CN106267905A - 集成化智能型油田污水罐收油控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田采油污水处理领域，尤其涉及一种集成化智能型油田污水罐收油控制装置和方法，包括除油罐、污油罐、污油泵和控制器，除油罐的外侧设置有进液管、出水管和收油管，除油罐的内部设置有收油槽，出水管与除油罐的内部连通，收油管的一端与收油槽的内部连通，另一端与污油罐的内部连通，所述的污油泵的进液端与污油罐的内部连通，所述的收油管上设置有收油阀和振动传感器，收油阀串连在收油管上，所述的出水管上串联有电控调节阀；除油罐内设置有除油罐液位传感器和油水界面传感器；所述的电控调节阀包括阀体、用于实现阀门电动开合的电动执行器和辅助密封装置，所述的辅助密封装置为一块从侧面插装在阀体上的隔板。

Description

集成化智能型油田污水罐收油控制装置和方法

技术领域

本发明属于油田采油污水处理领域，尤其涉及一种集成化智能型油田污水罐收油控制装置和方法。

背景技术

除油罐是油田污水站主要除油、除固设备，其除油功能是进行油水分离并将分离出的油排至污油罐或油系统。要实现和保证除油罐收油，必须保证除油罐的液面适当高于收油槽，因此，为实现收油目的，需要根据水量的变化调节罐内水位。目前罐内水位只能由出水堰的高度来调节，生产中需要熟悉水量变化规律，当水量增大时，降低调节堰高度；当水量减小时，提高调节堰高度。实际生产中，当除油罐需要收油时，需工人到罐顶操作调节堰到适当位置，使罐内水位略高于收油槽，罐内浮油通过收油槽流到收油管到污油罐，实现收油。

实际生产中除油罐收油工作存在的主要问题：一是调节堰操作难度较大，存在生产安全隐患。通过人工在罐顶操作调节堰上手轮使调节堰上下移动，实现罐内水位升降，满足收油时液位高度需求。因调节堰上手轮操作扭矩较大，通常一个岗位女工完成调节堰升降较困难；另外，工人在罐上操作，站立位置为调节堰箱体顶板，板下易腐蚀，且操作环境易产生挥发性可燃气体聚集，存在生产安全隐患。二是收油需要多人配合才能完成。通过2-3个人配合，在液位仪表准确情况下，辅助人工观察、电话联系、判断调节堰正确位置进行收油。来液变化大时易发生液位不准、收不到油的情况。三是调节堰丝杠腐蚀损坏。调节堰丝杠在出水口上方，受水气腐蚀，易锈死，导致无法操作。

由于以上原因，油田目前在用除油罐收油均存在不同程度收油问题，不仅影响了除油罐除油效果，而且由于长时间不收油，使罐上油层较厚，不只影响水质，且存在安全隐患。

除油罐自动收油装置技术现状：第一种，是浮动收油装置，由主浮子、伴热盘、平衡浮子及收油口、回转接头、输油管、限位线、热源管、等构件组成。当罐内液体液位发生变化时，整体装置在主浮子浮力作用下，而绕回转接头上下运动。并且收油口始终处于油层中收取表面浮油。这种方式的主要问题是连接件在污水环境下可靠性差，出问题后就只能等数年后除油罐维修时恢复，应用效果差。第二种，采用气动或液压系统调节方式，由气动系统(空压机、稳压罐、调节堰调节装置、仪表、控制系统等)或液压系统(油泵、稳压罐、调节堰调节装置、仪表、控制系统等)组成。当罐内液体液位发生变化时，调节堰在调节装置带动下上下运动，使油水界面始终处于收油槽上方。这种方式的主要问题是系统需要设置净化风或油泵系统，控制系统复杂，目前在油田污水处理过程中未见应用。收油效果未知。第三种，采用罐出口水量调节方式，由出水调节装置、仪表、控制系统等组成。当罐内液体液位发生变化时，调节装置调节出水量，使油水界面始终处于收油槽上方。目前，这种方式在油田污水处理过程中没有应用。

发明内容

本发明提供一种集成化智能型油田污水罐收油控制装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

本发明提供一种集成化智能型油田污水罐收油控制装置，包括除油罐、污油罐、污油泵和控制器，除油罐的外侧设置有进液管、出水管和收油管，除油罐的内部设置有收油槽，出水管与除油罐的内部连通，收油管的一端与收油槽的内部连通，另一端与污油罐的内部连通，所述的污油泵的进液端与污油罐的内部连通，所述的收油管上设置有收油阀和振动传感器，收油阀串连在收油管上，所述的出水管上串联有电控调节阀；

除油罐内设置有除油罐液位传感器和油水界面传感器；所述的电控调节阀包括阀体、用于实现阀门电动开合的电动执行器和辅助密封装置，所述的辅助密封装置为一块从侧面插装在阀体上的隔板，隔板插装后，可实现对阀体通径的封堵，隔板插装后由压盖封装在阀体内；所述的污油罐上设置有污油罐油位传感器；所述的收油阀、振动传感器、电控调节阀、除油罐液位传感器、油水界面传感器、污油罐油位传感器和污油泵均与控制器电连接。所述的阀体为蝶阀结构或闸板阀结构。所述的电控调节阀的阀体为角式结构，角式结构的阀体包括壳体、阀芯和阀杆，阀芯安装在阀杆上，阀杆在电动执行器的驱动下沿轴向平移，进而驱动阀芯移动，以实现电控调节阀的开关调节，所述的阀芯上设置有类锥体结构，类锥体的尖端固定有支撑部件，支撑部件为杆状结构，支撑部件的一端与类锥体固定连接，另一端在壳体内壁上沿轴向滑动，阀芯与壳体之间的压紧面上设置有密封圈，阀芯将密封圈压紧以实现阀门的彻底关闭。所述的类锥体的截面积随着轴向坐标的变化呈线性变化。所述的壳体为可拆分结构，壳体拆分后，阀芯可拆下并取出，壳体的各部分之间通过密封圈实现密封连接。所述的收油阀为电磁阀。

本发明提供一种集成化智能型油田污水罐收油控制方法，包括：

步骤1，打开除油罐的进液管上的阀门，使含油污水进入除油罐；

步骤2，通过除油罐液位传感器和油水界面传感器监测除油罐内的油面和油水界面的高度，当油面高度上升到高于收油槽上沿的高度时，系统进入收油模式，同时打开收油阀；

步骤3，当收油槽被上升的油面淹没时，在控制器的自动控制下，打开用于控制出水量的电控调节阀，通过加大出水量使除油罐内的油面下降至高于收油槽又不淹没收油槽的状态；

步骤4，当除油罐内的油面降至低于收油槽上沿的高度时，缩小电控调节阀的开度，使出水量减少，油面升高。

步骤5，重复步骤3、4，实现除油罐内油面的动态调节；

在上述步骤进行过程中，通过油水界面传感器持续监测除油罐内的油水界面的高度，当油水界面的高度大于收油槽上沿的高度时，通过加大电控调节阀的开度来增大出水量，使得油水界面保持在低于收油槽上沿的状态。进一步地，通过振动传感器监控收油管的振动状态，对振动数据解析后，依据收油管内液体流动状态验证收油状态，实现最佳收油状态拟合。进一步地，通过污油罐油位传感器监测污油罐内的油位，当该油位高于上限时，控制器自动打开污油泵，进而将污油罐排空。

本发明的有益效果为：本发明应用模糊控制理论和人工智能相结合，通过对油田污水处理站除油罐特定液位值的稳定控制实现系统理想状态下收油。本发明中的流量调节过程满足了流量线型调节要求，自动化程度高，且通过人工智能模拟方法控制调节装置，实现除油罐在最优状态下去除罐内浮油。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是除油罐的除油原理示意图；

图3是阀体为闸板阀结构的电控调节阀的结构示意图；

图4是阀体为蝶阀结构的电控调节阀的结构示意图；

图5是角式结构的电控调节阀的结构示意图；

图6是图5中A处的局部放大图。

图中：1-阀体，2-辅助密封装置，3-电动执行器，4-压盖，5-支撑部件，6-类锥体，7-阀芯，8-阀杆，9-密封圈，10-除油罐，11-收油管，12-进液管，13-收油阀，14-振动传感器，15-电控调节阀，16-出水管，17-污油泵，18-污油罐，19-控制器，20-收油槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

集成化智能型油田污水罐收油控制装置，包括除油罐10、污油罐18、污油泵17和控制器19，除油罐10的外侧设置有进液管12、出水管16和收油管11，除油罐10的内部设置有收油槽20，出水管16与除油罐10的内部连通，收油管11的一端与收油槽20的内部连通，另一端与污油罐18的内部连通，所述的污油泵17的进液端与污油罐18的内部连通。

收油管11上设置有收油阀13和振动传感器14，收油阀13串连在收油管11上。在实际生产过程中，最佳收油状态为除油罐10液面高度略高于收油槽20的上沿，罐内浮油进入收油槽20的油水混合物总量不足以充满收油管11的竖直区段，收油管11呈半管流状态。除油罐10液位上升到一定高度后，收油槽20和位于除油罐10内的部分收油管11均没入液位下，这时顶层浮油回收就较困难。液体在管道内流动必然产生振动，流动状态不同，振动幅度、振动频率等参数也有所不同。因此，通过振动传感器14监测收油管11的振动状态可间接掌握系统的收油状态。在设计控制器19的自动控制流程时，使收油阀13的开启状态随着振动传感器14采集到的振动信息而变化，通过对不同收油状态下振动信息的解析，可实现对收油管排液速度的动态调整，从而实现最佳收油状态。

所述的出水管16上串联有电控调节阀15，电控调节阀15的结构是本发明的一大创新点。一般情况下，电控调节阀15包括阀体1、用于实现阀门电动开合的电动执行器3和辅助密封装置2。电动执行器3通过其内部的电机驱动阀体1内的阀杆移动或转动，从而实现对阀体1的开合程度的电控调节。

所述的辅助密封装置2为一块从侧面插装在阀体1上的隔板，生产状态下，不需要安装隔板以保证液流通畅，在维修时，临时加装隔板，以满足维修时系统隔断的需求。

隔板插装后由压盖4封装在阀体1内，可保证隔板安装位置的稳定性，既可在运输过程中防止隔板丢失或损坏，又可防止隔板在使用时受不稳定液体压力冲击而发生串动。

除油罐10内设置有除油罐液位传感器和油水界面传感器，所述的污油罐18上设置有污油罐油位传感器，所述的收油阀13、振动传感器14、电控调节阀15、除油罐液位传感器、油水界面传感器、污油罐油位传感器和污油泵17均与控制器19电连接。此处采用的各传感器以及配套的控制系统均为常规的自动控制手段，因此，自动控制技术本身并不属于本发明要求的保护范围。

所述的阀体1可以为蝶阀结构或闸板阀结构，两种结构均为直线式连接结构，只能串联在直管段上，若管道的工艺流程中需要弯折，需另置弯头。蝶阀结构的特点是动作速度快，但调节精度较低，闸板阀结构的特点是调节精度高，但动作速度慢，实际生产时，用户可根据使用需求进行选择。

为了进一步减小安装空间的占用，节省了工艺流程中弯头的使用，电控调节阀15的阀体1可设置为角式结构。

角式结构的阀体1包括壳体、阀芯7和阀杆8，阀芯7安装在阀杆8上，阀杆8在电动执行器3的驱动下沿轴向平移，进而驱动阀芯7移动，以实现电控调节阀15的开关调节。

所述的阀芯7上设置有类锥体6，类锥体6的截面积随着轴向坐标的变化呈线性变化，由于阀体1的最大通径一定，因此，随着阀芯7的移动，类锥体与壳体之间的过液面积也呈线性变化。类锥体6的设计使得阀芯7匀速移动过程中，阀体1的过液量均匀变化，从而提高了电控调节阀15的调节精度。

类锥体6的尖端固定有支撑部件5，可起到限制类锥体6的悬出端在液流作用下振动，确保了阀芯7移动过程中的稳定性，从而减少电控调节阀15工作时的噪音，同时也降低了电控调节阀15的损坏几率，延长了使用寿命。

与其它结构相比支撑部件5为杆状结构，可最大程度的减小对液体流动的阻碍，从而进一步保证调节精度。

支撑部件5的一端与类锥体6固定连接，另一端在壳体内壁上沿轴向滑动，实际生产时，在保证支撑效果的情况下，尽量将支撑部件5与类锥体6固定连接点设置在靠近类锥体6的尖端的位置，以进一步减少支撑部件5对液体流动的阻碍，避免对调节精度造成影响。

阀芯7与壳体之间的压紧面上设置有密封圈9，阀芯7将密封圈9压紧以实现阀门的彻底关闭。将密封面设置在压紧面上，不易聚集杂物，同时，将用于阀芯7密封的密封圈9所在位置与用于调节流量的水力断面分开，显著减少了液流对密封件的冲击，提高了密封件的使用寿命。另外，用于阀芯7密封的密封圈9只在阀门关闭时使用，减少了密封件的磨损，从而进一步保证密封可靠，避免了装置关断时密封面不严的情况。

所述的壳体为可拆分结构，壳体拆分后，阀芯7可拆下并取出，壳体的各部分之间通过密封圈9实现密封连接。可拆分的壳体使得阀芯等内部结构可拆卸维修，与铸造成一体的壳体相比，可维修性显著提高，使用成本也得以降低。

所述的收油阀13为电磁阀。电磁阀的动作速度快，密封效果好，使用寿命长，非常适合用于对收油管11的流量控制。

一种集成化智能型油田污水罐收油控制方法，包括：

步骤1，打开除油罐10的进液管12上的阀门，使含油污水进入除油罐10；

步骤2，通过除油罐液位传感器和油水界面传感器监测除油罐10内的油面(即除油罐10内的液面)和油水界面的高度，当油面高度上升到高于收油槽20上沿的高度时，浮油开始进入收油槽20，系统进入收油模式，此时打开收油阀13进行排油，排出的浮油储存至污油罐18内；

步骤3，当收油槽20被上升的油面淹没时，收油槽20和位于除油罐10内的部分收油管11均没入液位下，这时顶层浮油回收就较困难。此时，在控制器19的自动控制下，打开用于控制出水量的电控调节阀15，通过加大出水量使除油罐10内的油面下降至高于收油槽20上沿又不淹没收油槽20的状态。油面与收油槽20之间的高度差可根据生产状态现场确定。

步骤4，当除油罐10内的油面降至低于收油槽20上沿的高度时，缩小电控调节阀15的开度，使出水量减少，油面升高。

步骤5，重复步骤3、4，实现除油罐10内油面的动态调节；

在上述步骤进行过程中，通过油水界面传感器持续监测除油罐10内的油水界面的高度，当油水界面的高度大于收油槽20上沿的高度时，通过加大电控调节阀15的开度来增大出水量，使得油水界面保持在低于收油槽20上沿的状态。

进一步地，通过振动传感器14监控收油管11的振动状态，对振动数据解析后，依据收油管11内液体流动状态验证收油状态，实现最佳收油状态拟合。

进一步地，通过污油罐油位传感器监测污油罐18内的油位，当该油位高于上限时，控制器19自动打开污油泵17，进而将污油罐18排空，从而避免了排空污油罐18过程中的人工干预。

本发明应用模糊控制理论和人工智能相结合，通过对油田污水处理站除油罐10的特定液位值的稳定控制实现系统理想状态下收油。本发明中的流量调节过程满足了流量线型调节要求，自动化程度高，且通过人工智能模拟方法控制调节装置，实现除油罐10在最优状态下去除罐内浮油。

Claims (9)

1.集成化智能型油田污水罐收油控制装置，包括除油罐(10)、污油罐(18)、污油泵(17)和控制器(19)，除油罐(10)的外侧设置有进液管(12)、出水管(16)和收油管(11)，除油罐(10)的内部设置有收油槽(20)，出水管(16)与除油罐(10)的内部连通，收油管(11)的一端与收油槽(20)的内部连通，另一端与污油罐(18)的内部连通，所述的污油泵(17)的进液端与污油罐(18)的内部连通，所述的收油管(11)上设置有收油阀(13)和振动传感器(14)，收油阀(13)串连在收油管(11)上，所述的出水管(16)上串联有电控调节阀(15)；

除油罐(10)内设置有除油罐液位传感器和油水界面传感器；

所述的电控调节阀(15)包括阀体(1)、用于实现阀门电动开合的电动执行器(3)和辅助密封装置(2)，所述的辅助密封装置(2)为一块从侧面插装在阀体(1)上的隔板，隔板插装后，可实现对阀体(1)通径的封堵，隔板插装后由压盖(4)封装在阀体(1)内；

所述的污油罐(18)上设置有污油罐油位传感器；

所述的收油阀(13)、振动传感器(14)、电控调节阀(15)、除油罐液位传感器、油水界面传感器、污油罐油位传感器和污油泵(17)均与控制器(19)电连接。

2.根据权利要求1所述的集成化智能型油田污水罐收油控制装置，其特征在于：所述的阀体(1)为蝶阀结构或闸板阀结构。

3.根据权利要求1所述的集成化智能型油田污水罐收油控制装置，其特征在于：所述的电控调节阀(15)的阀体(1)为角式结构，角式结构的阀体(1)包括壳体、阀芯(7)和阀杆(8)，阀芯(7)安装在阀杆(8)上，阀杆(8)在电动执行器(3)的驱动下沿轴向平移，进而驱动阀芯(7)移动，以实现电控调节阀(15)的开关调节，所述的阀芯(7)上设置有类锥体(6)，类锥体(6)的尖端固定有支撑部件(5)，支撑部件(5)为杆状结构，支撑部件(5)的一端与类锥体(6)固定连接，另一端在壳体内壁上沿轴向滑动，阀芯(7)与壳体之间的压紧面上设置有密封圈(9)，阀芯(7)将密封圈(9)压紧以实现阀门的彻底关闭。

4.根据权利要求3所述的集成化智能型油田污水罐收油控制装置，其特征在于：所述的类锥体(6)的截面积随着轴向坐标的变化呈线性变化。

5.根据权利要求3所述的集成化智能型油田污水罐收油控制装置，其特征在于：所述的壳体为可拆分结构，壳体拆分后，阀芯(7)可拆下并取出，壳体的各部分之间通过密封圈(9)实现密封连接。

6.根据权利要求1所述的集成化智能型油田污水罐收油控制装置，其特征在于：所述的收油阀(13)为电磁阀。

7.集成化智能型油田污水罐收油控制方法，其特征在于：包括：

步骤1，打开除油罐(10)的进液管(12)上的阀门，使含油污水进入除油罐(10)；

步骤2，通过除油罐液位传感器和油水界面传感器监测除油罐(10)内的油面和油水界面的高度，当油面高度上升到高于收油槽(20)上沿的高度时，系统进入收油模式，同时打开收油阀(13)；

步骤3，当收油槽(20)被上升的油面淹没时，在控制器(19)的自动控制下，打开用于控制出水量的电控调节阀(15)，通过加大出水量使除油罐(10)内的油面下降至高于收油槽(20)上沿又不淹没收油槽(20)的状态；

步骤4，当除油罐(10)内的油面降至低于收油槽(20)上沿的高度时，缩小电控调节阀(15)的开度，使出水量减少，油面升高。

步骤5，重复步骤3、4，实现除油罐(10)内油面的动态调节；

在上述步骤进行过程中，通过油水界面传感器持续监测除油罐(10)内的油水界面的高度，当油水界面的高度大于收油槽(20)上沿的高度时，通过加大电控调节阀(15)的开度来增大出水量，使得油水界面保持在低于收油槽(20)上沿的状态。

8.根据权利要求7所述的集成化智能型油田污水罐收油控制方法，其特征在于：通过振动传感器(14)监控收油管(11)的振动状态，对振动数据解析后，依据收油管(11)内液体流动状态验证收油状态，实现最佳收油状态拟合。

9.根据权利要求7所述的集成化智能型油田污水罐收油控制方法，其特征在于：通过污油罐油位传感器监测污油罐(18)内的油位，当该油位高于上限时，控制器(19)自动打开污油泵(17)，进而将污油罐(18)排空。