研制液位自动跟踪系统促进节能减排

前言：本站为你精心整理了研制液位自动跟踪系统促进节能减排范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

聚合物分散装置是三次采油聚合物母液配制的核心装置，它的作用是将聚合物干粉颗粒均匀地散布在一定比例的水中，并使聚合物干粉颗粒充分润湿，为下一道工序“熟化”（即搅拌溶解使聚合物与水充分混合溶解）准备条件。它的运行好坏直接影响聚合物母液的溶解质量、注入液的各项指标，以及对分散出口过滤器、熟化搅拌机、转输设备、注入设备（注聚泵，一般为三柱塞泵）及用能情况都有较大影响。而影响溶解的设备主要是水粉混合头、搅拌机、溶解罐液位，水与聚合物干粉的初溶（初步溶解）效果直接影响聚合物母液的物性和后续注入运行状况。

1聚合物分散装置发展概况

20世纪90年代初，孤东油田最早使用美国Pfizer公司生产的聚合物分散装置，下粉器控制采用可控硅直流变速电机、排液泵排量采用机械凸盘式控制，下粉和混输只能是手动调节，采用电极式液位计，只有高、中、低三种液位输出状态。液位控制只能是极限液位控制，罐满液位时停止进水、进药；中液位时开始启动搅拌机搅拌；在罐低液位时停排液泵。为保持进水、进粉的连续，常设定排液速度略大于进水速度。而后来随着变频器的普及应用，大港总机厂、张家口总机厂、胜利油田总机械厂生产的国产化分散装置中对这些设备进行了三个方面的改进。

1.1液位计由电极式液位计改为静压式液位计，或静压和电极联合控制的液位控制方式，两种液位计的性能对比如下。电极式液位计的优点：价格便宜，安装调试简单，无功耗，采用不锈钢材质，寿命很长。缺点：因长期在初溶的高浓度聚合物和高矿化度的清水环境下，极易在电极头上结块、结垢，造成控制失灵，引起冒罐或分散装置停止工作的故障，并且不能准确反映罐内液位，在值班室的终端微机上也不能反映连续液位。静压式液位计的优点：采用膜片式静压测试，电脑芯片数据处理，通过误差校正程序，保证测试数据的线性，可以准确测量罐内液位，抗干扰能力强，抗冲击。接触材质是不锈钢，寿命较长，以4-20mA标准信号输出远传，在终端微机上显示连续液位状况，与其他自动化设备组合实现开环、闭环控制，与测试介质接触不会影响其测试精度，技术成熟，设备稳定性好，不易损坏。

1.2下粉机控制由原来的可控硅直流电机，改成小功率三相交流电机，其工作变得更加准确，控制更方便，与PLC连接更加可靠。

1.3排液泵控制排液泵（输送初溶聚合物母液的输送泵，通常为螺杆泵）废除机械调速，采用变频调速。机械调速：皮带、凸轮磨损快，故障率高，并且电机工作时功率因数低，只能手动调速，无法与自动控制设备连接实现闭环控制；价格便宜。变频调速：工作稳定，操作简单，并且通过优化参数可以达到节电目的，最大优点是可以实现电子无级变速，并且可以与PLC或自动化二次仪表组合实现精确控制，这也是液位自动跟踪的前提；缺点是价格稍微高一些。

2液位自动跟踪系统和研制

2.1分散装置运行特点正常情况下，分散装置在运行中，分散装置溶解罐中液位波动变化，排液泵、溶解罐搅拌机间歇运行。图1-3分别是每配制一个熟化罐（一个配制周期）分散装置液位的变化和排液泵、溶解罐搅拌机工作的工况图。从图1中可以看出，正常工作时溶解罐液位l大部分时间处于中低液位，且处于低液位时间较长；从图2中看出，排液泵在一个熟化罐配液周期有6～10次的停机和再启动过程；从图3中看出，大部分时间搅拌机处于停止状态，也就是说，在分散初溶过程中大部分时间只是靠混合头水粉直接混合，并无搅拌，由排液泵直接输送到熟化罐（即搅拌罐）。目前这种设备在运行中存在以下缺点：由于大部分时间不搅拌，水粉根本达不到均匀初溶，聚合物溶解性差，造成易结包块，产生“鱼眼”，在输出到熟化罐过程中，容易堵塞过滤器。在熟化罐中由于包块形成难以充分熟化，延长搅拌熟化的时间，同时造成拉丝和大块凝胶，无法排出，部分直接沉积罐底，即使勉强输出也会造成外输过滤器的堵塞，使注聚泵吸入能力变差，容积效率下降，增加了注聚泵的无功损耗，并且粘连阀座、柱塞等。同时，使得剪切降解、工人清阀次数以及配件损坏的速度都有所增加，也会导致能耗升高和聚合物的浪费。由于大量干粉结块，只能当废物处理，浪费了干粉药剂，并且使聚合物母液的黏度指标大大下降，间接影响了聚合物驱油效果。由于长时间液位在较低状态，溶解罐底部造成自然漩涡，排液泵在吸入时必然吸入部分空气，此时水粉几乎来不及充分混合即被排出，所以对聚合物母液的常规指标危害严重，造成大量干粉浪费，结块和沉积对流程造成堵塞。同时，排液泵采用的是单螺杆泵，其定子是橡胶制品，在供液不足吸入空气情况下，定子摩擦力增加，发热加快定子损坏，设备运转振动增强，无功损耗增加。同时，由于搅拌机和排液泵频繁启动，对局部电网发生一定冲击，并且单螺杆泵由于转子和定子是不锈钢对橡胶，其启动阻力相对较大，启动电流也较大，对电网、电机及辅助设备也造成一定冲击。

2.2液位自动跟踪原理利用静压液位计输出4～20mA标准信号，通过信号屏蔽电缆传输给变频器，通过改变变频器的启动频率控制方式，与变频器形成闭环负反馈控制，采用单一比例控制或PID控制均能达到在整个配液过程中，液位自动跟踪，保持液位恒定，即保持进水速度与排液速度相同，即使进水速度发生变化，产生干扰，经过变频调速，很快系统就会达到平衡，保持液位稳定在设定的高度上。（1）纯比例控制方法。静压式液位计输出4～20mA信号，目前采用的是2m量程的液位计，变频器运行频率受输人信号的控制，采用正比例控制。当排液速度与进水速度相等时，液位就会稳定在一个特定高度。如果要调整液位高度，只需改变进水速度，或改变变频器频率量程即可。操作中，改变V/F曲线，把变频器的基本频率由50Hz该为40Hz左右，也就是说让变频器在40Hz左右时对应输出电压380V，相对来说在低频同样频率下时输出电压约增加20％的输出电压给电机，此时电机工作电流下降约10％左右，电机温度有所下降，噪声和振动也变得很小，较之工频时电机运转有力而平稳。（2）PID调节方法。只需在变频器上设定要控制的输入信号的大小，液位输出信号、变频器、排液泵组成闭环控制，达到控制目的。在不产生液位波动的情况下，尽可能增加比例系数，缩短积分时间，增大微分参数，这样既可以快速使液位达到平衡，又可以避免出现超调（液位大范围波动）。2009年3月，首先在七区西54-61二元复合驱试验站现场调试，取得了明显效果，彻底消除原工作状态造成的弊端。目前在5套分散装置上试用单一比例控制，已经达到预期效果。比如，在孤东油田三四区二元驱配制站分散运行过程中，在一个周期，进水、排液、搅拌都平稳运行，开机调稳时间不到5s，并且由于变频器调整在最优状态，电机功率大大提高，电机温度接近环境温度，输出聚合物母液初溶均匀，无鱼眼、颗粒和拉丝现象。图4～6分别是实施液位自动跟踪后每配置一个熟化罐（一个配制周期）分散装置液位的变化和排液泵、溶解罐搅拌机工作的工况图。从图4～6与图1～3的工况图对比看，实施液位自动跟踪后，分散装置溶解罐的液位在一个配制周期，液位始终稳定在最佳液位，而排液泵和搅拌机不再是间歇运行，而是连续工作，保证了聚合物母液配制的均匀和充分初溶。

2.3现场应用情况该项技术于2010年9月起在12套分散装置上推广实施，取得了很好的节能降耗效果。从注聚站反馈数据统计，由于聚合物初溶效果较好，使聚合物配制质量有了明显改善，聚合物结块产生鱼眼（成包块状）现象明显减少，清阀、清过滤器周期延长为原来2-4倍；同浓度下聚合物母液黏度比原来提高10-15%，节电率达15％左右，12套分散装置年节电达1.5×105kWh，每年取得节电效益9.15万元。系统运行稳定可靠，寿命10a以上。在相同情况下，可适当减少熟化时间0.5-1h，提高配制站整体输液能力，遏止了因熟化搅拌机运行时间过长而产生的电能浪费。同时由于设备运行稳定，减少了运行冲击性，可降低设备维修费12万元，还大大减轻了工人劳动强度。

3结束语

现场可以利用现代技术较高的电子产品来实现自动控制，完善注聚工艺中存在的原始问题。变频器的推广使用，需要技术人员不断开发其丰富的功能，不断完善注聚工艺，进一步改善设备工作状况。液位自动跟踪主要解决的是聚合物配制中提高各项指标的问题，这对三采工艺推进、更新换代起到一定的指导意义。