含油污水气浮选设备自动化控制系统设计与应用

彭碧刚

中石化四机石油机械有限公司 湖北荆州 434024

本浮洗设备，含油污水成份、液位、原油含量、悬浮物含量、来水量和浮选过程中气压波动等因素都会引起浮选过程原油回收率和悬浮物去除率的变化。因此，设备控制要求达到：原油及悬浮物去除效果、三个处理罐腔液位和充气量。其设备来水量不是恒定不变的，而浮选过程进气量，需要根据给用户生产情况确定。因此，目前我们通过对水质以及浮选槽的液位等进行检测，综合分析判断浮选工艺各参数的变化，实时地调节液位，保证浮选槽液位的稳定。合理地调节各段浮选精确指标，以保证浮选效率和水质质量。本设备的自主研发的控制系统，通过对设备运转过程的稳定控制与模糊控制，降低了浮选生产的能耗，克服了手动控制的缺点，也减少了一线人员的操作的劳动强度，同时提高水质质量，增加了原油及悬浮物去除收率，为油田带来直接的经济效益[1]。

1 本设备信号测量系统

1.1 液位的测量

本设备的设计过程，在常用的密闭容器内液位检测仪表中电容式液位计、吹气式液位计、超声波液位计和磁致伸缩液位计、雷达液位计等；经过现场各种应用造型的实践中，总结出磁致伸缩液位计较好地解决了高精度、高可靠性地测量液位、界面的难题，磁致伸缩液位计可实现测量液面的极高精度。

仪表采用先进的微处理器和嵌入式系统，能耐温度高达450℃和压力达22MPa；探头形式多样，不受液体的介电常数、温度、压力等因素影响的特点，可适应本设备工况及应用方案；液位计输出两线制电流信号，同时集成 HART通信技术，使产品在测试、维护方案多样、简单；本设备共装三个磁致伸缩液位计液位计，分别测量三个腔的液位；为提高可靠性，同时配顶装非接触式的雷达液位计用于高、供液位的报警信号使用。

1.2 浮选气量及气压检测

浮选气量及气压检测系统由涡街流量计及罗斯蒙特气体压力传感器组成，分别检测进、出口的流量及压力；仪表具有：仪表测量精度高，性能稳定，几乎不影响介质压力，不影响管道介质流动；结构简单，采用316不锈钢，不怕含油污水及腐蚀性，不存在堵塞问题，简便易行；传感器输出4-20mA的通用信号，带HART通讯，现场参数方便[2]。

2 浮选机自动控制系统

2.1 浮选机自动控制系统构成情况

本设备控制方式具有分为就地控制和远程控制；就地控制柜安装在相应的设备撬旁，非常方便于现场操作。在设备运转过程中，防爆触摸屏上会及时采集、显示液位、介质各点的压力测量值和气动控制阀的开度百分比值等参数。同时，就地控制柜具有历史数据查询的界面，通过防爆显示屏观察历史曲线、观察历史各参数的变化曲线图，就地控制时 PID三个的参数设定以历史数值为的依据。就地控制柜内部调用控制系统集成PID功能块，通过屏的界面图就可进行PID参数，控制周期的调整以及液位、气压量值的设定。位于中控室的远程控制系统，按标准DCS配置，用于整个含油污水处理工艺区的远程监控；在中控制室的集中控制系统可以清楚的显示每个设备运行过程的液位、压力的具体数值，以及气动控制阀的开度，实现设备过程运行的远程监视。

2.2 自控系统控制方式

确定控制策略以PID为核心，以此为平台上采用合适的先进控制方案，解决常规PID控制方法直接应用于该控制系统时不可避免的问题。结合浮选工艺过程的特点，我们采用模糊PID对被控对象进行控制；同时，对于浮选液位的控制引入预测控制方法，对于气动执行机构的控制引入智能优化方法。

2.2.1 模糊PID控制

由于浮选工艺过程的复杂和参数的大滞后、强非线性、强耦合及不确定性，不方便在线连续控制，难以建立精确的数学模型的特点，无法定量地判断浮选设备的各种工作状态和含油污水水质，只能固定式或趋势性地处理，这种处理是无法实现本设备工艺过程的精确控制。为此，确定控制方式以经典的PID为核心，同时将影响设备工艺过程的各种工况数据与生产实践结合起来，制定模糊控制规则，进行模糊推理，得出模糊推理结果，与设备的各组成部份相关特性相结合，组成模糊PID的闭环控制，从而实现设备运转过程的精准控制。控制的目的是稳定浮选工艺过程，稳定浮选工艺指标，达到设备设计的输出参数指标[3]。

2.2.2 预测控制

整个浮选系统以具有较严重的滞后，所以第一级的轻微波动很可能会被逐级放大以至于后面几级失去控制，尤其对于浮选机液位的控制过程中出现一些不确定性的行为现象（混沌现象）。常规控制方式依靠的是偏差，这种情况下输出到控制阀上就会频繁波动。在浮选系统中同样存在此问题，我们采用预测控制的方法处理后，相关阀件能达到平稳状态，通过采集数据，以及内置上优化算法，来预测出设备运行的最合适输出，从而避免各种阀件机构的频繁动作，保护调节阀件的机构，延长控制件的寿命。

3 结语

本套浮选装置中的自动控制系统已经得到推广应用，实现设备来水量及充气气压及气量的自动控制。总结设备实际生产状况，本设备在保证水质的前提下，使水处理的输出值得到大大的提升。同时，由于本设备特有控制方式，维护设备运转人员缩减1/3，并且很大程度的减少了浮选工人的劳动强度。浮选机浮选过程中的单参数闭环控制是实现浮选过程自动控制的第一步。目前，本企业在升级开发设备的多参数自整定系统，并在本企业的新产品上到应用。