備、注水、摻水設備在高效經濟區(qū)平穩(wěn)運行，實現了節(jié)能降耗，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，改善了機泵運行工況環(huán)境，減少設備損壞率，實現多崗合一，降低了油氣集輸處理人工成本; （4） 自動化程度高 生產異常及時報警，全過程參數自動采集、自動生成生產報表，降低了工人勞動強度; （5） 引進國際互聯(lián)網技術、實施遠程監(jiān)控 遠程監(jiān)控為各級決策層了解易燃易爆場所安全生產信息提供了實時依據，為生產異常情況處理分析提供依據。