无人值守集气站油气计量方法优化

谢尧 刘武 刘黎明 赵军 中国石油塔里木油田分公司

无人值守集气站油气计量方法优化

谢尧 刘武 刘黎明 赵军 中国石油塔里木油田分公司

某气田群6座集气站设有计量分离器对单井油气进行轮换计量，计量分离器气相和液相分别通过PID调节操作电动调节阀，控制分离器的压力和液位。由于单井来液波动大及RTU处理运算能力较弱，液位调节输出波动较大，导致液相调节阀频繁动作，调节阀阀杆和止推轴承磨损严重，严重影响了计量分离器安全运行。由PID调节改为分段调节后，有效控制了分离器液位，确保了单井计量正常，计量数据录取准确、可靠；节省了操作成本，年节约维护费用50余万元；降低了维修人员劳动强度，每年可以节约人工1 400工时；为延长电动阀等磨损及故障率较高的设备使用周期提供了一个较好的解决思路。

计量分离器；液位；PID调节；分段调节；计量

1 问题的提出

某气田群6座集气站设有计量分离器对单井油气进行轮换计量，计量分离器气相和液相分别通过PID调节操作电动调节阀，控制分离器的压力（工作压力13～14 MPa）和液位[1]。在实际生产过程中，单井来液造成分离器液位波动较大，RTU系统PID调节性能较弱，调节输出波动大，液相调节动作频繁，调节阀止推轴承和阀杆磨损严重。调节阀经常出现动作不灵、卡阻情况，并出现计量分离器液相串气、气相带液较多、分离器压力超高等问题，集气站距离作业区较远且为无人值守站场，严重影响了安全运行。

针对上述情况，对计量分离器液位控制方式进行优化。

2 方案讨论与实施

2.1 分段调节、PID调节比较

分段调节相比PID调节各有优势与不足：优势主要体现在PID调节根据液位变化实时调整输出[2]，实现液位平稳控制；但电动调节阀根据PID调节输出实时动作，动作幅度较大，动作频次较高，阀门磨损较大。分段调节可使输出保持稳定，电动调节阀一段时间内维持固定开度，可显著减少阀门磨损。由于液位分段调节非实时调节，液位波动略大，而合理设定液位分段值及阀门开度值可实现液位相对稳定。

2.2 液位分段

集气站计量分离器为气液两相分离，单井来凝析气通过计量分离器分离成气、液两相，经计量后气、液两相汇在一起进行混输。由此可以看出，计量分离器对液位控制要求不高，结合分离器实际运行参数，初步确定液位控制在30%～50%之间，每5%设为一控制段，共分5段控制。液位高高为50%，高为45%，正常为40%，低为35%，低低为30%，相应的电动调节阀开度值由分段液位值和调节阀开度值对照表给出，见表1。

分离器液位液位＞50% 44%＜液位＜46% 39%＜液位＜41% 34%＜液位＜36% 30%＜液位调节阀开度/% 100 40 15 5 0

考虑到单井产量差异影响，调节阀开度与分段液位值不能完全对应，为确保液位控制满足要求以及尽可能减小调节阀动作频次，分段液位值及调节阀开度值均可根据需要实时调整。

2.3 RTU程序组态

为保留计量分离器精准控制液位的功能，RTU程序组态时保留PID调节模块[3]，增加分段调节模块，并增设选择模块实现PID调节和分段调节的选择切换。另外在编写调节阀开度与分段液位值对应程序时，考虑到液位可能在某一设定值来回波动，造成电动调节阀随之频繁动作的情况，采用液位设定值上下各1%的区间液位进行选择判断。

2.4 操作面板组态

为方便、快捷选择液位调节方式，调整液位设定值及阀门开度值，根据RTU程序组态功能，在主控室操作站的操作画面增加相应的操作面板。操作面板有自动、手动选择功能（自动代表PID调节，手动代表分段调节），液位设定值及阀门开度值修改调整功能，确保模式切换及参数调整灵活、方便、简单、快捷。

3 效果评价

3.1 液位及阀门动作频次对比

通过在某集气站进行液位控制优化试验，计量分离器液位控制方式改为分段调节后，相比之前的PID调节，在8 h内阀门动作幅度及频次显著减少。系统动作幅度由之前的0～100%减少为20%～40%，动作频次由之前的100多次减少为10次左右，虽然液位波动略有增加，但液位控制满足现场生产运行要求。

3.2 阀门故障率对比

计量分离器液位采用PID调节方式时，6个集气站液相电动调节阀出现动作不灵、卡阻等故障大约为2次/周，每季度约为24次；改为分段调节后,从4月至今超过3个季度时间电动调节阀未出现卡阻故障，统计结果见图1。

图1 阀门故障统计

3.3 计量精度影响

同一口单井通过PID调节计量与通过分段式调节计量比较，基本没有误差，见表2。

表2 PID调节与分段调节计量结果比较

3.4 不足与改进

在多井选井计量过程中，大部分单井计量时液位控制及电动调节阀动作幅度及频次均满足要求，但个别产液量较少的单井计量时出现阀门开大、关小较为频繁现象，如图2左侧所示。通过观察阀门动作曲线得知，出现该现象的原因为阀门开度值设定不合理，在调整阀门开度设定值后动作频次满足要求，如图2右侧所示。因此在选择计量产量差异较大的单井时，需相应修改阀门开度设定值。

4 结论

计量分离器液位分段调节在某集气站成功应用后，作业区已将液位分段调节推广应用到其他5个集气站，且效果良好。由PID调节改为分段调节后，一是有效控制了分离器液位，确保了分离器及集气站安全运行，若需更精确控制分离器液位，可增加液位分段值；二是确保了单井计量正常，计量数据录取准确、可靠；三是节省了操作成本，初步估算，年节约维护费用50余万元；四是降低了维修人员劳动强度，每年可以节约人工1 400工时；五是为延长电动阀等磨损及故障率较高的设备的使用周期提供了一个较好的解决思路，可推广应用到类似油气计量场合，同时可为类似装置的方案设计提供参考。

图2 个别产液量较少单井计量时阀门动作曲线

[1]杨功伟，白波，杨士伟．单井产气量计量方法探讨[J]．油气田地面工程，2001，20（3）：31-33.

[2]陶永华，尹怡欣，葛芦生．新型PID控制及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1998.

[3]王洪举．控制系统在油田计量站的应用[J]．油气田地面工程，2008，27（11）：1-4.

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.038