一种代替手动加载的算法在海洋石油119上压缩机的应用_杨灵飞.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 1 期 82 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 1 月 一种代替手动加载的算法在海洋石油一种代替手动加载的算法在海洋石油 119119 上压缩机的应用上压缩机的应用 杨灵飞，石 磊，高 帅，刘文艺（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）摘摘 要要：海洋石油 119 油轮使用的螺杆式天然气压缩机因机械结构特殊，需要其控制系统在机器起动完成后快速地将负载加到额定荷载。以往采用人工根据经验和实时数据判断来加载的方式，因需要的时间太长，不满足要求。本文针对此问题并结合实际的工艺要求对压缩机的控制系统进行了优化设计，为项目的顺利实施提供了保障。关键词关键词：加载；快速；自动；算法 引引 言言 液化石油气系统使用的螺杆式天然气压缩机对海洋油气田中的伴生气和天然气进行回收和再利用起到了关键的作用，为海洋油气田的节能减排和降本增效提供保障。压缩机控制系统是保证压缩机稳定运行、易于操作、智能化、高等级安全的关键设备，软件拥有精准的控制算法和完备的保护机制是压缩机控制系统的核心。1 1 项目背景项目背景 在海洋石油 119 油轮的液化石油气系统使用到两台螺杆式天然气压缩机，这两台压缩机的机械结构和工艺特点与以往项目有所不同，要求机器一但旋转起来，需要在最短的时间内将负载加满到额定载荷，避免机器长时间空载或轻载对机器造成损坏。这 2 台螺杆式天然气压缩机在经历预润滑、吹扫、等待润滑油温度满足起机要求、起动主电机之后，需要在 120 秒的时间内自动将天然气加载到额定载荷状态，如果气量不足无法实现机器就自动停机，一旦加载到额定载荷状态就将控制模式切换到 PID 自动调节，实现机器的稳定运转。2 2 项目的原理分析和实现：项目的原理分析和实现：2.1 项目原理分析 天然气压缩机起动过程中，为了减轻电机的起动阻力，机器内部在吹扫阶段只允许进入少量的天然气（保证入口涤气罐不抽空），将天然气的回流阀门完全打开，实现机器轻载起动，起动初期气体的完全回流。起动完成后，机器入口关断阀门打开，天然气从入口进入压缩机。压缩机入口天然气的压力由上游设备提供，上游设备一般已经将天然气的压力控制在机器入口要求的范围内。起动完成后回流阀门还是处于完全打开的状态，天然气的全部回流，天然气压缩机的出口压力没有达到额定要求。这时机器需要尽快加载，逐步的减小回流阀的开度。天然气压缩机的加载分为两个阶段，第一阶段，入口压力达到额定要求，出口压力没有达到额定要求，需要逐步关闭回流阀，提高出口压力。第二阶段，入口压力和出口压力均达到额定要求，通过 PID 自动控制回流阀的开度，调节天然气回流量，实现入口压力稳定，保证机器稳定运行。在加载的第一阶段，一种方法是人为手动逐步关闭回流阀，强制天然气压缩机出口压力升高。并观察出口压力值逐步上升直到达到额定要求，但速度较慢，而且一级回流阀和二级回流阀关回关速度配合不当，易造成加载不匀称，造成重载的一侧高温停机。另一种方法是采用软件按照固定的速率以线性的方式逐步关闭回流阀，实现出口的压力逐步上升到正常的范围内。在整个关闭的过程中初期出口压力上涨不明显，后期出现压力单位时间上涨幅度大，上涨持续时间长，有一定的滞后，按照固定时间间隔关闭回流阀，压力上涨还没充分，阀门就执行了下一个回关动作，上一次动作压力上涨的幅度对下一次有一定的影响。造成切换到 PID 自动控制的初期系统波动比较大，易造成关停，回流阀关闭的速度在后期不适应实际工况的需求。另外在逐步减小回流阀开度的过程中，入口的压力也是随着回流阀关闭的速度以及上游补给的速度而波动变化的，即出现回流阀在减小开度的过程中，因回流量减小入口的压力是下降的，又因为上游气量的补充入口压力是上升的。为了避免过快的关闭回流阀开度，上游气量补充不及时，导致入口压力偏低，需要关闭的速度与上游补给速度想配合。一台机器有两个回流阀来实现一级与二级压力的调节，两个回流阀的逐步减小回流阀开度是需要相互配合，单位时间关闭的开度是需要有差异的，避免两个级一个重载另一个轻载，重载级会因负载太大出现排气温度高高报警或填料温度高高报警而关断。DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.020 杨灵飞：一种代替手动加载的算法在海洋石油 119 上压缩机的应用 83 据此结论：（1）逐步关闭回流阀的开度的增量值不是固定不变的值，而应该是随着出口压力单位时间上涨幅度的增大而增量值逐步减小。（2）逐步关闭回流阀的开度的增量值，应该与上游补给速度相配合。（3）两个回流阀的关闭增量值应该有区别，避免负载不平衡。2.2 项目算法的实现（1）回流阀的开度在最开始是 100%，随着时间的推移回流阀的开度逐步减小。并且采用关闭速度逐步减小的方式，来减轻后期出口压力单位时间上涨幅度的剧烈程度。（2）回流阀开度从 100%逐步关闭到合适开度的时间在不超 120 秒的时间内可以调节关闭速度，以配合上游气量补充的速度。通过大量对现场手动加载时压力和阀门开度的路径轨迹进行采集，并在坐标上拟合，在这个过程中以时间为自变量，回流阀的开度为函数值，曲线的拟合近似为一个开口向上抛物线函数的第一象限部分。其中x0,b为回流阀的开度从100%逐步关闭到0%所需要的时间（即从 y=100 到 y=0）。在实际使用时，每个回流阀从 100%逐步关到某一个值时，还没有到 0%之前，压力就满足了额定要求，就不需要继续关闭，切换到 PID 自动控制了。那么回流阀的开度从 100%到这个值不超过 120 秒的时间即可，b 值的大小根据实际情况需要确定，这样通过调节b 值可以配合上游设备补给的速度，也可以实现阀门后期关闭速度更小，减小压力上涨幅度大、时间慢的影响。b 值确定以后，当 x=0 时，回流阀开度为 100%，y=100 可以据此确定 a 的值。函数的微分方程就是单位时间下降的幅度，即下降速度：从微分方程看速度值为小于 0 的数，且随自变量的逐步的增大，绝对值是逐步减小的。可以理解为回流阀的开度在逐步减小的，并且随时间推移，递减的越来越缓慢。每台机器使用到 2 个回流调节阀，根据一级和二级的压力符合额定压力时各自回流阀的开度值和所使用的时间，就可以确定每个阀门对应函数的参数。在实际使用过程中，因出口压力受到实际不确定因素的 影响，对回流阀的关闭速度有适度的自动修正。出口压力有高报警值和低报警值，在实际加载过程中，出口的压力最终目标值在这两个值之间，这里为方便计算取压力低报警值和高报警值的中点。出口压力的目标值为：/2 在刚开始加载初期，回流阀在 100%的开度位置时，由吹扫流程保留部分天然气压力的作用，出口压力值并不为0，是一个大于 0 的值，这里取，在实际使用时由控制系统软件在起始时间读取变送器的值。出口压力的初始值为：(回流阀 100%开度时的出口压力值)压力从初始值上涨到目标值所用的时间 c(其中 cb)单位时间压力平均上涨速度目标值 Pg 实际压力上涨的速度为每秒的出口压力值与上一秒出口压力值的差 比较出口压力实际上涨速度与目标上涨速度的差值，实际上涨速度小于等于目标上涨速度可以对回流阀关闭速度不做修正。只有实际上涨速度大于目标上涨速度时才对回流阀关闭速度进行修正，而且越大修正越强，最强使回流阀关闭速度为 0,相当于在等待。这就要求出口压力上涨速度 时，不对=2ax-2ab 修正。出口压力上涨速度 vPg 时，按的线性关系对=2ax-2ab 进行修正。通过编程，做一个数学公式功能块，每一级都可以调用：84 杨灵飞：一种代替手动加载的算法在海洋石油 119 上压缩机的应用 图图 1 1 算法功能块算法功能块 Fig.1Fig.1 FDB of algorithmFDB of algorithm 3 3 结结 论论 在实际使用时，机器完成起动后，每个回流阀都从 100%开始往回关，一级的关闭得慢一点，二级稍快一点，在关闭的过程中对入口的压力造成的波动并不大，在一级出口压力和二级出口压力分别满足要求时，二级回流阀的开度值比一级回流阀的开度值小，之后二级回流阀先切换到 PID 自动调节，由于 PID 作用二级回流阀的开度又稍微上调了一点，之后一级回流阀也切换到 PID 自动调节。使用效果达到预期目标。参考文献参考文献 1 毋河海.数字曲线拐点的自动确定J.武汉大学学报:信息科学版,2003,28(3):330-333.2 西门子(中国)有限公司相关的产品资料Z.（上接第（上接第 5252 页）页）_ ，含水进一步下降，分别下降了 1.3 和 2.5 个百分点。3.3 获得了可观的经济效益 试验区的通过应用该方法判断聚表剂驱井间连通关系，及时采取对应措施，促使试验区保持了较好的开发效果，同时，还获得了一定的经济效益。下面简单计算一下化学驱最后一年的获得的经济效益：首先，年注入井共计减少低效注入量 4370m3，节省药剂0.874t，按药剂成本 1.53 万元/吨算，节约药剂费用 1.34万元。其次，年试验区累积增油 4811t，药剂用量 21t，按原油价格为 2396 元/吨，全成本为 1433 元/吨，药剂成本 1.53万元/吨，压裂措施费用 35 万元/井次，堵水措施费用 4.1万元/井次，计算累计创造年经济效益 387.97 万元。4 4 结结 论论 储层精细描述、剖面、示踪剂研究成果和间歇停注法“四种依据”动静结合的方法，判断井间连通状况依据更充分，手段更科学，结果更精准，为更有效的进行动态调整、挖掘三类油层剩余油潜力、提高三类油层开发效果提供依据，为油田持续稳产奠定坚实的基础。参考文献参考文献 1 朱红霞.功能型聚表剂提高采收率技术研究D.北京:中国地质大学,2008.2 王启民,冀宝发,隋军,等.大庆油田三次采油技术的实践与认识J.大庆石油地质与开发,2001,13(4):1-8,16.