集转油站实现无缓冲罐密闭输送的研究

1 技术背景

一般集转油站有两台以上的分离器，出液管线经过调节阀进入汇管，再进入敞口大罐，从敞口大罐进入变频器控制的输液泵。现有的集转油站密闭输送是在分离器后加一缓冲罐，缓冲罐附属设备要增加液位计、放气定压阀、放气管线、排污管线。缓冲罐液位与输液泵变频器采用PID调节。该工艺节能、环保，存在的主要问题是液位控制不稳，输液泵频率忽高忽低，增加缓冲罐推高了分离器压力，不利于单井生产。

2 技术路线

2.1 基本情况

一般PID控制在控制容器液位时，进入容器的介质有相对稳定的流量并维持一段时间，以达到被控变频泵调节到稳定的输出频率并运行。而油气分离器来液大小随时间变化，液位随时间波动，被控变频泵在PID调节不到稳定状态，液位已经变化。观察发现，没有一个10min时间是稳定的。采用PID无法达到被控对象变频输液泵稳定运行。

2.2 产生问题

2012年已采用过密闭输送的站71#转油站、82#转油站均出现以上问题。对71#转油站、82#转油站分离器液位数据来液进行观察，认真分析，虽然这两个站缓冲罐液位变化频繁，可幅度变化不大，变化频率基本一致。用人工设定打液泵频率，在60min的时间，缓冲罐液位能够被控制在较小范围内波动，超过60min，液位越出原来的波动范围，需重新设定频率。

第二个出现的问题是在一条管线上有两级控制。有缓冲罐时，分离器液位变量控制调节阀与缓冲罐液位控制变频器相互不干扰。去除缓冲罐后，多个分离器出口有调节阀，控制自身的液位，液体流出调节阀后，所有管线合并为一条总线进入变频器控制的打液泵。每台分离器的调节阀有出现关断的情况，如果多台分离器出现同时关断的这一刻，输液泵会出现进口抽空的现象。

2.3 研究过程、内容与结果

在2015年召开53#产能扩建设计方案讨论会时，落实资金少，要求原地改造，旧设备继续利用。该站原没有缓冲罐，产能扩建时没有考滤增加缓冲罐（费用高）。根据这些要求，提出了大胆的工艺方案，即液位计双向控制。

且71#转油站、82#转油站的自动液位控制当时仍然没有实现，两个关键问题摆在面前。后来82#站采用值班人员守在计算机旁手动设定频率。每过40~120min对输液泵重新设定一个频率，以保持液位不出现大偏差。

对71#转油站、82#转油站分离器液位数据来液进行过观察，发现这两个站在用缓冲罐进行密闭输送时，液位变化频繁，在一段时间内变化幅度不大，与53#转油注水站的来液量变化规律相似，对缓冲罐高度及容积进行计算及观察，发现密闭输送时，并不需要缓冲罐液位始终定在一点（PID调节的方法），可以允许液位在一定范围内波动，打液泵可以固定在一个频率上运行，当液位进入另一个液位段时，根据液位增高或降低的方向换一个高或低的频率继续输液，直到分离器回到原来的液位。发现了这个规律，剩下的事交给计算机去做，实现计算机自动控制。53#转油站无缓冲罐工艺投产，先期按手动调节运行了几天，摸清了每天各时段输液泵使用频率。正式投用时，把液位计总高分成6段，液位低时，选低频率，液位调高时选高频率，液位在输液泵作用下总是向中间液位收缩。采用分离器平均液位作为输液泵变频器的控制变量，对输液泵的变频器进行控制。

3 取得成果

在53#转油注水站实验，有以下几个特点：

1）节电；日产液1 000m3，螺杆泵频率35Hz，电流26A，电压380V。功率17.1kW、从大罐输液，螺杆泵50Hz，电压380V，电流29.1A，功率19.26kW。每天节电50.4kW·h。

2）降低机泵频率15Hz，增加机泵使用寿命30%。

3）消除转油站伴生气排放，减少污染，每天增加回收天然气450m3。

4 成果应用和推广情况

53#站采用了分段选择频率的闭环控制方法，使得转油站真正实现了自动密闭输送。该工艺取消了传统密闭输送工艺中的缓冲罐，直接在分离器后连接输液泵。使用设备更少，更节能，实施更灵活。无缓冲罐密闭输送，工艺简单，建设费用低，实施容易，节能效果显著。

5 成果应用前景

无缓冲罐密闭输送建设费用低，后续在各转油站，82#转油站，71#转油站采用这种分段选择频率的闭环控制方法，让密闭输送真正用起来，让当班工人乐意用，喜欢用。缓冲罐安检达不到安全指标，不能使用时，也不需更换缓冲罐，直接把分离器出口汇管改进输液泵进口就可继续密闭输送。新疆油田公司各采油作业区及采油厂的转油站均可采用这种方法实现密闭输送。可以减少建设费用，并做到节能、环保，延长机泵寿命。