油田污水處理論文

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1污水處理監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1油田污水處理工藝流程

采油污水處理通常采用物化法，大量的污水通過主污水管道進(jìn)入污水處理廠的總污水儲(chǔ)油罐，通過儀表檢測(cè)來水的總量以便后續(xù)處理，從總儲(chǔ)油罐送出的污水進(jìn)入其他儲(chǔ)油罐，根據(jù)其成分進(jìn)行多步驟的物理和化學(xué)處理，處理完的污水合格后再通過外輸管道送出，使污水再次得到利用。結(jié)合油田污水處理廠的實(shí)際情況，利用組態(tài)王工控軟件所繪制的污水監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)工藝流程如圖1所示。圖中清楚地標(biāo)出了污水處理廠的各處理設(shè)備的擺放、名稱、數(shù)量、管道的連接，各種參數(shù)如液位、流量、壓力、加入的藥劑量、處理后污水的pH值等顯示一目了然。

1.2監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

污水處理監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)中心、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作站、現(xiàn)場(chǎng)過程測(cè)控系統(tǒng)等構(gòu)成。監(jiān)測(cè)中心通過網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站連接，將整個(gè)廠區(qū)各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站的重要參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、存檔及綜合分析，實(shí)現(xiàn)任務(wù)優(yōu)化組合調(diào)配。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作站主要是給用戶提供一個(gè)可視化的污水處理操作管理平臺(tái)，提供了污水處理的工藝流程圖、罐區(qū)示意圖、泵狀態(tài)、參數(shù)總貌、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、控制臺(tái)、控制監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)報(bào)警、自動(dòng)報(bào)表、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)、零點(diǎn)矯正等圖形和操作功能。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)主要由ADAM－5000工控模塊和安全柵組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、模擬轉(zhuǎn)換、模擬輸出、上傳數(shù)據(jù)及接收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站的生產(chǎn)指令等，完成對(duì)油田污水處理過程的自動(dòng)測(cè)量與控制。該結(jié)構(gòu)是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，其中工控模塊ADAM－5000系列擔(dān)當(dāng)了重要角色，系統(tǒng)通過模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換、輸出，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。

1.3系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)

1）系統(tǒng)可以直接通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站各功能窗口了解到各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可根據(jù)污水性質(zhì)的變化實(shí)時(shí)地調(diào)整相應(yīng)的工藝參數(shù)，不僅方便了技術(shù)人員操作，同時(shí)也進(jìn)一步提高了污水處理的質(zhì)量。

2）在設(shè)計(jì)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，對(duì)一切可能出現(xiàn)的問題筆者在系統(tǒng)中設(shè)置了應(yīng)對(duì)措施預(yù)案，自動(dòng)處理相關(guān)問題，提高了系統(tǒng)的可靠性。

3）加強(qiáng)了抗干擾能力設(shè)計(jì)，部分采用了冗余設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4）自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于要控制的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，無需工作人員現(xiàn)場(chǎng)考察，其現(xiàn)場(chǎng)的儀表狀態(tài)及加藥系統(tǒng)的工作狀態(tài)在控制室里一目了然。

5）監(jiān)控系統(tǒng)具有多數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄、顯示功能，對(duì)歷史數(shù)據(jù)作了濃縮處理，可通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站各功能窗口直接查詢、顯示或打印任何時(shí)刻的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

6）通過現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，并可通過網(wǎng)絡(luò)把動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到上級(jí)主管部門的監(jiān)控系統(tǒng)，便于職能部門實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，做出正確決策。

2污水處理監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

污水處理監(jiān)控系統(tǒng)軟件系統(tǒng)采用組態(tài)王工控軟件開發(fā)，根據(jù)需要繪制了工程流程圖、罐區(qū)示意、泵狀態(tài)、參數(shù)總貌、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、控制臺(tái)、控制監(jiān)測(cè)、零點(diǎn)矯正、報(bào)警、報(bào)表、參數(shù)設(shè)置等畫面。畫面是用戶用來與計(jì)算機(jī)進(jìn)行人機(jī)交互、監(jiān)視控制系統(tǒng)狀況、進(jìn)行生產(chǎn)操作、輸入控制命令的人機(jī)界面，通過該畫面，能夠讓操作人員形象、直觀、正確地掌握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，及時(shí)方便發(fā)出自己的操作命令。通過這些運(yùn)行畫面為用戶提供了數(shù)據(jù)采集與處理、畫面設(shè)計(jì)、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出、報(bào)警處理、流程控制等功能，對(duì)整個(gè)污水處理工作狀況實(shí)現(xiàn)了全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控。泵工作狀態(tài)畫面各參數(shù)反映了各加藥泵的工作狀態(tài)，如各泵污水流量、工作頻率、控制量等。通過對(duì)加藥撬塊各泵變頻器工作頻率的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了藥劑加藥量的自動(dòng)控制，大幅提高了污水處理質(zhì)量。控制操作臺(tái)畫面既有重要參數(shù)顯示窗口，也有各種不同的功能按鈕菜單，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)登錄、配置用戶、時(shí)間設(shè)置、參數(shù)修正、打印報(bào)表、手／自動(dòng)切換控制、關(guān)閉／打開窗口、系統(tǒng)退出、關(guān)閉計(jì)算機(jī)等功能。

3污水處理控制方法研究

隨著設(shè)備和工藝的不斷完善，用于污水處理控制方法也在不斷更新。目前油田的污水處理方法基本上有三種：通過監(jiān)測(cè)污水的pH值；通過檢測(cè)接收罐和緩沖罐的液位；通過檢測(cè)提升泵污水流量。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較，筆者采用綜合控制策略。由于污水流量的變化對(duì)污水處理藥劑量的添加產(chǎn)生很大的影響，因而先對(duì)接收罐的液位和提升泵的污水流量進(jìn)行聯(lián)鎖控制，盡量使污水流量保持穩(wěn)定。去除水中雜質(zhì)的藥劑和凈化污水藥劑的控制采用開環(huán)控制，以接收罐的液位高度和提升泵的污水流量為依據(jù)，采用專家控制算法控制加藥泵的變頻器頻率改變加藥量，其中的各參數(shù)由操作人員根據(jù)規(guī)程和經(jīng)驗(yàn)精心調(diào)試即可設(shè)定，控制過程中可根據(jù)實(shí)際情況作在線微調(diào)，經(jīng)過實(shí)踐完全可以達(dá)到要求。由于污水pH值對(duì)污水水質(zhì)影響較大，必須使其在允許范圍內(nèi)，才能保證處理的污水達(dá)標(biāo)，因而pH值控制采用閉環(huán)自動(dòng)控制，精確控制加藥泵的藥劑量，以期達(dá)到較好的效果。

3.1pH值控制策略

該項(xiàng)目主要是針對(duì)油田開采污水處理，由于油田污水所含雜質(zhì)成分較為復(fù)雜，且化學(xué)成分較多，因而污水處理過程較為復(fù)雜。整個(gè)處理系統(tǒng)屬于典型的非線性滯后系統(tǒng)，該系統(tǒng)的精確對(duì)象數(shù)學(xué)模型難以獲得。PID控制器是過程控制系統(tǒng)中最常用、最成熟、應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)器，由于對(duì)象的非線性、滯后性，運(yùn)用PID控制效果不理想。模糊控制器不依賴過程控制的精確數(shù)學(xué)模型，采用人工智能的方式，吸收人工控制的操作經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)一些推理規(guī)則，將日常生活中的自然語(yǔ)言能夠直接轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能接受的算法語(yǔ)言決定控制決策；調(diào)整控制器中各參數(shù)，可大幅提高非線性滯后系統(tǒng)控制精度和可靠性。綜合比較以上三種控制策略，確定該污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)pH值加藥部分采用模糊控制策略。

3.2模糊控制器的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)污水處理過程中pH值的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，得出的控制規(guī)則所列。選取控制量變化的原則：在開始階段誤差較大時(shí)，控制作用以快速減小誤差為主，操作幅度較大；當(dāng)誤差適中時(shí)，控制作用以抑制超調(diào)為主；當(dāng)誤差很小時(shí)，輸出與給定值接近，控制作用以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主，操作較弱。

4結(jié)束語(yǔ)

油田污水處理自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，目前在勝利油田的濱南采油廠得到了很好的應(yīng)用，系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，運(yùn)行狀況良好，性能穩(wěn)定，使用便捷，各項(xiàng)污水治理指標(biāo)穩(wěn)定合格。污水監(jiān)控系統(tǒng)加藥部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，節(jié)省了人力、物力、財(cái)力，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙豐收。

作者:陳衛(wèi)紅薄迎春?jiǎn)挝?中國(guó)石油大學(xué)