熊建云 四川信息职业技术学院

由于油田污水含有大量的污油、悬浮物、腐蚀离子和细菌等，其直接排放不但造成污染还会加大水资源浪费，重新利用又会导致设备损坏甚至带来安全隐患，因此对油田污水进行处理是油田生产急需解决的问题。

目前油田生产过程中一般采取化学、物理、生物等技术方法消除或降低污水中的污染物，使其达到有效利用的标准。通过自动控制技术对对油田污水处理加药、过滤、分离、沉降等过程进行自动化操作，不但可以快速、高效处理大量污水，还可以对污水处理过程进行精准控制。

1 自动控制流程及系统要求

1.1 污水处理工艺流程

要设计油田污水处理自动控制系统就需要了解污水处理的各个工艺流程，然后针对工艺设备和流程环节进行系统设计，以达到自动控制技术的目的[1]。污水处理流程是指油田开出污水开始，到输出可循环利用水为止的过程，对油田污水处理工艺进行简化，保留关键处理设备和过程。

油田污水输入沉降罐后根据物理原理进行重力沉降和初步油水分离，沉降后的污水进行二次沉降罐处理；然后加入絮凝剂、破乳剂等进行化学处理，处理污水中的悬浮物和离子；再对污水进行过滤，达到回注利用水质要求。

从自动控制系统处理工艺流程看出，油田污水处理自动控制就是对沉降、分离、搅拌、加药、排除、时间调节、过滤等过程进行一系列的控制。

1.2 对自动控制系统的要求

污水处理与自动控制技术是相辅相成的，因此油田污水处理对自动控制技术和系统具有一定的控制要求[2]，主要包括以下4个方面如下：

（1）油田污水稳流控制系统。一是控制调节阀，确保油田污水流量稳定；二是监测提升水处理泵出口流量信号，达到实时控制流量的目的。

（2）油田污水过滤、反冲洗控制系统。根据污水处理量等各种因素控制反冲洗装置的启停。

（3）油田污水自动加药系统。根据污水处理数据指标的检测结果自动控制加药的种类和数理。

（4）排污池检测报警系统。设有液位检测和报警装置，自动控制排污池液位并发出报警信号。

2 自动控制系统设计

根据油田污水处理量大、污水处理分布广等特点，设计一套基于分布式处理技术的自动控制系统。分布式自动控制技术采用集中管理、分散控制的体系，对污水处理过程进行监测、管理和分散控制，它将计算机、通信、控制、监视屏幕结合起来，将污水处理系统分散成各个子系统进行分布式控制。

2.1 设计原则

由于油田污水处理量大、工艺复杂，因此污水处理系统设计需要遵循以下原则：①可靠性高，只有可靠性高才能确保控制精确，不出现事故；②实用性强，只有实用性强才能在油田企业污水处理中进行推广应用；③操作性好，良好的操作性是进行控制的基本保障；④通用性好，污水处理工程庞大，通用性好可以确保零件更换、设备维修方便，且容易大范围推广使用；⑤性价比高，高性价比是油田提高经济效益的直接影响因素。

2.2 系统结构

油田污水处理自动控制系统由工业控制计算机、工作站、现场处理过程监测部分等构成。工作站是提供控制中心一个可视化操作平台，显示工艺流程状态、参数数值、报警和自动报表业务等。现场过程测控系统完成污水处理现场数据的采集和处理。整个系统设计成分步式自动控制系统，包含多个二级处理系统。结构设计见图1。

图1 分步式自动控制技术系统结构

由污水处理工艺流程可以看出，处理过程各种生产参数变化缓慢且波动小，处理工艺的影响因素是稳定性和控制效果。因此采用大型单片机作为现场过程控制系统的处理器，结合信号采集、信号控制、输出和隔离等硬件设施完成污水处理过程监测监控，确保现场控制参数的监测和传输准确可靠。主要控制信号和参数包括模拟量信号、开关信号、检测信号、流量、液位、pH值、频率、水泵状态、电动阀状态灯。

2.3 功能设计

（1）污水处理数据采集与处理功能。数据采集和处理主要是在现场控制系统的基础上，利用现场仪表连接控制单元，将各种模拟数字信号通过绞线进行传送，然后通过处理系统进行分析处理，将处理信号传送到工程师站和操作站，操作人员即可在远程控制中心对其进行分析、采集、处理[3]。数据采集和处理功能主要通过现场数据储存数据库、信号转换装置、信号传输绞线、终端接收装置等来完成。

（2）控制中心操作员职能设计。操作员主要在远程控制中心（操作站）对污水处理过程进行自动化控制，有专门的监控软件对其控制，运行在核心操作系统中，包括会话、视频、图像、日志管理、显示、控制调解、数据库管理、系统库管理等，它是自动控制系统的人工信号输入端，也是整个污水处理自动控制系统的关键技术。

（3）控制软件功能设计。选用HOLLIASMACS软件为软件系统平台进行研发设计，该软件系统从操作站、控制站，到I/O模块、通讯网络等各个方面做到了危险分散、控制分散、监控集中，将整个污水处理控制系统分为若干个功能完整和相对独立的子系统。以HOLLIASMACS软件为平台开发的油田污水处理自动控制系统软件包括实时信息系统软件、质量分析系统软件、设备管理及维护系统软件、操作业务指导控制软件、数据参数储存盒处理软件等。软件设计由登录管理模块、监控预测模块、监控界面模块、污水处理趋势模块、报警模块、报表模块、数据库模块和系统帮助模块等组成。

3 关键控制技术

根据上述油田污水处理系统硬件结构设计和软件系统设计，即组成污水处理自动控制系统[4]。在污水处理自动控制系统实际应用和操作中，还应考虑两个方面的关键控制技术，才能确保自动控制系统良好、稳定地运行。

3.1 提升泵站控制技术

泵站是污水处理系统的关键，泵站工艺要求包括：①污水提升泵启动速度快，确保污水全部、快速输入污水处理系统；②泵房集水井储存水和水位液面在一定的可控范围内；③具有多台提升泵，每台泵负荷平均分配，在空闲时或者污水少时可以关闭其中1台或2台。

提升泵站控制技术要求泵站控制方法结构简单，模型简单，控制精度高，响应速度快，适应于油田污水处理负荷大、容量滞后大、控制质量要求高的场合，它是油田污水处理自动控制技术的一项关键技术。

3.2 加药控制技术

加药是污水处理中的一项重要工艺，加药的准确性不但影响污水处理效果，还影响油田企业效益和成本。分步式自动控制系统采用浮选加药，根据处理系统和设备需要，采用了药剂流量、出口浊度双闭环控制技术，对加入处理剂、絮凝剂等药物剂量和种类选择进行针对性控制，从而提高自动控制系统的控制质量。

4 结语

（1）在分析油田污水处理工艺流程、自动控制工艺流程的基础上，对污水处理自动控制系统结构、现场监测监控系统结构进行了详细设计。

（2）从污水处理数据采集与处理功能、控制中心操作员职能设计、控制软件功能设计三个方面对污水处理自动控制技术功能进行设计。

（3）提出污水处理提升泵站控制技术、加药自动选用及确定两个自动控制关键技术，并对其进行分析，说明其对自动控制系统的重要性。

[1]张群英．S7—300PLC在油田自动控制系统中的应用[J]．油气田地面工程，2013，32（2）：72-73.

[2]张程，翁惠辉．克拉玛依油田百重七联合站污水处理自动控制方法研究[J]．环境工程学报，2012，1（7）：141-145.

[3]王宇航．油田污水处理技术与应用效果[J]．油气田地面工程，2013，32（7）：65.

[4]彭小平，周欢喜．基于以太网的污水处理自动控制系统[J]．自动化应用，2011（1）：17-19.