原油闪蒸控制系统设计与实现

摘要

随着陆地油气资源日益枯竭，油气开采走向深海已经成为未来发展趋势。海洋石油平台，因其地理位置的特殊性，未能接入陆地供配电网络。因此，海上石油开采过程中，一般采用原油发电机发电为用电设备提供电源。同时，采用石油平台上自产原油作为发电机燃料，有利于节约开采成本，增加经济效益。中国船级社颁布的《海上石油平台入级与建造规范》中规定:主推进机械及发电机或锅炉用的燃油，其闪点（闭杯试验）一般应不低于60℃。本文在调研了南海东部地区某油田后，得知开采出来的原油闪点约为40℃，如果直接用于发电机燃料供应，则存在一定的安全隐患。因此，设计和开发面向提高原油闪点的原油闪蒸系统对提高油田安全生产效率和降低开采成本具有重要的战略意义。　　本文以某油田原油闪蒸项目为依托，设计出了基于PLC、组态王和WinCC flexible的原油闪蒸控制和监测系统。本系统以工业以太网作为通信媒介，令上位机与下位机进行数据实时交互，以完成系统的控制和监测。本文主要研究内容包括原油闪蒸系统的总体设计、软硬件设计以及设备的安装与调试。　　本文在首先了解并掌握原油闪蒸系统的工序及其设计要求之后，提出了基于PLC、组态王和WinCC flexible的监控策略，紧接着详细论述了监控系统的硬件选型，包括对工艺管线、减压阀、闪蒸塔、主控单元、上位机、通信模块、检测模块和执行模块等器件的选型设计工作。本文采用德国西门子公司研制的S7-1200型PLC作为原油闪蒸监控系统的主控单元，其具备稳定性高、可操作性强等特点。通过下位机编程软件编写控制程序，实现生产过程中的参数采集和设备运行控制。采用亚控公司研制的组态王软件和西门子公司研制的WinCCflexible组态软件，用于开发原油闪蒸系统的监控画面。通过工业以太网通讯来实现上位机与下位机的数据交换及信息采集，达到了控制要求。　　整个监控系统已经完成设备安装和调试工作，在实际生产中能稳定运行，满足设计控制要求，经闪蒸系统处理过的原油的闪点达到70℃，满足了发电机对燃料油的闪点要求。该监控系统不仅为海上油田电力供应提供了持久的保障，而且也大大提高了海上油田安全生产效率，可广泛应用于海洋油气开采行业。

目录

声明

摘要

图目录

表目录

1 绪论

1．1 课题研究背景及研究意义

1．2原油脱轻烃的技术现状

1．3 国内外相关技术的研究现状

1．3．1可编程控制技术的研究现状

1．3．2组态软件的研究现状

1．3．3 闪蒸技术的研究现状

1．4论文主要工作

1．5章节安排

2 原油闪蒸控制系统总体设计

2．1 工艺流程和控制系统介绍

2．1．1抽真空控制系统

2．1．2电加热控制系统

2．1．3进油控制系统

2．1．4扫}油控制系统

2．1．5冷凝回收控制系统

2．1．6辅助系统

2．2系统设计要求

2．3 系统总体设计及方案论证

2．3．1系统总体设计

2．3．2控制方案的比较与确定

2．4本章小结

3 原油闪蒸系统的硬件设计

3．1 工艺管线尺寸和减压阀选型设计

3．1．1工艺管线设计

3．1．2减压阀选型设计

3．2闪蒸塔设计

3．2．1 闪蒸塔材质选型

3．2．2 闪蒸塔参数计算

3．3上位机设计

3．4下位机设计

3．4．1 S7-1200 CPU选型

3．4．2信号模块选型

3．4．3通信模块选型

3．5系统检测模块设计

3．6系统执行模块设计

3．7本章小结

4 原油闪蒸系统的下位机软件设计

4．1 STEP 7 Basic编程软件

4．2 PLC中I／O地址的分配

4．3工艺参数的确定

4．4创建PID控制

4．4．1 控制对象的建模与仿真

4．4．2创建PID控制器的组织块

4．4．3创建工艺对象PID控制器

4．4．4组态PID控制器

4．5数据采集和输出分析

4．6抽真空控制系统的软件设计

4．7原油液位控制系统的软件设计

4．8冷凝回收控制系统的软件设计

4．9闪蒸塔排油流量控制的软件设计

4．10闪蒸塔内温度控制的软件设计

4．11本章小结

5 原油闪蒸系统的上位机监控系统设计

5．1 上位机监控界面的要求

5．2组态王和WinCC flexible简介

5．3工控机监控画面的设计

5．3．1创建原油闪蒸监控项目

5．3．2组态外部变量

5．3．3组态原油闪蒸监控画面

5．4触摸屏监控画面的设计

5．5创建网络连接并组态通讯配置

5．6本章小结

6 系统安装与调试

6．1硬件安装与调试

6．2软件部分调试

6．3现场运行结果

6．4本章小结

7总结与展望

7．1 工作总结

7．2工作展望

参考文献

致谢

个人简历、在学校期间发表的学术论文与研究成果