CN116185088A - 一种基于plc的原油储罐智能排水监控系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，包括：控制模块、数控直通阀、含水量监测传感器、双介质液位测量仪、切水缓冲罐、数控开关、水中含油超标监测传感器、两位三通阀和回油泵；控制模块用于监控数控直通阀、含水量监测传感器、双介质液位测量仪、切水缓冲罐、数控开关、水中含油超标监测传感器、两位三通阀和回油泵，并对监控数据进行可视化处理。本申请可实时监控储罐排出的水中油含量，可对切水罐液位实时监测，适用于大型浮顶罐的原油脱水工程。

Description

一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统

技术领域

本申请涉及电子信息与调度控制、工业自动化控制领域，具体涉及一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统。

背景技术

从井中采出的原油一般都含有一定量的水，这在石油生产工艺中危害很大，原油中的水多数含有盐类，会加速对设备、管道等的腐蚀；原油含水量过高会给储运造成浪费，而且在石油炼制过程中，水和原油一起被加热时，水会急速汽化膨胀，压力上升，影响炼厂正常操作和产品质量，甚至会发生爆炸。因此，在原油储罐调运前需要对储罐内的原油进行脱水处理。对于大型储罐一般采用重力脱水将原油中大部分的游离水脱离，其原理为：由于水与油的密度不同，所以，在重力的作用下原油与水会在油罐中分层，在重力与顶部油压力的作用下就可以将罐底部的水排出。传统原油处理过程中的油罐脱水一般采用人工操作，不仅耗时耗力且无法精确控制底部水的排出。

发明内容

本申请提供了一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，通过检测排水过程中液体含水量的值来控制数控直通阀门，最终将原油储罐中的液体排入切水缓冲罐中进行二次沉淀，通过双介质液位测量仪与含油量监测传感器对切水缓冲罐中的液体切水。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，包括：控制模块、数控直通阀、含水量监测传感器、双介质液位测量仪、切水缓冲罐、数控开关、水中含油超标监测传感器、两位三通阀和回油泵；

所述控制模块用于监控所述数控直通阀、所述含水量监测传感器、所述双介质液位测量仪、所述切水缓冲罐、所述数控开关、所述水中含油超标监测传感器、所述两位三通阀和所述回油泵，并对监控数据进行可视化处理。

优选的，所述控制模块包括：PLC控制器和上位机；

所述PLC控制器用于收集所述数控直通阀、所述含水量监测传感器、所述双介质液位测量仪、所述切水缓冲罐、所述数控开关、所述水中含油超标监测传感器、所述两位三通阀和所述回油泵的现场数据，所述PLC控制器还用于根据总体液面信息和含油率控制所述数控直通阀和所述数控开关；

所述上位机与所述PLC控制器连接，所述上位机用于将所述现场数据进行可视化处理。

优选的，所述含水量监测传感器用于实时探测初始液体含水量信息，并将所述初始液体含水量信息上传至所述控制模块。

优选的，所述数控直通阀通过模拟量模块与所述控制模块连接；

所述控制模块基于所述初始液体含水量信息控制所述数控直通阀的阀门开度，并实时监测所述阀门开度。

优选的，所述双介质液位测量仪用于实时监测所述切水缓冲罐中的油水界面信息和所述总体液面信息，并上传至所述控制模块；

所述控制模块基于所述总体液面信息控制所述数控直通阀的开闭。

优选的，所述切水缓冲罐用于对所述初始液体的沉降分离，得到分离后液体。

优选的，所述水中含油超标监测传感器用于监测所述分离后液体的所述含油率，并将所述含油率上传至所述控制模块。

优选的，所述控制模块判断所述含油率是否超标，并基于判断结果控制所述两位三通阀的接通状态；

当所述判断结果为含油率未超标时，所述控制模块控制所述两位三通阀与污水处理池接通；

当所述判断结果为含油率超标时，所述控制模块控制所述两位三通阀与回油管道连接，并控制所述回油泵将所述分离后液体抽回至所述原油储罐中。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请可实时监控储罐排出的水中油含量，可对切水罐液位实时监测，适用于大型浮顶罐的原油脱水工程。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的系统结构示意图；

图2为本申请实施例的数据通信示意图；

图3为本申请实施例的上位机界面示意图；

图4为本申请实施例的系统运行流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

在本实施例中，如图1所示，一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，包括：控制模块、数控直通阀、含水量监测传感器、双介质液位测量仪、切水缓冲罐、数控开关、水中含油超标监测传感器、两位三通阀和回油泵。

控制模块用于监控数控直通阀、含水量监测传感器、双介质液位测量仪、切水缓冲罐、数控开关、水中含油超标监测传感器、两位三通阀和回油泵，并对监控数据进行可视化处理。

控制模块包括：PLC控制器和上位机；PLC控制器用于监控并收集数控直通阀、含水量监测传感器、双介质液位测量仪、切水缓冲罐、数控开关、水中含油超标监测传感器、两位三通阀和回油泵的现场数据，还可以用于根据总体液面信息和含油率控数控直通阀和数控开关；上位机与PLC控制器连接，上位机用于将现场数据进行可视化处理。

在本实施例中，输入为数控开关与两位三通阀的开关量输入；含水量、油水界面、总液位界面、阀门开度的模拟量输入；油含量的数字量输入。阀门开度的模拟量输出，两位三通阀的开关量输出及变频器的数字量输出。由此PLC控制器可选对应的PLC模拟量模块。

通过上位机对PLC的数据进行实时监控，其通信方式如图2所示：PLC将含水量、油水界面、总液位界面、阀门开度等数据进行处理，建立监控系统所需的变量。通过OPC软件对PLC的变量进行连接，再将连接的变量传送给上位机。上位机既可以显示PLC传送来的变量，也可以通过OPC对连接成功的变量做修改。

上位机监控界面如图3所示，主要实现：(1)原油排水工作的启停。(2)对电动直通阀门开度的实时监测。(3)对原油储罐后管内液体含水率的实时监测。(4)对切水系统的必要参数进行设定，如沉淀时间等。(5)缓冲切水罐切水时对缓冲切水罐后的缓冲液体含油量进行监测。(6)显示系统的工作状态。

含水量监测传感器用于实时探测初始液体含水量信息，并将初始液体含水量信息上传至控制模块。在本实施例中，含水量监测传感器采用微波测量原理，根据微波在不同介质中的损耗不同的性质来探测管内液体中的水分是否过多，并将探测结果上传PLC控制器及实况监视系统，通过上位机动态显示原油储罐相连排水管内的液体水分随时间变化的动态曲线，其与PLC的通信为4-20mA的模拟量电信号。

数控直通阀通过模拟量模块与控制模块连接；控制模块基于初始液体含水量信息控制数控直通阀的阀门开度，并实时监测阀门开度。在本实施例中，数控直通阀控制切水开关，通过模拟量模块与PLC控制器连接，接收4-20mA模拟量信号，有反馈功能，发送4-20mA信号反馈给PLC，实时监测阀门开度。根据设定含水量上限与实时含水量的偏差值决定阀门开度，当偏差值为零时，储罐切水完成关闭阀门。

双介质液位测量仪用于实时监测切水缓冲罐中的油水界面信息和总体液面信息，并上传至控制模块；控制模块基于总体液面信息控制数控直通阀的开闭。在本实施例中，双介质液位测量仪可同时测缓冲罐中的油水界面与总体液面，并转为4-20mA模拟量电信号，传入PLC中再由PLC传入上位机动态显示液位与油水界面高度。当切水工作开始时，该设备开始工作，当液位达到切水罐的最大工作液面时数控直通阀关闭。

切水缓冲罐用于对初始液体的沉降分离，得到分离后液体。在本实施例中，为改进管道底部流出液体无缓冲导致油流出和大罐内的油水界面难以控制的缺点，引入切水缓冲罐，该罐体积可按实际需求定制，最小体积不小于1.5m³罐顶有方便油水界面仪安装的法兰或螺纹。当数控直通阀门关闭后，油水混合物沉降分离，其时间需现场调试决定。

在本实施例中，数控开关选用常闭型，当缓冲罐内液体沉降分离结束或缓冲罐回油时，数控开关打开，当油水界面到达指定高度或数控直通阀打开时该数控开关关闭。通过I\O接口与PLC控制器连接。

水中含油超标监测传感器用于监测分离后液体的含油率，并将含油率上传至控制模块。在本实施例中，水中含油超标监测传感器在线探测任意时刻管道内水中原油含量，并将探测结果上传PLC控制器及实况监视系统，通过上位机动态显示管内油分含量随时间变化的动态曲线。该传感器在回油工作时自动停止监测。

控制模块通过水中含油超标监测传感器判断含油率是否超标，并基于判断结果控制两位三通阀的接通状态；当判断结果为含油率未超标时，控制模块控制两位三通阀与污水处理池接通；当判断结果为含油率超标时，控制模块控制两位三通阀与回油管道连接，并控制回油泵将分离后液体抽回至原油储罐中。在本实施例中，当两位三通阀门与回油管道接通时回油泵将分离罐中的液体抽入进油管线中，PLC控制器通过RS485接口与变频器相连，根据切水缓冲罐中液体的高度调节变频器，通过变频器驱动回油泵将液体泵入回油管线中。

下面将详细介绍本实施例的运行流程：

S1、打开设置面板设置基本参数，基本参数有：切水缓冲罐的最大工作液面、最低工作液面和油水分离时间设定。

S2、点击“开始”，PLC控制器开始运行，系统开始工作。运行流程如图4所示：

(1)点击“开始”指令后，阀门打开相应开度，含水量监测传感器开始工作，由设定含水量上限与实际含水量的偏差来控制阀门开度，偏差过大时阀门开大，随着偏差值减小阀门开度减小；

(2)数控直通阀打开的同时双介质液位测量仪开始工作，对切水缓冲罐中的液位进行监测，当液位到达最大工作液位时数控直通阀关闭。

(3)当数控直通阀关闭后，开始计时，缓冲切水罐中的液体沉降分离。

(4)沉降时间结束后，数控开关打开，实时监测油水界面与管道中液体的含油量，当含油量超标或油水界面到达指定高度时数控开关关闭，完成切水罐脱水。

(5)切水完成后，监测切水缓冲罐液位高度，若其高度小于最大工作液面，数控直通阀再次开启重复1-4步，若其高度大于等于最大工作液面则回油泵启动将切水罐中的油抽回入进油管线。

(6)若前端含水量与设定含水量上限的偏差值为零时关闭数控直通阀，完成1-4步后结束切水。

S3、脱水过程中可实时观测含水量、含油量与油水界面的变化趋势。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，其特征在于，包括：控制模块、数控直通阀、含水量监测传感器、双介质液位测量仪、切水缓冲罐、数控开关、水中含油超标监测传感器、两位三通阀和回油泵；

所述控制模块用于监控所述数控直通阀、所述含水量监测传感器、所述双介质液位测量仪、所述切水缓冲罐、所述数控开关、所述水中含油超标监测传感器、所述两位三通阀和所述回油泵，并对监控数据进行可视化处理。

2.根据权利要求1所述一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，其特征在于，所述控制模块包括：PLC控制器和上位机；

所述PLC控制器用于收集所述数控直通阀、所述含水量监测传感器、所述双介质液位测量仪、所述切水缓冲罐、所述数控开关、所述水中含油超标监测传感器、所述两位三通阀和所述回油泵的现场数据，所述PLC控制器还用于根据总体液面信息和含油率控制所述数控直通阀和所述数控开关；

所述上位机与所述PLC控制器连接，所述上位机用于将所述现场数据进行可视化处理。

3.根据权利要求2所述一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，其特征在于，所述含水量监测传感器用于实时探测初始液体含水量信息，并将所述初始液体含水量信息上传至所述控制模块。

4.根据权利要求3所述一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，其特征在于，所述数控直通阀通过模拟量模块与所述控制模块连接；

所述控制模块基于所述初始液体含水量信息控制所述数控直通阀的阀门开度，并实时监测所述阀门开度。

5.根据权利要求2所述一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，其特征在于，所述双介质液位测量仪用于实时监测所述切水缓冲罐中的油水界面信息和所述总体液面信息，并上传至所述控制模块；

所述控制模块基于所述总体液面信息控制所述数控直通阀的开闭。

6.根据权利要求3所述一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，其特征在于，所述切水缓冲罐用于对所述初始液体的沉降分离，得到分离后液体。

7.根据权利要求6所述一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，其特征在于，所述水中含油超标监测传感器用于监测所述分离后液体的所述含油率，并将所述含油率上传至所述控制模块。

8.根据权利要求7所述一种基于PLC的原油储罐智能排水监控系统，其特征在于，所述控制模块判断所述含油率是否超标，并基于判断结果控制所述两位三通阀的接通状态；

当所述判断结果为含油率未超标时，所述控制模块控制所述两位三通阀与污水处理池接通；

当所述判断结果为含油率超标时，所述控制模块控制所述两位三通阀与回油管道连接，并控制所述回油泵将所述分离后液体抽回至所述原油储罐中。

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