基于PLC的海洋平台核桃壳滤器控制系统①

刘志芳 张家珍 刘志强

(1.海洋石油工程股份有限公司；2.中海石油(中国)有限公司天津分公司)

基于PLC的海洋平台核桃壳滤器控制系统①

刘志芳1张家珍1刘志强2

(1.海洋石油工程股份有限公司；2.中海石油(中国)有限公司天津分公司)

基于S7-300 PLC系统，设计实现了海洋石油平台中后期污水处理3台核桃壳滤器“两用一备”的控制方案，满足了海洋平台污水处理的需求。

PLC 海洋平台 核桃壳滤器 自动控制

我国海洋石油大多采用注水开采，随着大部分海上油田开采进入中后期，采出油液的含水率高达90%左右，含油污水越来越多，因此污水处理也成了海洋石油生产过程中的重点与难点[1]。核桃壳滤器用经过特殊处理的核桃壳作为过滤介质，其表面粗糙且面积大、吸附能力强、去油率高、耐酸碱且容易再生，因而在海洋石油平台污水处理系统中被广泛应用。

随着海洋石油平台中后期污水处理量的增大，为实现多台核桃壳滤器的联控功能，笔者基于S7-300 PLC，设计实现了某海洋平台3台核桃壳滤器“两用一备”的控制方案。

1 核桃壳滤器工艺流程

核桃壳滤器是利用经过特殊处理的野生核桃壳的多孔和大表面积，将污水中的悬浮物和油珠拦截在滤料层表面或吸附在滤料表面，运行至滤料饱和出水水质恶化时，停止进水进行反洗，使滤料恢复原有特性，由反洗水将截留物带走，最终实现过滤油和机械杂质的目的。因此，核桃壳滤器工艺流程一般包括3个程序：过滤、反洗和正洗。

过滤。用过滤介质截留水中所含的悬浮颗粒，以获得低浊度的水。随着过滤的进行，被滤出的悬浮物在滤料滤层中堆积，滤层的水流阻力逐渐增大，当滤层运行水头损失达到一定数值时，滤池就要停止运行，进入反洗流程。

反洗。为了清除过滤过程中积聚于过滤层中的污物，恢复过滤层的截污能力，在反洗时，滤层在反洗水的作用下充分松动，因而会发生滤料颗粒间的相互碰撞和摩擦，使包覆在滤料周围的污物脱落，并被水流带走，使滤层重新恢复正常的截污能力。核桃壳滤器反冲洗频度和时间不足导致核桃壳滤器超负荷运转、筛管被粘附污油的滤料堵塞、滤料层填充不符合技术要求等因素是导致核桃壳滤器运行效果不佳的主要原因。

正洗。正洗的目的是将积累在滤层中的污物清洗干净，保证过滤时的出水质量。核桃壳滤料药剂再生的适宜周期为5～10天，药剂再生周期内滤料的水力反洗周期不宜超过二十四小时；废弃的污染核桃壳滤料经适量的药剂清洗再生，其过滤性能基本能够恢复，使用寿命将大幅延长。

2 硬件系统

笔者设计的海洋平台核桃壳滤器控制系统为“两用一备”方案，即两台过滤一台反洗，流程之间的转换由时间和压差控制。核桃壳滤器控制系统硬件组成主要包括：触摸屏、S7-300 PLC、搅拌机、反洗泵、气动蝶阀、差压变送器、流量变送器及调节阀等。

S7-300 PLC具有模块化结构、易于实现分布式配置、性价比高、电磁兼容性强、现场抗干扰能力强及安装维护方便等特点[2]，完全可以满足海洋石油平台污水处理系统的要求。笔者设计的海洋平台核桃壳滤器控制系统的S7-300 PLC硬件配置见表1，网络配置结构如图1所示。

表1 S7-300 PLC硬件配置

图1 S7-300 PLC网络配置结构

3 核桃壳滤器的控制逻辑设计

基于PLC的海洋平台核桃壳滤器控制系统共由3台核桃壳滤器组成，实现“两用一备”的污水处理方式，每台核桃壳滤器都有手动控制和自动控制两种模式。手动控制由操作人员拨动面板上相应的KV阀开关、搅拌器开关和油泵电机开关，对相应滤器的KV阀、搅拌器和油泵电机进行控制，并通过指示灯和报警灯观察其运行状态，实现系统工艺控制；自动控制当LCP操作面板四位选择开关位于“自动”时，系统进入自动控制状态。控制面板触摸屏的主界面如图2所示。

图2 控制面板触摸屏主界面

本系统为“两用一备”(热备)控制。自动控制下，流程之间的转换由时间和压差控制，时间控制为过滤流程二十四小时后反洗，时间可调。压差控制为压差到达150kPa时，立刻进行反洗。每次只允许一台过滤器进行反洗流程，反洗流程结束75min后才允许另一台滤器进行反洗。反洗原则为先到先洗。以A和C核桃壳滤器过滤、B核桃壳滤器反洗为例的“两用一备”控制流程如图3所示。

图3 “两用一备”控制流程

单台核桃壳滤器过滤(图4)时，相应的KV-3051、3056阀打开，其余KV阀门关闭，污水进入核桃壳内，进入污油系统的KV-3054每两个小时打开5min，整个过程持续二十四小时后，系统进入反洗流程。

图4 单机过滤工作流程

单台核桃壳滤器反洗设计(图5)时，先搅拌10min，之后相应的KV-3052、3053阀打开，搅拌机、油泵和反洗泵开，其余KV阀门关闭，反洗15min，随后进入正洗，KV-3051、3055和反洗泵开，其余全关闭，正洗3min后，所有开关关闭，静置2min后，等待进入过滤流程。

图5 单机反洗工作流程

4 结束语

在海洋石油平台中后期污水处理中，基于S7-300 PLC设计实现的3台核桃壳滤器“两用一备”控制方案，既实现了污水处理橇块的集中控制，又节省了高额的设备维修费，并且在污水处理量很大的情况下未扩大设备占用空间，同时减轻了操作人员的工作量，经济效益显著。

[1] 《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程设计概念与工艺设计[M].北京:石油工业出版社,2008.

[2] 李刚,李辉.基于PLC的污水处理自动控制系统设计[J].石油化工自动化,2016,52(6):69～70.

PLC-basedControlSystemforWalnutShellFilteronOffshorePlatform

LIU Zhi-fang1, ZHANG Jia-zhen1, LIU Zhi-qiang2

(1.OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.; 2.TianjinBranchCo.,CNOOCChinaLimited)

Based on S7-300 PLC, the control scheme of “two-use and one for standby” was designed for three walnut shell filters in the sewage treatment as required.

PLC, offshore platform,walnut shell filter, auto-control

刘志芳(1976-)，工程师，从事海洋石油工程中的电仪控设计工作，liuzhif@mail.cooec.com.cn。

TH862

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1000-3932(2017)06-0531-03

2017-02-17，

2017-03-21)