集成化智能型油田汙水罐收油控制裝置和方法與流程
2023-09-21 23:38:40 1
本發明屬於油田採油汙水處理領域，尤其涉及一種集成化智能型油田汙水罐收油控制裝置和方法。
背景技術：
除油罐是油田汙水站主要除油、除固設備，其除油功能是進行油水分離並將分離出的油排至汙油罐或油系統。要實現和保證除油罐收油，必須保證除油罐的液面適當高於收油槽，因此，為實現收油目的，需要根據水量的變化調節罐內水位。目前罐內水位只能由出水堰的高度來調節，生產中需要熟悉水量變化規律，當水量增大時，降低調節堰高度；當水量減小時，提高調節堰高度。實際生產中，當除油罐需要收油時，需工人到罐頂操作調節堰到適當位置，使罐內水位略高於收油槽，罐內浮油通過收油槽流到收油管到汙油罐，實現收油。
實際生產中除油罐收油工作存在的主要問題：一是調節堰操作難度較大，存在生產安全隱患。通過人工在罐頂操作調節堰上手輪使調節堰上下移動，實現罐內水位升降，滿足收油時液位高度需求。因調節堰上手輪操作扭矩較大，通常一個崗位女工完成調節堰升降較困難；另外，工人在罐上操作，站立位置為調節堰箱體頂板，板下易腐蝕，且操作環境易產生揮發性可燃氣體聚集，存在生產安全隱患。二是收油需要多人配合才能完成。通過2-3個人配合，在液位儀表準確情況下，輔助人工觀察、電話聯繫、判斷調節堰正確位置進行收油。來液變化大時易發生液位不準、收不到油的情況。三是調節堰絲槓腐蝕損壞。調節堰絲槓在出水口上方，受水氣腐蝕，易鏽死，導致無法操作。
由於以上原因，油田目前在用除油罐收油均存在不同程度收油問題，不僅影響了除油罐除油效果，而且由於長時間不收油，使罐上油層較厚，不只影響水質，且存在安全隱患。
除油罐自動收油裝置技術現狀：第一種，是浮動收油裝置，由主浮子、伴熱盤、平衡浮子及收油口、迴轉接頭、輸油管、限位線、熱源管、等構件組成。當罐內液體液位發生變化時，整體裝置在主浮子浮力作用下，而繞迴轉接頭上下運動。並且收油口始終處於油層中收取表面浮油。這種方式的主要問題是連接件在汙水環境下可靠性差，出問題後就只能等數年後除油罐維修時恢復，應用效果差。第二種，採用氣動或液壓系統調節方式，由氣動系統(空壓機、穩壓罐、調節堰調節裝置、儀表、控制系統等)或液壓系統(油泵、穩壓罐、調節堰調節裝置、儀表、控制系統等)組成。當罐內液體液位發生變化時，調節堰在調節裝置帶動下上下運動，使油水界面始終處於收油槽上方。這種方式的主要問題是系統需要設置淨化風或油泵系統，控制系統複雜，目前在油田汙水處理過程中未見應用。收油效果未知。第三種，採用罐出口水量調節方式，由出水調節裝置、儀表、控制系統等組成。當罐內液體液位發生變化時，調節裝置調節出水量，使油水界面始終處於收油槽上方。目前，這種方式在油田汙水處理過程中沒有應用。
技術實現要素：
本發明提供一種集成化智能型油田汙水罐收油控制裝置和方法，以解決上述背景技術中提出的問題。
本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現：
本發明提供一種集成化智能型油田汙水罐收油控制裝置，包括除油罐、汙油罐、汙油泵和控制器，除油罐的外側設置有進液管、出水管和收油管，除油罐的內部設置有收油槽，出水管與除油罐的內部連通，收油管的一端與收油槽的內部連通，另一端與汙油罐的內部連通，所述的汙油泵的進液端與汙油罐的內部連通，所述的收油管上設置有收油閥和振動傳感器，收油閥串連在收油管上，所述的出水管上串聯有電控調節閥；
除油罐內設置有除油罐液位傳感器和油水界面傳感器；所述的電控調節閥包括閥體、用於實現閥門電動開合的電動執行器和輔助密封裝置，所述的輔助密封裝置為一塊從側面插裝在閥體上的隔板，隔板插裝後，可實現對閥體通徑的封堵，隔板插裝後由壓蓋封裝在閥體內；所述的汙油罐上設置有汙油罐油位傳感器；所述的收油閥、振動傳感器、電控調節閥、除油罐液位傳感器、油水界面傳感器、汙油罐油位傳感器和汙油泵均與控制器電連接。所述的閥體為蝶閥結構或閘板閥結構。所述的電控調節閥的閥體為角式結構，角式結構的閥體包括殼體、閥芯和閥杆，閥芯安裝在閥杆上，閥杆在電動執行器的驅動下沿軸向平移，進而驅動閥芯移動，以實現電控調節閥的開關調節，所述的閥芯上設置有類錐體結構，類錐體的尖端固定有支撐部件，支撐部件為杆狀結構，支撐部件的一端與類錐體固定連接，另一端在殼體內壁上沿軸向滑動，閥芯與殼體之間的壓緊面上設置有密封圈，閥芯將密封圈壓緊以實現閥門的徹底關閉。所述的類錐體的截面積隨著軸向坐標的變化呈線性變化。所述的殼體為可拆分結構，殼體拆分後，閥芯可拆下並取出，殼體的各部分之間通過密封圈實現密封連接。所述的收油閥為電磁閥。
本發明提供一種集成化智能型油田汙水罐收油控制方法，包括：
步驟1，打開除油罐的進液管上的閥門，使含油汙水進入除油罐；
步驟2，通過除油罐液位傳感器和油水界面傳感器監測除油罐內的油麵和油水界面的高度，當油麵高度上升到高於收油槽上沿的高度時，系統進入收油模式，同時打開收油閥；
步驟3，當收油槽被上升的油麵淹沒時，在控制器的自動控制下，打開用於控制出水量的電控調節閥，通過加大出水量使除油罐內的油麵下降至高於收油槽又不淹沒收油槽的狀態；
步驟4，當除油罐內的油麵降至低於收油槽上沿的高度時，縮小電控調節閥的開度，使出水量減少，油麵升高。
步驟5，重複步驟3、4，實現除油罐內油麵的動態調節；
在上述步驟進行過程中，通過油水界面傳感器持續監測除油罐內的油水界面的高度，當油水界面的高度大於收油槽上沿的高度時，通過加大電控調節閥的開度來增大出水量，使得油水界面保持在低於收油槽上沿的狀態。進一步地，通過振動傳感器監控收油管的振動狀態，對振動數據解析後，依據收油管內液體流動狀態驗證收油狀態，實現最佳收油狀態擬合。進一步地，通過汙油罐油位傳感器監測汙油罐內的油位，當該油位高於上限時，控制器自動打開汙油泵，進而將汙油罐排空。
本發明的有益效果為：本發明應用模糊控制理論和人工智慧相結合，通過對油田汙水處理站除油罐特定液位值的穩定控制實現系統理想狀態下收油。本發明中的流量調節過程滿足了流量線型調節要求，自動化程度高，且通過人工智慧模擬方法控制調節裝置，實現除油罐在最優狀態下去除罐內浮油。
附圖說明
圖1是本發明的整體結構示意圖；
圖2是除油罐的除油原理示意圖；
圖3是閥體為閘板閥結構的電控調節閥的結構示意圖；
圖4是閥體為蝶閥結構的電控調節閥的結構示意圖；
圖5是角式結構的電控調節閥的結構示意圖；
圖6是圖5中A處的局部放大圖。
圖中：1-閥體，2-輔助密封裝置，3-電動執行器，4-壓蓋，5-支撐部件，6-類錐體，7-閥芯，8-閥杆，9-密封圈，10-除油罐，11-收油管，12-進液管，13-收油閥，14-振動傳感器，15-電控調節閥，16-出水管，17-汙油泵，18-汙油罐，19-控制器，20-收油槽。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明做進一步描述：
集成化智能型油田汙水罐收油控制裝置，包括除油罐10、汙油罐18、汙油泵17和控制器19，除油罐10的外側設置有進液管12、出水管16和收油管11，除油罐10的內部設置有收油槽20，出水管16與除油罐10的內部連通，收油管11的一端與收油槽20的內部連通，另一端與汙油罐18的內部連通，所述的汙油泵17的進液端與汙油罐18的內部連通。
收油管11上設置有收油閥13和振動傳感器14，收油閥13串連在收油管11上。在實際生產過程中，最佳收油狀態為除油罐10液面高度略高於收油槽20的上沿，罐內浮油進入收油槽20的油水混合物總量不足以充滿收油管11的豎直區段，收油管11呈半管流狀態。除油罐10液位上升到一定高度後，收油槽20和位於除油罐10內的部分收油管11均沒入液位下，這時頂層浮油回收就較困難。液體在管道內流動必然產生振動，流動狀態不同，振動幅度、振動頻率等參數也有所不同。因此，通過振動傳感器14監測收油管11的振動狀態可間接掌握系統的收油狀態。在設計控制器19的自動控制流程時，使收油閥13的開啟狀態隨著振動傳感器14採集到的振動信息而變化，通過對不同收油狀態下振動信息的解析，可實現對收油管排液速度的動態調整，從而實現最佳收油狀態。
所述的出水管16上串聯有電控調節閥15，電控調節閥15的結構是本發明的一大創新點。一般情況下，電控調節閥15包括閥體1、用於實現閥門電動開合的電動執行器3和輔助密封裝置2。電動執行器3通過其內部的電機驅動閥體1內的閥杆移動或轉動，從而實現對閥體1的開合程度的電控調節。
所述的輔助密封裝置2為一塊從側面插裝在閥體1上的隔板，生產狀態下，不需要安裝隔板以保證液流通暢，在維修時，臨時加裝隔板，以滿足維修時系統隔斷的需求。
隔板插裝後由壓蓋4封裝在閥體1內，可保證隔板安裝位置的穩定性，既可在運輸過程中防止隔板丟失或損壞，又可防止隔板在使用時受不穩定液體壓力衝擊而發生串動。
除油罐10內設置有除油罐液位傳感器和油水界面傳感器，所述的汙油罐18上設置有汙油罐油位傳感器，所述的收油閥13、振動傳感器14、電控調節閥15、除油罐液位傳感器、油水界面傳感器、汙油罐油位傳感器和汙油泵17均與控制器19電連接。此處採用的各傳感器以及配套的控制系統均為常規的自動控制手段，因此，自動控制技術本身並不屬於本發明要求的保護範圍。
所述的閥體1可以為蝶閥結構或閘板閥結構，兩種結構均為直線式連接結構，只能串聯在直管段上，若管道的工藝流程中需要彎折，需另置彎頭。蝶閥結構的特點是動作速度快，但調節精度較低，閘板閥結構的特點是調節精度高，但動作速度慢，實際生產時，用戶可根據使用需求進行選擇。
為了進一步減小安裝空間的佔用，節省了工藝流程中彎頭的使用，電控調節閥15的閥體1可設置為角式結構。
角式結構的閥體1包括殼體、閥芯7和閥杆8，閥芯7安裝在閥杆8上，閥杆8在電動執行器3的驅動下沿軸向平移，進而驅動閥芯7移動，以實現電控調節閥15的開關調節。
所述的閥芯7上設置有類錐體6，類錐體6的截面積隨著軸向坐標的變化呈線性變化，由於閥體1的最大通徑一定，因此，隨著閥芯7的移動，類錐體與殼體之間的過液面積也呈線性變化。類錐體6的設計使得閥芯7勻速移動過程中，閥體1的過液量均勻變化，從而提高了電控調節閥15的調節精度。
類錐體6的尖端固定有支撐部件5，可起到限制類錐體6的懸出端在液流作用下振動，確保了閥芯7移動過程中的穩定性，從而減少電控調節閥15工作時的噪音，同時也降低了電控調節閥15的損壞機率，延長了使用壽命。
與其它結構相比支撐部件5為杆狀結構，可最大程度的減小對液體流動的阻礙，從而進一步保證調節精度。
支撐部件5的一端與類錐體6固定連接，另一端在殼體內壁上沿軸向滑動，實際生產時，在保證支撐效果的情況下，儘量將支撐部件5與類錐體6固定連接點設置在靠近類錐體6的尖端的位置，以進一步減少支撐部件5對液體流動的阻礙，避免對調節精度造成影響。
閥芯7與殼體之間的壓緊面上設置有密封圈9，閥芯7將密封圈9壓緊以實現閥門的徹底關閉。將密封面設置在壓緊面上，不易聚集雜物，同時，將用於閥芯7密封的密封圈9所在位置與用於調節流量的水力斷面分開，顯著減少了液流對密封件的衝擊，提高了密封件的使用壽命。另外，用於閥芯7密封的密封圈9隻在閥門關閉時使用，減少了密封件的磨損，從而進一步保證密封可靠，避免了裝置關斷時密封面不嚴的情況。
所述的殼體為可拆分結構，殼體拆分後，閥芯7可拆下並取出，殼體的各部分之間通過密封圈9實現密封連接。可拆分的殼體使得閥芯等內部結構可拆卸維修，與鑄造成一體的殼體相比，可維修性顯著提高，使用成本也得以降低。
所述的收油閥13為電磁閥。電磁閥的動作速度快，密封效果好，使用壽命長，非常適合用於對收油管11的流量控制。
一種集成化智能型油田汙水罐收油控制方法，包括：
步驟1，打開除油罐10的進液管12上的閥門，使含油汙水進入除油罐10；
步驟2，通過除油罐液位傳感器和油水界面傳感器監測除油罐10內的油麵(即除油罐10內的液面)和油水界面的高度，當油麵高度上升到高於收油槽20上沿的高度時，浮油開始進入收油槽20，系統進入收油模式，此時打開收油閥13進行排油，排出的浮油儲存至汙油罐18內；
步驟3，當收油槽20被上升的油麵淹沒時，收油槽20和位於除油罐10內的部分收油管11均沒入液位下，這時頂層浮油回收就較困難。此時，在控制器19的自動控制下，打開用於控制出水量的電控調節閥15，通過加大出水量使除油罐10內的油麵下降至高於收油槽20上沿又不淹沒收油槽20的狀態。油麵與收油槽20之間的高度差可根據生產狀態現場確定。
步驟4，當除油罐10內的油麵降至低於收油槽20上沿的高度時，縮小電控調節閥15的開度，使出水量減少，油麵升高。
步驟5，重複步驟3、4，實現除油罐10內油麵的動態調節；
在上述步驟進行過程中，通過油水界面傳感器持續監測除油罐10內的油水界面的高度，當油水界面的高度大於收油槽20上沿的高度時，通過加大電控調節閥15的開度來增大出水量，使得油水界面保持在低於收油槽20上沿的狀態。
進一步地，通過振動傳感器14監控收油管11的振動狀態，對振動數據解析後，依據收油管11內液體流動狀態驗證收油狀態，實現最佳收油狀態擬合。
進一步地，通過汙油罐油位傳感器監測汙油罐18內的油位，當該油位高於上限時，控制器19自動打開汙油泵17，進而將汙油罐18排空，從而避免了排空汙油罐18過程中的人工幹預。
本發明應用模糊控制理論和人工智慧相結合，通過對油田汙水處理站除油罐10的特定液位值的穩定控制實現系統理想狀態下收油。本發明中的流量調節過程滿足了流量線型調節要求，自動化程度高，且通過人工智慧模擬方法控制調節裝置，實現除油罐10在最優狀態下去除罐內浮油。