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1、中国海洋大学硕士学位论文海洋石油平台注海水监控系统的设计与研究姓名：吕亚军申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：褚东升;侯永海2003.6.10海洋石油平台注海水监控系统的设计与研究摘要本文主樊针对海洋爵油平台注海水监控系统进彳亍了设计和研究。在海洋石油平台采油过程中，注水采油是一种行之有效的方法，然而注水系统及其水处理系统的自动化程度却一直没有得到必要的提高。尤其在埕岛油田海域，由于地处荧溪入海叠，海零悉浮穆禽蕊离，磊萎受攀蔑、潮汐及溽弱寒寒窳爨豹影穗，窳璇变化较大。因此，在埕岛浅海油田开发中，向油井所注海水水质难以控制。本文在对埕岛中心二号平台海域水质、注水工慧及水处理系统研究的
2、基础上，开发了壤岛中心二号够台注海承囊动签控系统。该系统基予W 缭程控制器及D H + 网络，实现了对注海水全流程( 海农提升、海水糖滤、海永蕊药、海水流降、海水细滤、海水脱氧、气水分离、注水罐、注水泵) 的实时监控。系统以可编程控制器作为核心控制器件，通过对过滤流程采用复杂的逻辑控制，对各种工程攮( 澄度、悉力、滚量、滚德注度、含裁囊等) 实辩熬控，鼹采祭麴懿数蕹遴行快速传递和数据共享，建立起了埕岛中心= 号中央控制中心。应用缀态软件设计的中央监控系统，使操控员在中央控制嶷就可以监控熬个注水系统的运行状况，舆莲实现了集中控裁、分散管瑾。本系统2 0 0 1 年l O 是燕式运行矮，实现了注海
3、水系统全流程自动化监控，技术指标均达到埕岛漓鞠注水要求：悉浮固体含爨- - 号平台总貌图埕岛中心二号平台注海水系统水处理工艺流程包括海水提升泵、粗滤器、压力豁管浚降罐、海水缨滤蒜、怒燕力魏钱蓼l I 、u 鎏管、一级气水分离器、二级气水分离器、储水罐、注水泵几部分。见图2 2 。海永提舞袋选弼三螽垂壹多级褒心港拳泵，二嗣一餐，将其下入三个外经1 0 m 的套管中，伸入海面以下5 m 左右深度，套管底端封堵，四周设间距为1 5 m m瓣穆援。每令套喾疆援土装骞一套专门靛电勰黪污装置，该装置大体上怒由一个铜阳极棚网构成，直流电流流缀该网，根据F a r a d a y 的电解基本原理，诵离子按控裁
4、熬数量释放戮海水巾。铜舆寿茨污母# 瑁，它毙保持水道不被海水有机质( 譬如藻类、贝类、甲壳等) 堵塞，这样一个系统可以对运行和备用的泵都舆有保护终弱，锶离子的使用荆爨是每辨海水2 5Hg e图2 2 埕岛中心二号平台水处理流程图由于胜利埕岛油田位于渤海湾浅海海域，海水水质较差。悬浮物含量较高。故在流程上采取了一级沉降和两级过滤的流程。一级过滤采用了自动反冲洗过滤器，这种过滤器筛网孔径为1 0 0um ，主要是为保护下游设备免于固体浓度太高，特别是浮游生物造成的损害：一级沉降采用是压力斜管沉降罐，通过加药混凝，进一步沉降去除海水中悬浮物，以降低二级过滤器的负荷；二级过滤采用了双滤料过滤器，该过滤
5、器以无烟煤、磁铁矿为滤料，采用接近于理想层的分布方式和合理的滤料级配，较好地发挥了整个滤层表面的吸附能力，使出水悬浮物含量降低到5 m g L 以下，颗粒直径控制在4 l ai n 以下。为了减少设备、管线等的腐蚀，海水必须进行脱氧。根据需要，设置了两台额定处理量为2 5 0 m 3 h 的超重机。超重机由壳体和一个环状的旋转填料床组成。海水由旋转床中央管进入，旋转床在电动机驱动下以8 5 0 r p m 的速度转动，使海水产生很大的离心力，向旋转床局边甩出。同时天然气在压力梯度作用下由旋转床周边进入。此时的泛点速率是重力场下的数十倍至上百倍获得比真空塔器中高得多的液、气流率，在旋转床中，海水
6、在高分散、强湍流和界面急速更新的情况下，天然气与海水以很大的相对速度在填料的弯曲孔道中作逆向接触传质，天然气将海水中的溶解氧带走，完成海水脱氧过程。2 2 系统总体设计根据埕岛油田S C A D A 系统构建及平台实际情况及要求，埕岛油田中心二号平台注水自动化监控系统采用三层网络构建：第一层上层管理网根据以太网协议构建，可将平台上的管理计算机、监控计算机通过网卡组成局域网，实现多台微机资源及数据的共享，从而实现多点监控、多级管理。 第二层控制网( C O N T R O L N E T ) 采用A B 公司的D H + ( D A T AH I G H W A YP L U S ) 网，将平台
7、控制器联网，实现P L C 阔数据欺享及跨流程监控。D H + 网是A B 公司专为P L C - 5 系列可编程控制器和S L C S 0 0 系列可编程控卷器设计的工业局域网，采用令牌方式进行存取控制，具有较高的W 靠性。 第三层底层设豁网( D e v i c eN e t ) 包括各种现场仪表，采集注水过程中压力、流豢、溢瘦、浊瘦、含氧浚等模瓠鬣数据。系统结构如图2 3 所示。2 3 系统硬件配蔫电巅压力沮麓浊度靛电机、流量计蹙睦嚣传艄啊门图2 3 系统缩构图本系统选择A B 公司爨品翡S I C 5 0 0 系弼模块瓮霹编稷控潮器，具毒缀态灵活、便于扩展等特点，最火可扩展到3 槽架3
8、 0 槽位，9 6 0 I O 点。C P U 选用t 7 4 7 - L 5 4 2 C ，提供2 8 K 熬撵彦存德空瓣羁4 K 熬辫燕数黎存铸空瓣，翔鸯D H +通讯能力及R S 2 3 2 接口。系统孛配藿2 念P L C 。一念隽注求P L C ，主要受麦模羧薰夔采集，惫接1 3 0路模拟量输入、4 路模拟嫩输出及1 4 路开关量输入。它负责整个泣水流稷的监控，包捶：海本提势泵及褪滤器瓣状态检溅、热药罐状态稔测、超黧力脱载枧状态缎测及出口流量控制、气水分离器状态检测及排气流量控制、注水罐液位检测等；一台必缨滤嚣P L C ，囊要受费缨滤器系统牙关基逻辑控制，镪龉2 8 踌嚣关量输入和
9、5 9 路开关量输出。细滤器系统是氘座并联，下流过滤上流反洗戮过滤器，载羯无烟煤彝蠢英砂馋滤料。每座过滤器套7 个电磁潮门，分别控铡进出水口、反冲洗水进出口、反冲洗气和仪表风。细滤器P L C 横据输入缀及控制逻辑控制纲滤嚣王作状态，并能接收上健枫设宠的过滤时闻、发冲洗时阅、反冲洗间隔米改变过滤质薰。两台P L C 与上位监控机组成D H + I 蚊局域弼，其通讯速率可免5 7 ，6 K b p s 、1 1 5 2 K b p s 、2 3 0 。4 国p s ，擐远通讯距离可达3 0 0 0 余米，可容纳鎏壁垒燮婆黧奎鳖墼墨茎墼鏊蕊童鳖塞多达6 4 个节点，便予系统扩展。注零P L C 搂
10、块配黉；攘块型警攥块功毙模竣鼗爨餐滚 稷序内存：2 8 K 字1 7 4 7 - L 5 4 2 CC p Ul鼹加数据内存：4 K 字1 7 4 6 A t 3鬻援l1 3 穰袋 内部奄流容羹：j1 7 4 6 p 4电源l l 静A 贰5 V D C ，2 8 8 A 越2 4 V D C17 4 6 * N I l 6 1模拟嫩输入模块91 6 路模拟量( 4 2 0 m A )1 7 4 6 - 1 1 3 t 6开关爨输入穰映l1 6 路嚣关爨羧入l1 7 4 6 - N 0 4 I搂羧爨簸爨攘涣l4 赣模攘量辕感( 4 2 0 m A )细滤器控制P L C 模块配置：模块型号模块
11、劫能模块数羹铸没 疆痔囊存：2 8 K 字1 7 4 7 L 5 0 憋C 附l辩加数器斑襻：4 K 字 1 7 4 6 A l O背板ll O 稽使内部毫滚容爨；1 7 4 6 - P 4电源l1 0 Aa t5 V D C ，2 8 8 Aa t2 4 V D C t 7 4 6 - 1 1 3 1 6嚣荚燕输天模块21 6 露嚣美爨簸入f1 7 4 6 - O W l 6开荚豢毓出模块41 6 路开关爨输出 设备臌( D E V I C EN E T ) 检测设备均造朋世界一流的仪表，包括R O S E M O U N T 篷办交送器瓤洼菠俊、A B B 转予滚豢诗、K R O H N
12、E 电磁滚激计、H O N E Y W E L L 渔褒凳辑纹、禽氧分耩搜餐，这整仪表臻凳4 2 0 m A 毫滚遮传智能仪表，信号经隔离蜜全搬传至P L C 。系统采用I S 4 0 0 0 系列隔离安全栅来缀建本安防爆系统。I S 4 0 0 0 系列隔离式安全掇具有“即播即用( P L U G P L A Y ) ”功能，各模块礤豢耄热攒拔，矮子安装壤护。安全撩廉缓采溺双黪燕蠢毫源设诗，哥必弱鼯安全瓣模块集串供宅劳擞供耄滚投挂绦护、遭运攥护，夫大挺麓黎统可靠性。竣餐漪单：|设备名生产厂家鍪芎数豢I智能愿力变送器R O S E M a l 堙3 0 5 1 T 8 碡A 2 8 2 l B
13、 嚣5 h 1 5艏螽 防爆浮球液位控制器B U Q KB U Q K 1 5 0 - dI Ib t 4 一O l1 4 静l毫磁澈爨诗K 袋o _ 脯I F M 4 0 8 0 K - E XD N 2 0 03 螽l瑶疆黪07 螽 R O S E M O U N TC F - 3 M 】6 L2 裔 l l Zl l j ) ( Z1 5 02 秘鑫属管转予流量诗K R O 球溅D N l 5H 2 5 0 R R O M 9l l 螽 含鬣势耨设珏0 N 嚣y 谨毯。l ，7 0 2 Q1 螽浚魔铰麟E 】蛾a 毛璎疆T 1 0 5 辛一A 2 t 0 09 露海洋舞曲半台洼海承鉴控系
14、统的设谤与研究液体压力式防震登熟W T Y YW T y Y 1 3 0 1 Z1 4 台电阻远传滠度诗 铂热电阻P T l 0 0W C TP T l O OW C T2 I 台调节瓣F l S 壬王l I RF 毽壬 ￥蒗V 1 5 03 台I S 4 0 16 E X ，I S 4 0 7 3 B X ，安全瓣本安1 3 9 块I S 4 0 4 1 E X测控诗舅枫D E L L 服务器2 台可编程控制器A l l e n B r a d l e yS L C5 0 02 台仪表椽海洋电气K G 。2 2 t 鍪I 面2 4 系统软件设计系统软件主要有R S L i n xP r o
15、f e s s i o n a l ( 网络组态软件) 、R S L o g i x 5 0 0 ( 梯形图邂辑编程软件) 、R S V i e w 3 2 ( 人机界面组态软件) 以及V i s u a lB a s i c 等扩展功能编程软件。这些软件蕉为缔合，互为连续，掏筑成一整套强大、率富鹩功能实体，必爨动佬忑程的全程设诗提供了一套竞釜豹解决秀寨。较传结擒霆如图2 4 。图2 , 4 较谗络均篷2 。4 ，1 缮溺软伴R 筑i n xP r o f e s s i o n a lR s L i I l 】( P r 0 融s i o n a l 是奖国R o c k w e l lS
16、o R w 瓤e 软件公司出品的专为C o n t r o lN e t ( 控制网) 连接组阏应翔的网络缎态软件，运行环境是M i c r o s o RW i n d o w s9 5 9 8 、程砖a w sN T 、W i n d o w s2 0 0 0 。R S L i n xP r o f e s s i o n a l 毽会了疑案R o c k w e l l s o 脚a r e 产品通讯服务所必须的功能。并且支持R S L i n xCA p p l i c a t i o nP r o 甜a m m i n gI n t e r f a c e ( A P D 开发的应用程序。而且，R S L I n xP r o f e s s i o n a l 包含J对基于P L C 、S L C 和C o n t r o l L o g i x 的控制器的数据簸视阻及蒸于P L C 、S L C 豹梯形逻辑查餐。R s 琢蜮霹
