摘 要 本文通過分析某井天然氣回收處理分離器電動閥三種不同的自動排液控制方式，通過對比人員素質(zhì)要求、閥門壽命的長短、可實(shí)現(xiàn)的附加功能等，比較三種PLC控制程序的優(yōu)劣，為今后類似工程項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞 電動閥;PLC程序;優(yōu)劣

氣井采出流體中含有油、氣、水等成分，在天然氣集輸前需要對氣液進(jìn)行粗分離。使用兩相分離器實(shí)現(xiàn)氣液分離，通過閥門開關(guān)控制氣液界面，需要避免采出水進(jìn)入集氣管道，同時也要需要避免天然氣進(jìn)入輸水管道。

1前期控制狀況

分離器投用初期，采用人工控制閥門開啟度，定時巡檢的方式運(yùn)行。為防止氣相進(jìn)入輸水管道，常采用比較保守的開啟度，分離器中的液位緩慢升高。工人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定閥門開啟的圈數(shù)，在下一個巡檢點(diǎn)之前，控制液位不能高于液位計(jì)上的最高液位。在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于巡檢不及時、閥門開啟圈數(shù)誤差、井內(nèi)產(chǎn)水速度不均勻等因素，常常造成分離器液位高過最高限，俗稱“漫罐”;由于容器內(nèi)壓力不穩(wěn)定，排水速度時快時慢，偶爾會造成分離器排空，造成天然氣進(jìn)入輸水管道;在安全可靠性差的同時也造成人力資源浪費(fèi)[1]。

2應(yīng)用PLC程序控制狀況

后期隨著電源的接入，公司采用PLC程序控制，同時使用了三種不同的控制程序，現(xiàn)進(jìn)行簡要介紹。

2.1 “上限開閥，排完關(guān)閉”的控制方式

這種方式模擬人工觀察分離器液位，在液位上升到設(shè)定高度時，打開電動閥門使液體排出，液位下降;當(dāng)液位下降到設(shè)定下限高度時，全部關(guān)閉閥門，隨著井內(nèi)不斷產(chǎn)水，液位持續(xù)上升;液位升高到設(shè)定高度，重復(fù)開閥步驟……

程序說明：此種程序比較簡單，一旦液位上升到達(dá)設(shè)定值，開啟閥門;液位下降到指定高度，關(guān)閉閥門。運(yùn)行曲線圖如圖1。

此種控制方式的優(yōu)勢：由于設(shè)定的開閥液位與關(guān)閥液位是固定值，對應(yīng)的分離器體積可通過計(jì)算得出，通過計(jì)數(shù)閥門開啟的次數(shù)可以計(jì)量單位時間內(nèi)的產(chǎn)液量，計(jì)量準(zhǔn)確;由于閥門開關(guān)動作是間歇性執(zhí)行，有利于執(zhí)行電機(jī)的散熱。

此種控制方式的劣勢：由于閥門每次動作都是由全關(guān)到開，需要走完設(shè)定行程，閥門動作距離長，閥門所走的行程較長，如：設(shè)定閥開為12000，閥門關(guān)閉為5530，在一個開關(guān)過程中，閥門需要行走的行程為：（12000-5530）x2=12940，每個循環(huán)為5分鐘，即平均每分鐘所走行程為：12940÷5=2588/分鐘。

2.2 “兩級限位，上下調(diào)整”的控制方式

這種控制方式是根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)定一個大致合理的閥的開度，將液位維持在設(shè)定的高度上，一旦液位上升，超過設(shè)定高度，輸出更大一級的開度，使液位下降到設(shè)定值;液位下降到設(shè)定值后，恢復(fù)原來的閥開度……這樣，閥門在兩級開度之間動作，圍繞設(shè)定液位值進(jìn)行微調(diào)。

程序說明：程序中“二液位”為設(shè)定維持液位，實(shí)際液位可能上升超過“二液位”，也可能下降低于“二液位”，程序分別就兩種方式觸發(fā)控制狀態(tài)調(diào)整。為防止液位在設(shè)定高度周圍的微小波動造成閥門的反復(fù)調(diào)整，增加了延時定時器T37，當(dāng)液位高于設(shè)定液位40秒后，才改變控制狀態(tài)，程序輸出更高一級閥門開度。運(yùn)行曲線圖如圖2。

此種控制方式的優(yōu)勢：首先，這種控制方式可以根據(jù)氣井產(chǎn)水速度，將閥門維持在一定的開度下，保持產(chǎn)水與輸水的平衡，減少閥門所走的行程，延長使用壽命;最后，這種控制方式可通過設(shè)置“第一級開度為全關(guān)”兼容前一種“上限開閥，排完關(guān)閉”的控制方式，達(dá)到計(jì)量目的。

此種控制方式的劣勢：對數(shù)據(jù)監(jiān)控人員的要求較高，在產(chǎn)水量變化時做出閥門開度相應(yīng)調(diào)整，否則會引起閥門在兩個開度之間反復(fù)切換，反而降低使用壽命。

2.3 “PID自動找平衡”的控制方式

比例積分微分控制，簡稱PID控制，是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，至今仍有90%左右的控制回路具有PID結(jié)構(gòu)。

程序說明：主要控制程序非常簡單，將液位控制在總量程的35%，由輸出模塊根據(jù)不同的液位輸出不同的控制值。此種控制方式的運(yùn)行曲線圖如圖3。

此種控制方式的優(yōu)勢：不需要人工干預(yù)，PLC自動維持液位，安全可靠。

此種控制方式的劣勢：通過觀察運(yùn)行曲線，發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)目中PID控制方式的輸出不穩(wěn)定，頻繁調(diào)整閥門開度，對門閥壽命有不利影響[2]。

3控制方式的優(yōu)選

“人工控制”方式不可選，只供特殊情況下臨時選用。

“上限開閥，排完關(guān)閉”的控制方式可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)水量的計(jì)量，但閥門壽命短，可被 “兩級限位，上下調(diào)整”的控制方式兼容，故后者更優(yōu)。

“PID自動找平衡”的工作方式對參數(shù)的維護(hù)穩(wěn)定可靠，但需要頻繁對閥門發(fā)出動作指令，影響閥門壽命;在消除傳感器階躍誤差、調(diào)整整定參數(shù)后可獲得更好的應(yīng)用。

綜上所述，目前已成熟使用“兩級限位，上下調(diào)整”控制方式，增加了低液位保護(hù)、高液位保護(hù)、高液位報(bào)警等輔助程序保障分離器平穩(wěn)運(yùn)行，氣體進(jìn)入輸水管道或排空，運(yùn)行平穩(wěn)，此種方式更優(yōu)。在條件允許的情況下，可改進(jìn)分離器實(shí)現(xiàn)PID控制。

參考文獻(xiàn)

[1] 李權(quán)，戴麗娟，沈赟.關(guān)于輸氣站場過濾分離器常見問題分析及應(yīng)對措施探討[J].化工管理，2019，（26）：146-147.

[2] 蔚生軍，米燕華，曹凱麗，等.天然氣疏水閥排液效果優(yōu)化[J].石油化工應(yīng)用，2018，37（3）：107-109.

作者簡介

張長清（1969-），男，重慶長壽區(qū)人;學(xué)歷：大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)就職單位：川慶鉆探工程有限公司重慶運(yùn)輸總公司，研究方向：機(jī)械工程。