CN204463525U - 油气分离仿真模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油气分离仿真模拟系统，包括：用于模拟油气分离工艺过程的仿真测试模拟系统，所述仿真测试模拟系统包括用于模拟油气分离罐体设备的N个模拟仿真控制箱；现场控制系统，所述现场控制系统包括可编程控制器、以及与可编程控制器连接的触摸屏上位机；所述可编程控制器的I/O端子通过切换开关分别与N个模拟仿真控制箱电连接；中控系统，所述中控系统包括基站、以及与基站连接的DCS控制器，所述DCS控制器通过所述切换开关分别与N个模拟仿真控制箱电连接。本实用新型油气分离仿真模拟系统用于油气分离系统的人员培训与DCS系统的人员培训，能够便于学员迅速掌握油气分离系统的工况、功能和特点。

Description

油气分离仿真模拟系统

技术领域

本实用新型涉及油田设备技术领域，特别是涉及一种油气分离仿真模拟系统。

背景技术

地层中的石油到达油气井口继而沿出油管或采气管流动时，随着压力和温度条件的变化，常形成气液两相。为了满足油气井产品计量、矿场加工、储存和输送的要求，必须将它们按液体和气体分开，成为通常所说的原油和天然气，这就是油气分离。

油气分离是一个连续复杂的生产过程，整个生产环节工艺复杂、操作难度大等控制难点。目前海上石油平台油气分离都已实现DCS控制。通过上位可以对油气分离的各种过程进行监测，而且工程师只需要通过在工程师站操作，即可对执行机构的控制，实现油气分离的自动化生产。

传统的油气分离操作培训往往需要到实际设备现场(海洋平台)进行，费时费力，而且培训人员在熟练掌握前，考虑到安全问题，不能实际动手亲自操作，只能在一旁观看。这不但给培训工作带来极大的不便，还导致培训效果不理想等问题。随着海洋石油资源的深入开发，企业需要更多的技术人员，所以开发更简单、快速、安全、高效率的油气分离培训系统就势在必行。因此，设计开发一种油气分离仿真模拟系统显得是尤为重要。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种油气分离仿真模拟系统，该油气分离仿真模拟系统不仅可以通过中控系统控制，还可以现场就地控制，进而一方面为培训人员提供一个培训平台、培训系统；同时也可以通过该系统及时掌握油气分离的工况，便于培训人员进行更直观的学习和分析。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种油气分离仿真模拟系统，其特征在于：包括：

用于模拟油气分离工艺过程的仿真测试模拟系统，所述仿真测试模拟系统包括用于模拟油气分离罐体设备的N个模拟仿真控制箱；所述油气分离罐体设备包括采油树、生产管汇、加热器、分离器、电脱补给泵、电脱、原油缓冲罐、原油外输泵、清管球发射器PIG阀、生产水缓冲罐、生产水增压泵、核桃壳过滤器、火炬臂、闭排灌、闭排泵、开排罐、开排泵、注水缓冲罐、注水泵、注水管汇、注水PIG阀；上述N个模拟仿真控制箱分别用于模拟采油树、生产管汇、加热器、分离器、电脱补给泵、电脱、原油缓冲罐、原油外输泵、清管球发射器PIG阀、生产水缓冲罐、生产水增压泵、核桃壳过滤器、火炬臂、闭排灌、闭排泵、开排罐、开排泵、注水缓冲罐、注水泵、注水管汇、注水PIG阀的工作过程；

现场控制系统，所述现场控制系统包括可编程控制器、以及与可编程控制器连接的触摸屏上位机；所述可编程控制器的I/O端子通过切换开关分别与N个模拟仿真控制箱电连接；

中控系统，所述中控系统包括基站、以及与基站连接的DCS控制器，所述DCS控制器通过所述切换开关分别与N个模拟仿真控制箱电连接。

进一步：所述模拟仿真控制箱包括0-10V的电压模块、按钮开关、指示灯；所述电压模块的输出0-10V的模拟信号，上述模拟信号经过隔离栅整合成4-20mA的电流信号然后输出。

所述可编程控制器的型号为西门子PLC300。

所述N为26。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1.设计开发了一套油气分离仿真模拟系统，可以专门用于新人的培训和学习，解决了传统培训工作难度大，费时费力等缺点；

2.降低了油气分离系统和DCS系统培训成本；

3.由于油气分离罐体设备与现场实体设备一致，因此实现了培训人员实战的培训，大大提高了培训人员的培训效果；

4.可以通过油气仿真模拟系统模拟各种工况及故障，提高了培训人员对报警故障的解决能力。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构框图；

图2是本实用新型的局部结构框图；主要用于显示现场控制系统的结构关系；

图3是本实用新型的局部结构框图；主要用于显示中控系统的结构关系；

图4是油气分离罐体设备的具体连接关系图。

其中：1、分离器；2、加热器；3、生产管汇；4、采油树；5、原油缓冲罐；6、清管球发射器；7、闭排灌；8、生产水缓冲罐；9、核桃壳过滤器；10、注水缓冲罐；11、注水PIG阀；12、火炬臂；13、开排罐；14、电脱。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1、图2、图3：一种油气分离仿真模拟系统；包括：仿真测试模拟系统、现场控制系统、以及中控系统；其中：

仿真测试模拟系统用于模拟油气分离工艺过程，所述仿真测试模拟系统包括用于模拟油气分离罐体设备的N个模拟仿真控制箱；其中N为自然数，在本优选实施例中，N为26，请参阅图4，所述油气分离罐体设备包括采油树4、生产管汇3、加热器2、分离器1、电脱补给泵、电脱14、原油缓冲罐5、原油外输泵、清管球发射器PIG阀、生产水缓冲罐8、生产水增压泵、核桃壳过滤器9、火炬臂12、闭排灌7、闭排泵、开排罐13、开排泵、注水缓冲罐10、注水泵、注水管汇、注水PIG阀11；上述清管球发射器PIG阀安装于清管球发射器6上；上述N个模拟仿真控制箱分别用于模拟采油树、生产管汇、加热器、分离器、电脱补给泵、电脱、原油缓冲罐、原油外输泵、清管球发射器PIG阀、生产水缓冲罐、生产水增压泵、核桃壳过滤器、火炬臂、闭排灌、闭排泵、开排罐、开排泵、注水缓冲罐、注水泵、注水管汇、注水PIG阀的工作过程；其中原油外输泵、生产水增压泵和闭排泵采用真实的小功率离心泵，为罐体管道中的液体流动提供动力。

原油分离主要包括如下工艺过程：

原油处理过程：液体经采油树---生产管汇---电加热器----一级分离器---电脱---原油缓冲罐---经过原油外输泵加压(并联清管球发射器)---回到采油树；

生产水处理过程：一级分离器、电脱产生的水---经生产水缓冲罐---生产水增压泵---核桃罐过滤器---注水缓冲罐---(并联PIG阀)---回到采油树；

开闭排处理过程：所有罐的闭排口经管路---闭排灌---经闭排泵---开排罐，这路是只有在罐体检修时才打开。

由于油气分离罐体设备主要用于模拟现场油气分离设备，其本身为现场油气分离的比例小模型，具体连接结构与现场油气分离设备相同，因此此处不对其具体的连接结构进行过多的赘述。

现场控制系统，所述现场控制系统包括可编程控制器、以及与可编程控制器连接的触摸屏上位机；所述可编程控制器的I/O端子通过切换开关分别与N个模拟仿真控制箱电连接；作为优选实施例，所述可编程控制器的型号为西门子PLC300。现场控制系统主要实现油气分离系统的就地控制，当油气分离仿真模拟系统切换到现场控制系统时，操作人员可以通过触摸屏功能选择界面选择想要监控的设备，如一级分离器界面，可以监测到一级分离器当前的液位、温度、压力等状态，并且当仿真模拟控制箱给出的信号值超过报警值时，就可以通过ESD报警界面了解报警情况，操作人员通过调节一级分离器的仿真控制箱上引起报警的信号至正常状态，然后解除报警，恢复系统正常运行

中控系统，所述中控系统包括基站、以及与基站连接的DCS控制器，所述DCS控制器通过所述切换开关分别与N个模拟仿真控制箱电连接。

进一步：所述模拟仿真控制箱包括一系列0-10V电压模块、按钮开关、指示灯。针对不同的设备，可以设计相对应的仿真控制箱输出信号。控制箱中0-10V电压模块输出的是模拟信号，该信号经过隔离栅整合成4-20mA的电流信号，整合后的信号输入到现场控制系统或者DCS控制器，通过上位界面可以监控油气分离的情况。对于不同的模拟仿真控制箱，其给出信号是互不相同的，有些模拟仿真模拟控制箱既包含数字信号又包含模拟信号。其中数字信号主要包括泵的启动、停止，阀门的开、关，以及报警信号。模拟信号主要包括压力、温度、液位、流量。

培训人员通过学习油气分离的工艺流程，通过模拟控制箱给信号，模拟油气分离的真实情况，并通过触摸屏上位监控各个流程的实时情况。使培训人员不仅可以动手操作，还可以在上位监测整个油气分离的状态，安全可靠，大大节省了培训成本、培训时间。而传统培训考虑到安全和损失，不会让油气分离系统出现故障，只能让培训人员参观海上平台油气分离系统的正常运行状态，这就使得参加培训的人对各种操作及故障无法亲身体会，是培训工作变得很困难。油气分离仿真模拟系统可以通过不断地模拟各种故障和危险状况，使培训人员更快地、更熟练地解决故障问题，这就为大大企业减少了由于新人操作不当引起的损失。

在本优选实施例中，油气分离罐体设备包括13个罐，26个模拟仿真控制箱，3个泵，1个火炬臂，2个电动阀，7个液位计，2个温度表，4个压力表，若干手动阀门及连接管道。

本实用新型能够实现两者控制方式，具体为：

现场控制，将电动开关切换到现场控制系统，给系统上电，将油气仿真模拟系统中26个仿真模拟控制箱中的变量参数调节至正常状态，S7-300控制器跟触摸屏通过以太网连接，通过现场上位触摸屏，可以观看油气系统的各个单元正常工作参数。通过输入工程师权限，工作人员可以就地对油气分离系统进行操作，可以进行启泵、停泵、启动火气臂等操作，进行油气分离生产演示。

中控系统控制将电动开关切换到中控系统，给油气分离仿真模拟系统上电，将仿真模拟控制箱上的各个变量参数调节至正常，经过硬线将信号传给DCS控制器，工程师通过工程师站，可以监控油气分离现场情况。在此模式下，通过仿真控制模拟箱调节各种变量参数，模拟油气分离的状态，在中控上位机中通过画面对现场情况进行监控，此外还可以通过现场仿真模拟控制箱模拟油气分离的各种工况以及故障状态，在中控上位画面可以监控到现场情况，中控系统会产生报警，并且会触发ESD，使得培训人员对DCS的各种功能有了更直观的认识。

本实用新型油气分离仿真模拟系统用于油气分离系统的人员培训与DCS系统的人员培训，控制信号完全是按照真实油气分离系统的工作流程设计的，为学习油气分离生产和DCS系统培训提供非常好的培训平台，学员通过该平台熟悉掌握油气分离系统的工艺及流程、熟悉DCS操作界面，了解现场DCS配置,掌握整个油气分离生产线设备的配置和联锁控制要求、组态程序编程、油气分离工艺状态的正确识别、设备的正确操作等。仿真模拟控制箱是由一系列0-10V电压模块、按钮开关、指示灯组成。针对不同的设备，可以设计相对应的仿真控制箱输出信号。控制箱中0-10V电压模块输出的是电压信号，该信号经过隔离栅整合成4-20mA的电流信号，主要用来模拟压力、温度、液位、流量等模拟量信号。整合后的信号输入到现场控制系统或者DCS系统，通过上位界面可以监控油气分离的情况。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种油气分离仿真模拟系统；其特征在于：包括：

用于模拟油气分离工艺过程的仿真测试模拟系统，所述仿真测试模拟系统包括用于模拟油气分离罐体设备的N个模拟仿真控制箱；所述油气分离罐体设备包括采油树、生产管汇、加热器、分离器、电脱补给泵、电脱、原油缓冲罐、原油外输泵、清管球发射器PIG阀、生产水缓冲罐、生产水增压泵、核桃壳过滤器、火炬臂、闭排灌、闭排泵、开排罐、开排泵、注水缓冲罐、注水泵、注水管汇、注水PIG阀；上述N个模拟仿真控制箱分别用于模拟采油树、生产管汇、加热器、分离器、电脱补给泵、电脱、原油缓冲罐、原油外输泵、清管球发射器PIG阀、生产水缓冲罐、生产水增压泵、核桃壳过滤器、火炬臂、闭排灌、闭排泵、开排罐和开排泵、注水缓冲罐、注水泵、注水管汇、注水PIG阀的工作过程；

现场控制系统，所述现场控制系统包括可编程控制器、以及与可编程控制器连接的触摸屏上位机；所述可编程控制器的I/O端子通过切换开关分别与N个模拟仿真控制箱电连接；

中控系统，所述中控系统包括基站、以及与基站连接的DCS控制器，所述DCS控制器通过所述切换开关分别与N个模拟仿真控制箱电连接。

2.根据权利要求1所述的油气分离仿真模拟系统；其特征在于：所述模拟仿真控制箱包括0-10V的电压模块、按钮开关、指示灯；所述电压模块的输出0-10V的模拟信号，上述模拟信号经过隔离栅整合成4-20mA的电流信号然后输出。

3.根据权利要求1或2所述的油气分离仿真模拟系统；其特征在于：所述可编程控制器的型号为西门子PLC300。

4.根据权利要求3所述的油气分离仿真模拟系统；其特征在于：所述N为26。