◎盛憲倫

自動化技術(shù)具有監(jiān)督、控制和管理等特點(diǎn)，在現(xiàn)代石油工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日趨廣泛。油氣儲運(yùn)包括油氣處理凈化、儲存、加熱和輸送等環(huán)節(jié)。比如，在采輸工藝管線和各類站庫上裝有各種自動化僅表，對原油及天燃?xì)獾膲毫?、溫度。流量。液位等參?shù)進(jìn)行自動測量和控制。本文主要研究了油氣儲運(yùn)自動化的自動檢測系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng)、自動切斷系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、火災(zāi)消防系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其方塊圖及自動控制又分為三個(gè)系統(tǒng)即定值控制系統(tǒng)“定值”；隨動控制系統(tǒng)；程序控制系統(tǒng)。生產(chǎn)過程的大型化。復(fù)雜化自動控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的條件和保證。

國家十四·五規(guī)劃與2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)剛要提出：“加快深層和非常規(guī)油氣資源利用，推動油氣增儲上產(chǎn)?！薄疤嵘鍧嵞茉聪{和存儲能力”這對油氣儲運(yùn)工作指明了方向。油氣儲運(yùn)自動化是運(yùn)用不同設(shè)備和儀表代替人的復(fù)雜性，重復(fù)性的勞動，根據(jù)人的預(yù)期，自動進(jìn)行生產(chǎn)和操作，這種作業(yè)的方式，是工業(yè)生產(chǎn)自動化。應(yīng)用于油氣儲運(yùn)就是油氣儲運(yùn)自動化。自動化技術(shù)具有監(jiān)督、控制和管理等特點(diǎn)，在現(xiàn)代石油工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日趨廣泛。與其他工業(yè)生產(chǎn)一樣，在油氣儲運(yùn)工藝過程中。廣泛采用自動化技術(shù)。油氣儲運(yùn)包括油氣處理凈化、儲存、加熱和輸送等環(huán)節(jié)。比如，在采輸工藝管線和各類站庫上裝有各種自動化僅表，對原油及天燃?xì)獾膲毫?、溫度。流量。液位等參?shù)進(jìn)行自動測量和控制。也可采用遙控裝置：對遠(yuǎn)距離泵站的單井的油氣壓力和溫度進(jìn)行遙測：對井口電動球閥進(jìn)行遙控。

一、油氣儲運(yùn)自動化的基本內(nèi)容

根據(jù)功能不同，油氣儲運(yùn)自動化系統(tǒng)可分為諸多類型。主要包括自動檢測、開環(huán)控制，邏輯控制。自動切斷，自動控制、火災(zāi)消防等內(nèi)容。以下對其中的幾種主要類型進(jìn)行分析。在實(shí)際應(yīng)用中一般組合使用。

1.自動檢測系統(tǒng)。

用于對生產(chǎn)過程運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度、液位等和工藝設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，如閥的開關(guān)，泵的啟停，可燃?xì)怏w的濃度等進(jìn)行檢測，并集中在控制室顯示。顯示有兩種方式：首先是選擇式。即按需要顯示某一參數(shù)；其次是輪詢式，即根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔自動輪流顯示不同參數(shù)。數(shù)據(jù)可儲存和打印。在超高、低限時(shí)可通過聲光屏幕報(bào)警，一些水電廠供電網(wǎng)監(jiān)測自動化使用的就是這種系統(tǒng)。

2.開環(huán)控制系統(tǒng)。

開環(huán)控制系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)這種控制沒有自動形成信息的檢測、分析判斷、反饋控制的閉合環(huán)路。目前石油企業(yè)機(jī)泵變頻調(diào)速用的就是這種開環(huán)控制系統(tǒng)。

3.自動切斷系統(tǒng)。

這是用在生產(chǎn)安全保護(hù)的系統(tǒng)，通過儀表傳感器不斷檢測到與安全生產(chǎn)相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)，如溫度、液位，流量，利用編制好的故障和事故診斷分析生產(chǎn)系統(tǒng)的安全狀況，在系統(tǒng)有危險(xiǎn)狀況時(shí)，發(fā)出警報(bào)提醒值班人員采取措施：在系統(tǒng)出現(xiàn)事故苗頭時(shí)，利用緊急停車程序使設(shè)備有序停止運(yùn)行，用于生產(chǎn)安全保護(hù)的，自動化設(shè)備的可靠性比用于過程控制的要高，盡管它的功能可通過生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，而對于生產(chǎn)安全保護(hù)有較高要求之處，它是單獨(dú)設(shè)置并獨(dú)立于生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)以外的，在大慶天然氣公司一個(gè)下屬單位應(yīng)用的自動化系統(tǒng)中就是這種系統(tǒng)。

4.自動控制系統(tǒng)。

這種系統(tǒng)用于按儀表傳感器檢測的數(shù)據(jù)，利用控制程序?qū)﹂y門的開度及電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使被控制量保持在預(yù)定值上。這是閉環(huán)控制，為保證產(chǎn)品質(zhì)量使用的控制系統(tǒng)，它使生產(chǎn)中的不同工藝參數(shù)保持在即定值上。大慶天然氣公司一個(gè)下屬單位原油系統(tǒng)和輕油回收自動化系統(tǒng)中采用這種系統(tǒng)。

5.火災(zāi)消防系統(tǒng)。

這種系統(tǒng)是專用滅火的系統(tǒng)，它按測溫、測煙等設(shè)備檢測到數(shù)據(jù)，在分析判斷到火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)。通過泵、管道、噴嘴實(shí)施噴淋和噴泡沫。噴淋是用于降低已燃的設(shè)備和相鄰未燃設(shè)備溫度：噴泡沫是用于撲滅已燃設(shè)備的火。它可單獨(dú)設(shè)置，自成系統(tǒng)。

開環(huán)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的步驟進(jìn)行周期性操縱自動切斷系統(tǒng)，在工藝條件進(jìn)入某種極限狀態(tài)時(shí)，采取的安全措施。以防范生產(chǎn)事故的出現(xiàn)；火災(zāi)消防系統(tǒng)在火災(zāi)出現(xiàn)后實(shí)施滅火，以發(fā)揮保護(hù)作用，自動控制系統(tǒng)方能自動排除不同干擾因素對工藝參數(shù)的影響。保證生產(chǎn)維持在正?；蜃罴训墓に嚥僮鳡顟B(tài)。自動控制系統(tǒng)是油氣儲運(yùn)自動化的核心技術(shù)。

二、實(shí)現(xiàn)油氣儲運(yùn)自動化的生成和應(yīng)用

隨著生產(chǎn)過程的大型化。復(fù)雜化，不同類型的自動控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的基本條件和重要保證。

一些石油企業(yè)應(yīng)用自動化技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上逐漸建成了一系列的自動化控制體系。就該自動化技術(shù)控制體系來說，它主要包括原油的分水器自動控制、污水處理自動控制等，而且能有效利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢。對數(shù)據(jù)信顯自動化采集，建成信息發(fā)布系統(tǒng)，逐漸實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)表的自動化生成。

提高加熱站出站溫度，能使油氣在較高溫度下儲運(yùn)，這種做法盡管能有效降低原油的溫度。成小摩擦阻力損失，而散熱損失會增大。在油氣管輸過程中，存在著能耗最小及儲運(yùn)方式選擇的問題。

在油氣儲運(yùn)過程中加強(qiáng)自動化技術(shù)的運(yùn)用，能有效防止泵口過這器的摩阻損失。增加出口閥組節(jié)流。傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中使用的加熱爐是煉油廠自己研發(fā)的高效三回程水套爐，再配上燃燒器，其運(yùn)行效率并不高。而通過自動化改造后，改變了原有的加熱爐必需的人工控制火力的運(yùn)行方式，同時(shí)增加了安全檢測聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)及能耗參數(shù)的測量。通過自動控制系統(tǒng)把集到的全部數(shù)據(jù)實(shí)施累積計(jì)算，能夠分析出該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)能耗量。在自動化控制系統(tǒng)中，可設(shè)定出口介質(zhì)的加熱溫度，按實(shí)際油溫的變化情況改變系統(tǒng)中的燃燒器大小火，并進(jìn)行有效的切換；通過對供風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行有效的調(diào)整。能提高燃燒器設(shè)備的燃燒效率，實(shí)現(xiàn)提高水套爐運(yùn)行效率的目的。

三、自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其方塊圖

自動化系統(tǒng)由自動檢測系統(tǒng)。邏判控制系統(tǒng)，自動切斷系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、火災(zāi)消防系統(tǒng)等組成。自動控制系統(tǒng)在油氣儲運(yùn)中應(yīng)用最多，也是最主要的系統(tǒng)。

1.自動控制系統(tǒng)的組成。

不同工藝過程的工藝參數(shù)（比如壓力、溫度、流量、物位等）有確定的控制要求，這些工藝參數(shù)對產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量影響很大有決定性作用。例如，精餾塔在運(yùn)行中會受到不同干擾因素的影響，使工藝參數(shù)經(jīng)常偏離希望的數(shù)值，為保證生產(chǎn)安全、優(yōu)質(zhì)平穩(wěn)運(yùn)行，必須對生產(chǎn)過程實(shí)施有效的控制。盡管，人工操作也能控制生產(chǎn)，而受生理上的限制，人工控制滿足不了大型、現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，因此，可以借助自動化裝置，自動克服不同干擾因素對工藝生產(chǎn)過程的影響，使生產(chǎn)正常運(yùn)行。

如圖1所示是工業(yè)生產(chǎn)中常見的鍋爐汽包示意見圖1（a）（b），在鍋爐運(yùn)行中，汽包水位的高低直接影響著蒸汽的鍋爐的安全。水位過低，在負(fù)荷較大時(shí)。汽化速率很快，代包內(nèi)的液體會全部汽化。造成鍋爐燒干甚至引起爆炸，水位過高會使汽包水的分離，出現(xiàn)蒸汽帶液觀象。降低蒸汽的質(zhì)量、產(chǎn)量，損壞設(shè)備。所以，對汽包水位必須嚴(yán)加控制。

圖1 鍋爐汽包水位控制示意

如果必備條件（包括蒸汽量、給水流量等）都近乎恒定不變，只要把進(jìn)水閥門置于某一適當(dāng)開度，汽包水位能保持一定高度，而實(shí)際生產(chǎn)過程中這些條件都在變化的，例如蒸汽流量的變化，進(jìn)水閥前的壓力變化等。此時(shí)若果不進(jìn)行控制，水位則會偏離規(guī)定高度。所以，為保持汽包水位恒定，操作人員必須按水位高度的變化情況，改變進(jìn)水閥的開度，控制進(jìn)水量。

分析人工操作控制汽包水位，為保持水位為定值，必須進(jìn)行人工操作控制。

眼—觀察汽包水位的高低，隨時(shí)掌握水位的變化，并通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦。

腦—大腦按照眼睛看到的水位高度，加以思考后與規(guī)定值相比較，得出偏差，再按操作經(jīng)驗(yàn)發(fā)出命令。

手—按大腦發(fā)出的命令，改變閥門的開度，以調(diào)節(jié)進(jìn)水量，使水位回到規(guī)定值。

眼，腦，手三個(gè)器官完成測量，求偏差、操縱閥門糾正偏差的全過程，由于人工控制受人的生理上的限制，在控制精度和速度上都滿足不了大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。用一套自動化裝置代替人工操作，人工控制就變成了自動化控制，鍋爐和自動化裝置構(gòu)成了一個(gè)自動控制系統(tǒng)。

液位變送器、控制器和執(zhí)行器分別代替人的眼、腦和手的功能。自動化裝置的三個(gè)部分如下。

（1）側(cè)量元件與變送器。作用是測量汽包水位信號，并將其轉(zhuǎn)快為特定的輸出信號（氣壓信號或電壓，電流信號等）。

（2）控制器。作用是接受變送器送來的信號，把此結(jié)果以氣壓信號或電信號的方式發(fā)送出去。

（3）執(zhí)行器。一般指控制閥，使進(jìn)入鍋爐的水量出現(xiàn)變化，實(shí)現(xiàn)控制鍋爐汽包水位目的。

汽包水位的人工控制和自動控制的工作原理相似，自動化裝置能代替人的眼睛、大腦和手完成自動控制鍋爐汽包水位高低的任務(wù)。除了必須具有的自動化裝置外，還要有控制裝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備即被控對象。

2.自動控制系統(tǒng)的方塊圖。

研究自動控制系統(tǒng)，為便于對系統(tǒng)進(jìn)行分析，一般用方塊圖表示控制系統(tǒng)的組成。圖1的水位自動控制系統(tǒng)用如圖2所示的方塊圖表示。

圖2 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方框圖

在方框圖中每個(gè)環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的部分。稱為“環(huán)節(jié)”。系統(tǒng)中的每個(gè)環(huán)節(jié)用方框表示，四個(gè)方框分別表示鍋爐汽包、測量變送裝置、控制器和控制閥。兩個(gè)方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號的相互關(guān)系，箭頭指向方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入。箭頭離開方塊表示這個(gè)環(huán)節(jié)的輸出。每個(gè)方框分別標(biāo)出各自的輸入量，輸出變量，線旁的字母表示相互間的作用信號。如被控對象環(huán)節(jié)，給水流量變化會導(dǎo)致汽包水位的變化，給水流量即操縱變量作為輸入信號作用于被控對象，而汽包水位被控變量即則作為被控對象的輸出信號；引起被控變量汽包水位偏離設(shè)定值的因素還包括蒸汽負(fù)荷的變化和給水管壓力的變化等擾動量，它們也作為輸入信號作用于被控對象。

四、自動控制系統(tǒng)又分為三個(gè)系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)的分類方法較多，每種方法僅反映自動控系統(tǒng)的特點(diǎn)。比如，根據(jù)被控變量的名稱分類，有壓力控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)及液位控制系統(tǒng)等。根據(jù)被控變量的數(shù)量分類，有單變量和多變量二個(gè)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制器具有的控制規(guī)律分類，有比例控制系統(tǒng)、比例積分控制系統(tǒng)及比例積分微分控制系統(tǒng)等。在分析自動控系統(tǒng)的特性時(shí)，經(jīng)常把控制系統(tǒng)按被控變量的給定值的不同分類，可以分成以下三個(gè)系統(tǒng)。

1.定值控制系統(tǒng)“定值”，即恒定給定值。

在工藝生產(chǎn)中，如果要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或要求被控變量的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)。圖1分析的鍋爐汽包水位控制是一個(gè)定值控制系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，多數(shù)工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量、液位、成分等）都要求保持恒定。所以，定值控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用不少的一種控制系統(tǒng)。

2.隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)）。

這個(gè)系統(tǒng)是被控變量的給定值隨時(shí)間的變化的控制系統(tǒng)，而這種變化不是預(yù)先設(shè)定的，而是一個(gè)未知的時(shí)間函數(shù)。該系統(tǒng)的目的是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。例如：在鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)中，為了保證燃料充分燃繞，要求空氣量與燃料量保持一定比例。由此可以采用燃料量與空氣量的比值控制系統(tǒng)（空氣量跟隨燃料量變化），由于燃料量的負(fù)荷是隨機(jī)變化的，即空氣量的給定值也隨機(jī)變化，該系統(tǒng)是一個(gè)隨動控制系統(tǒng)。

3.程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）。

這個(gè)系統(tǒng)是被控變量的給定值根據(jù)預(yù)定的時(shí)間程序變化的控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較普遍。例如，合成纖維錦綸的生產(chǎn)中，熟化缸的溫度控制和冶金工業(yè)中金屬熱處理的溫度控制，其給定值都是按預(yù)定的升溫，恒溫和降溫等程序而變化的。