油库原油输油变频控制系统研究与优化

高强

摘 要 变频控制系统广泛应用于输油场站，本文以油库输油变频控制系统为主要研究对象，结合生产实际分析变频系统存在问题，并提出改进和优化措施。从而为下一步彻底解决变频调节不稳定、系统误报，提高机泵运行安全性能提供理论依据。

关键词 输油泵；变频；汇管压力；信号源；PLC系统

1 油库3#泵房输油泵变频控制系统应用现状

吐哈油库主要承担油田原油储运外销任务，年均储运外销原油200万吨。工区现有输油泵房2座，分别为2#泵房、3#泵房，其中2#泵房输送轻质原油，3#泵房输送重质原油。2002年，为解决油库栈桥装车压力不稳定问题，事业部组织对3#泵房4台输油泵进行了变频调速技术改造，2005年又对3#泵房4台输油泵进行了变频调速系统升级改造。使用初期，确实解决了输油管网压力不稳定问题，同时节能降耗取得显著效果。但随着外输方式和管输工艺的变化，原有的变频控制系统已不能满足工艺要求，暴露出一些问题。一是变频器调节系统不稳定，机泵转速异常。二是机泵变频调节系统有误报现象，造成非正常停泵。变频控制系统停用，一旦出现工艺管线憋压、机泵或管线振动等突发状况，输油泵将无法自动停泵，这就给设备安全运转、储输安全运行埋下了安全隐患。

2 变频控制系统存在问题

2.1 工艺方面

2005年机泵变频调速系统改造至今，油库原油外输方式和外输工艺发生了很大变化。2005年开始油库输油方式由铁路槽车发运逐渐向管道输油方向发展；同时投用了原油计量间内刮板流量计对输油过程进行精准计量，为保护流量计，在流量计前段安装过滤器。近年来，进库稠油品质欠佳，杂质较多，每外输二至三批稠油，过滤器就会堵塞；在外输过程中，过滤器轻微堵塞时，此时就会造成输油泵出口压力波动。

2.2 设备方面

管输方式变化前，外输汇管出口压力0.32MPa，变送器型SLDYB-20，测量范围0-0.6MPa。汇管实际压力波动范围为0.3～0.35；输油方式变化后，外输汇管出口压力0.5MPa，汇管实际测量压力波动范围为最高为0.62。由此可见，压力变送器明显与其不匹配。我们知道在对储输系统压力测量和处理过程中，如果压力有峰值或持续不规则波动，会对选型不当量程过小的压力传感器造成破坏。上述压力波动主要原因是因工艺流程的改变造成管网压力不稳定，再沿用之前的信号采集源，这显然也是不合理的。

2.3 安全方面

一是低压保护功能缺失。未设置低压紧急停泵功能。未考虑机泵进口压力过低，机泵不上量产生汽蚀，也会对机泵造成危害从而影响安全生产。二是紧急停泵造成输油管网发生“水击”。目前，系统具有超压保护功能，即输油汇管压力超过PLC内部设定的超压保护值（0.75MPa），PLC将发出紧急停泵命令快速停泵。但机泵立即停止会带来输油流速的突然变化，使输油管网发生“水击”现象，对输油工艺系统带来安全隐患。

3 变频控制系统优化研究

3.1 更换变送器

考虑到工艺系统变化后，系统中测量压力的最大值可达0.7MPa，需要重新选择一个具有比工艺最大工作压力值还要大1.5倍左右的压力量程的变送器才能满足要求。如果量程选型过小，当储输系统中压力波动时，变送器反馈回来的电流信号也会因变送器选型量程的不同而不同，量程小的变送器反馈回的电流值相对过大（即不同量程的变送器测量相同的压力波动值，其区间比不同），造成的后果是量程小的变送器反馈给PLC电流值过大，造成与PLC内部PID运算值不配套，运算输出值相对增大，造成变频器调节信号过大而失调，导致变频器工作不稳定[1]。

基于以上原因分析，我们将汇管测量压力变送器替换为罗斯蒙特公司出产的3051GP系列，工作压力范围为0-1.6MPa。量程测量区间是原设计的2.5倍，基本满足现有工艺需求。

3.2 实现外输汇管压力在线监测

在3#泵房PLC控制柜上增加一台欧姆龙公司的NB10W-TW01B型触摸屏和CPM1A-40CDR-A-V1型可编程控制器（PLC）机组，在触摸屏和PLC内部同时安装组态监控程序。

（1）PLC编程：该PLC组件主要执行任务为监控取样。因此本次PLC编程分为采样存储控制和取样区间设定及间隔时间控制两个部分。

（2）触摸屏（也叫可编程终端接口人机互动界面）编程组态：触摸屏编程软件中有多種功能块元件可根据实际需要进行调用组态，在触摸屏上生成控制单元，并通过RS232C通信接口访问PLC内部数据区，参与PLC输入输出控制，另外PLC传送的实时数据还可存储在触摸屏内部形成历史数据。

通过以上编程及组态，我们将得到批次输油压力曲线图，综合分析批次输油压力曲线，即可确定合理压力报警值。

3.3 完善泵房输油汇管压力保护功能

在原有的超压紧急停泵的设计基础上，合理修改PLC内部软件运行程序，设计出一种主要由连锁停泵操作来完成的压力保护。即当输油工艺系统中出现汇管压力过低、汇管压力过高这两种情况时，首先停一台工频运转的机泵，然后PLC输出给变频器降频停机信号，控制机泵转速在30秒内从工作转速开始下降，直至机泵完全停止，这样在压力保护的同时避免了“水击”带来的伤害。

3.4 重新选取变频调节系统信号源

在工艺系统不变的前提条件下，变频器的调节频率原设计思路是根据输油系统出口汇管的压力反馈值来稳定工艺系统中的流量。考虑到新增计量间刮板流量计有标准的4-20Ma流量反馈信号。因此，建议新的调节系统采用流量反馈信号做变频调节计算的参考值，将“恒压变频调节”工作模式为“恒流速变频调节”工作模式。原设计的压力变送器只负责输油汇管超压或低压连锁保护。

4 结束语

（1）实时记录压力数据。安装组态监控软件后，可真实记录每批原油外输的压力数据，为压力保护设定值提供充实的数据支持和操作平台。

（2）提升储输系统安全性能。增加低压保护功能，重设连锁停泵程序，提高工艺系统的安全稳定性。

（3）延长机泵使用周期。合理设置参数，调速变频稳定，消除电机频繁变速隐患，延长机泵密封使用周期。

（4）节约用电费用，降低操作人员劳动强度。调速变频系统恢复使用，一是节约手动调节截流带来的电能损耗，对工区节能降耗意义较大；二是不需要手动频繁调节阀门开度，降低操作人员劳动强度。三是单台机泵年可节电1.2万度，2台年节电2.2万度。

（5）通过对3#泵房输油泵变频控制系统的研究，分析出了变频控制系统存在的问题，指明了可实施的变频系统优化方向，具有一定的理论研究价值和社会效益。

参考文献

[1] 白志刚.自动调节系统解析与PID整定[M].北京：化学工业出版社，2012：42.