超声波滤器系统改造研究与应用

高德友，杨树敏，李预宾

（中海油服钻井事业部，天津 300452）

1 背景

海洋石油某海上平台超声波滤器系统在过滤期间经常出现滤网颗粒物累积，造成入口出口压差过大，从而在自动运行时频繁进行反洗，且反洗排污量大，易造成闭排液位高，对流程影响较大。

近年来，由于反洗过频，超声波设备多次发生故障，其中最严重一次超声波接触器烧毁，对平台安全生产造成极为不利的影响，因此，平台对超声波系统控制流程改造的需求变得格外迫切。

2 滤器现状介绍

为过滤注水，该海上平台上有两套超声波滤器，两套过滤器结构和组成一模一样，平时为一用一备，单台过滤器基本结构如图1。

两台过滤器命名为滤器A和滤器B。两台滤器分别安装有311A和311B两台电机；VA3126A和KVA3126B两个入口阀；KVA3127A和KVA3127B两个出口阀；KVA3128A和KVA3128B两个排污阀；一台超声波发生器（超声波1和超声波2共用）。两台电机不能同时启动，超声波1和超声波2不能同时启动。

在手动模式下，操作人员可以对控制面板上的KVA3126A、KVA3126B、KVA3127A、KVA3127B、KVA3128A、KVA3128B阀门开关、超声波启/停转换开关、电机启/停按钮分别进行操作，相应的设备动作并且指示灯有相应的指示。

在自动模式下，系统有三种控制方式：时间控制、压差控制和过频反洗控制，且压差控制具有优先权。

在自动状态下系统默认滤器A为常用，滤器B为备用。

将电控柜面板的手动/自动转换开关转至“自动”位置进入过滤状态时，KVA3126A、KVA3127A处于开状态，KVA3128A、KVA3126B、KVA3127B、KVA3128B处于关状态。滤器A过滤2小时或50kPa的压差到达后开始进行水力反清洗5分钟，此时，KVA3126A、KVA3127A保持打开状态，同时，KVA3128A打开，电机A启动，滤器A处于在线水力反洗阶段；反洗结束后滤器A进入过滤状态，此时，KVA3126A、KVA3127A处于开状态，KVA3128A、KVA3126B、KVA3127B、KVA3128B处于关状态。

如果两次反洗时间间隔小于所设定的反洗间隔时间，则视为频繁反冲洗，只有在频繁反冲洗时超声波才投入。滤器A的超声波投入时，KVA3126A、KVA3127A、KVA3128A关闭，电机A停止工作，超声波A启动。同时，B切换上线开始过滤，此时，KVA3126B、KVA3127B处于开状态，KVA3128B处于关状态；A超声波工作30分钟后停止，同时，进入水力反洗5分钟，此时，KVA3127A、KVA3128A、KVA3126B、KVA3127B处于开状态，KVA3126A、KVA3128B处于关状态，电机A工作。水力反洗结束后滤器A转换下线，转为备用，此时，KVA3126A、KVA3127A、KVA3128A、KVA3128B处于关闭状态，KVA3126B、KVA3127B处于打开状态。电机A停止。滤器B与A雷同。

在自动状态下，可对正处于过滤阶段的滤器进行在线强制水力反冲洗。只需按下强制反冲洗启动按钮即可，需要停止时，按下强制反冲洗停止按钮。如果用户按下强制反冲洗启动按钮后10分钟没有按下强制反冲洗停止按钮，系统将自动停止强制反冲洗。

图1 超声波滤器系统结构图

3 情况分析与改造思路

3.1 情况分析

由于滤罐内杂质的快速积累，出入口之间经常出现压差高的情况，造成系统在自动运行的情况下经常进入过频反洗状态，而时间启动模式基本不会触发（也就是说，在2小时内，滤罐肯定会出现高压差的情况）。超声波振荡频繁启动，流程切换频繁且突然，中控系统Modbus极不稳定，导致操作人员无法及时了解系统过滤及反洗的工况，因此，压差启动反洗的流程已非常不符合平台的实际生产需要。

3.2 优化思路

（1）对超声波滤器排污流程进行维修，拆除原有手动球阀，安装3寸150LB手动截止阀2个，施工单位提供阀门与相应法兰管线接头并焊接安装。

（2）系统反洗启动条件改为单纯的时间启动方式，每两小时进行一次反洗，反洗的流程与过频反洗一致，即当A罐启动反洗时，A罐入口阀、出口阀、排污阀关闭，电机保持关闭状态，超声波启动，同时，B罐切换至过滤状态，即B罐入口阀、出口阀打开，排污阀、电机、超声波保持关闭状态；A罐进行了30分钟的超声波振荡之后，出口阀、排污阀打开，电机开启，超声波关闭，入口阀保持关闭状态，同时，B罐保持过滤状态，清水反洗5分钟后A罐下线，由B罐继续进行过滤工作。B罐流程与前者一致。

图2 超声波滤器系统工作流程

（3）在反洗启动后，B罐会在超声波振荡结束前一分钟自动向中控触发脉冲报警，触发信号为超声波滤器B反洗信号，该信号于超声波振荡结束前60秒闭合，2秒钟后断开触发中控报警，超声波振荡结束前30秒再次闭合，2秒钟后信号跳开触发中控报警。中控收到报警后便可以提醒操作人员到现场进行配合监护工作。A罐和B罐会在反洗结束后向中控再次触发一次报警，以提示反洗结束。

4 改造实施

针对改造思路，对系统控制程序进行修改，以实现控制需要。

（1）当A罐过滤计时累计到120分钟（当C1大于等于变量VW1024内设定120）时，状态位M0.3启动，A罐触发反洗流程。

图3 A罐反洗流程触发程序

（2）修改原程序中M0.3的触发流程，原程序中M0.3触发M8.0，由后者输出A罐时间反洗的执行信号，修改后新建变量M13.0，由M13.0触发A罐过频反洗的执行信号M1.4，并执行A罐过频反洗流程。

图4 A罐触发流程的变动

（3）修改反洗启动状态位M0.3复位条件，由反洗结束（当C2大于等于变量VW1022内设定5时）时复位，修改为超声波反洗结束（当C4大于等于变量VW1026内设定30时）时复位。其他主要控制流程基本不变。

（4）B罐程序修改和A罐类似，A罐的M0.3对应B罐的M4.6，A罐的M8.0对应B罐的M8.5，A罐的M13.0对应B罐的M13.1，A罐的C1对应B罐的C6，A罐的C2对应B罐的C7，A罐的C4对应B罐的C9，其他主要控制流程基本不变。程序如图5 Row2所示。

图5 B罐反洗流程触发程序

图6 B罐触发流程的变动

（5）B罐超声波结束前1分钟预警的控制流程，输出通道为Q4.6（输出到中控的B反洗信号）。反洗前60秒反洗输出信号置1，反洗前58秒反洗输出信号跳开置0，触发中控系统报警；反洗前30秒反洗输出信号置1，报警暂时取消，反洗开始前28秒反洗输出信号再次跳开置0，再次触发中控系统报警；反洗开始后反洗输出信号置1，报警信号取消，系统正式进入反洗状态。对应程序如图7所示。

（6）对Q4.5和Q4.6所在的输出语句进行修改，原程序重复触发这两个线圈，为PLC编程的大忌，现对程序进行了归并和调整，并增加（5）所述流程。

对应程序如图8 Row3所示。

图7 A罐反洗状态输出信号

图8 B罐反洗状态输出及报警信号

（7）修改原PLC程序中Modbus程序的Error信息存放变量，原先的变量引用的MB11和MB12与流程控制程序中的控制变量M11.0至M11.7、M12.0、M12.1相重叠，为PLC程序的流程带来一定隐患，现修改为MB14和MB15。

表1 流程手动测试记录

5 结果调试

程序下装后，手动调试流程正常。具体调试过程如表1所示。

调试期间，每个设备至少启停两次，设备动作均正常。

经过一系列联调，自动流程可实现既定要求。具体调试过程如表2所示。

表2 流程自动测试记录

调试期间，整体流程至少运转三个周期（即从步骤1～7为一个周期），设备动作正常，可以正常实现过滤、反洗的运行以及A、B罐的切换。

6 结语

紧密结合现场实际需求，按照改造思路对系统实施改造完毕后，对超声波滤器进行功能调试、验证，确认超声波自动运行功能满足现场工艺流程使用要求，达到了预期的效果。