專利名稱：原油脫水電源控制參數優化控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種原油脫水電源控制參數的優化控制系統，具體地說是一種依
靠電場力的作用對油包水型乳化液進行破乳脫水裝置的具有自學習功能的變步長自尋優 控制系統。
背景技術：
電破乳脫水其原理是在含水原油內部建立高壓電場，水滴間因受到電場力的作用 而發生碰撞，多個小水滴聚結成大水滴，在重力的作用下從油中分離出來。根據供電方式 不同可以將電脫水分為直流電場脫水、交流電場脫水、交直流電場脫水、脈沖電場脫水等。 脫水電源大多采用單相或三相工業交流電，用單相或三相變壓器送電，應用電壓為12 35kV。 一般情況下采用交流電脫水，主要原因是交流供電系統無需整流裝置，供電設備和電 極結構成本較低。如果要求水的脫除程度比較高，可采用直流電脫水或交直流雙電場脫水。 目前，針對各大油田原油含水率超過50%這一情況，正在研究和推廣高頻脈沖電 脫水方法。國內外電脫水技術發展概況如下 (1)國內電脫水技術概況 國內電脫水技術的發展大致可以分為三個階段。20世紀60年代以前處于摸索階 段，由于一些油田剛剛開發建設，油田原油脫水效果的不穩定，給生產帶來很大的影響。60 年代，大慶油田對電脫水進行了專門的試驗研究，取得了一些成果。之后，由于設計、科研和 生產單位的共同努力，對電脫水機理有了深入的認識，重視了電場的作用。開始采用靜電場 對原油進行脫水。操作水平有了明顯提高。處理能力成倍提高，電耗也降低了 30% 80%， 在電脫水處理后原油含水率在5%以下，達到了商品油的要求。80年代以后，石油化工技術 的迅速發展，為了達到化工生產的要求，提高脫水率，引進了部分國外電脫水技術和設備， 使我國電脫水技術的發展進入了一個新的階段。近年來，國內研制出高頻脈沖原油電脫水 裝置，在高含水原油的脫水處理上取得了有效的成果。目前油田原油電脫水方面的供電電 源雖然方式很多，但是均為正弦交流或者近似正弦交流，屬于緩慢變化的電場，對乳化膜的 沖擊力不強。 (2)國外電脫水技術概況 自從1909年原油電脫水工藝技術問世以來，幾十年間，眾多人員進行過一系列的 試驗研究，取得了大量技術成果，使電脫水的設備性能得到不斷地改進和提高。早期靜電場 技術在原油脫水分離中大都限于煉油廠中，只加工較干凈的原料，即只加工那些已經在油 田中經過某種程度處理的原油。到二十世紀五十年代，此項技術開始轉移到油田原油脫水 生產操作中。Petreco公司和Natco集團代表著目前世界上電脫水器和電脫鹽器研制開發 的最高水平。Petreco公司于20世紀60年代授權當時的Natco公司協助其在油田現場進 行電脫水器的生產推廣工作，從而使后者獲得了良好的發展機遇。Petreco公司目前的主要 產品有Bilectric系列電脫水/電脫鹽Silectric系列電脫水/電脫鹽Metercell系列靜 電沉降器等3類，尤其是在重油脫水方面積累了較為豐富的經驗。Natco公司經過數十年來的不斷研制開發，在電場設計、電源開發等方面形成了一系列具有自主知識產權的高新 技術，在更名為Natco集團后通過兼并Axsia集團而成為世界上生產原油處理設備的霸主。 除了雙極處理器(DualPolarity)近10年來采用計算流體動力學(CFD)軟件對原油乳化液 在容器底部的流動分布問題進行改進之外，先后于1988、2002年開始首次商業化服務的動 態電脫鹽器(EDD)、雙頻處理器(Dual FrequencyTM)則集中體現了當代靜電聚結脫水(脫 鹽)技術的發展水平。
發明內容本實用新型克服現有技術的缺點，提供一種原油脫水電源參數優化控制系統，針
對原油乳化液的不同性質，采用一種帶有自學習功能的變步長自尋優控制方法，可用于電
源控制參數的調節和自尋優，有利于含水原油內部高壓電場力作用的有效發揮，使原油中
水滴的沉降速率大大加快，提高油水分離效果。 本實用新型的技術方案是這樣實現的 —種原油脫水電源控制參數優化控制系統，由整流電路1、濾波調壓電路2、逆變 電路3、變壓器4依次串接在一起構成電源的主電路，其特殊之處在于主電路上還設有一個 變步長自尋優智能控制器6，通過傳感器采樣電路采樣出原油脫水器內的原油含水率的變 化情況，將這個變化的值轉變成電壓信號，送往控制器6，通過對一個周期內前后兩個采樣 值的比較，控制器6分別控制的直流斬波調壓電路2的控制部分的P麗控制電路7和逆變 電路3的控制部分的P麗控制電路(8)輸出P麗驅動信號占空比的大小，控制IGBT開關器 件的導通，從而改變輸出電壓的最大值V^最小值V。脈寬比D、基頻頻率Fl和逆變頻率F2 的大小；其中，最后輸出的電壓波形為雙頻率和雙電壓，即由兩個極限電壓值和兩個頻率值 和一個優選基波波形決定的輸出信號為獲得最大脫水率的波形。控制器6通過波形控制參 數的優化可改變輸出波形的形狀和脫水率，起到系統整體協調和自尋優控制的作用。 本實用新型與現有技術相比，具有以下優點 本實用新型提出了一種原油脫水電源的控制參數優化控制系統，該電源參數優化 智能控制系統，針對原油乳化液的不同性質，采用一種帶有自學習功能的變步長自尋優控 制方法，可用于電源控制參數的調節和自尋憂，有利于含水原油內部高壓電場力作用的有 效發揮，能夠增加對乳化膜的沖擊力，使原油中水滴的沉降速率大大加快，提高油水分離效果。
圖1為本實用新型原油脫水電源參數優化智能控制系統原理框圖具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步描述 —種原油脫水電源控制參數優化控制系統，由整流電路1、濾波調壓電路2、逆變 電路3、變壓器4依次串接在一起構成電源的主電路，其中主電路上還設有一個變步長自 尋優智能控制器6，通過傳感器采樣電路采樣出原油脫水器內的原油含水率的變化情況，將 這個變化的值轉變成電壓信號，送往控制器6，通過對一個周期內前后兩個采樣值的比較，控制器6分別控制的直流斬波調壓電路2的控制部分的P麗控制電路7和逆變電路3的控
制部分的P麗控制電路8輸出P麗驅動信號占空比的大小，控制IGBT開關器件的導通，從
而改變輸出電壓的最大值VH、最小值V。脈寬比D、基頻頻率F1和逆變頻率F2的大小；其中，
最后輸出的電壓波形為雙頻率和雙電壓，即由兩個極限電壓值和兩個頻率值和一個優選基
波波形決定的輸出信號為獲得最大脫水率的波形。控制器6通過波形控制參數的優化可改
變輸出波形的形狀和脫水率，起到系統整體協調和自尋優控制的作用。 圖1是原油脫水電源參數優化控制系統原理框圖，控制器6通過采樣電路傳感器
采樣原油脫水器內原油含水率的變化情況，將這個變化值轉變成電壓信號，通過對一個周
期內前后兩個采樣值的比較，改變控制器控制的P麗驅動信號占空比的大小，控制IGBT功
率開關器件的導通角大小，從而改變輸出電壓的最大、最小值、基頻頻率Fl和逆變頻率F2
的大小。 電源輸出參數最優值的尋優方法，即電源控制參數優化系統的控制方法，能夠在 保證原油脫水系統正常工作及環境變化的情況下，通過含水率的在線反饋值的比較，使用 變步長的控制計算方法，使得兩個極限電壓值、兩個頻率值、和脈寬比值逐步逼近使原油含 水率最小的電源控制參數輸出最優值，達到最大限度地降低原油含水率的目的。采用PLC 為核心控制單元，對于電壓和頻率等參數的控制精度高，穩定性好。在一般高頻電源設計 中，考慮到既滿足實際生產要求又要考慮到降低成本，因此選擇合適的控制方法并能夠與 PLC有效結合成為控制的關鍵。
權利要求一種原油脫水電源控制參數優化控制系統，由整流電路(1)、濾波調壓電路(2)、逆變電路(3)、變壓器(4)依次串接在一起構成電源的主電路，其特征在于所述的主電路上還設有一個變步長自尋優智能控制器(6)，通過傳感器采樣電路采樣出原油脫水器內的原油含水率的變化情況，將這個變化的值轉變成電壓信號，送往控制器(6)，通過對一個周期內前后兩個采樣值的比較，控制器(6)分別控制的直流斬波調壓電路(2)的控制部分的PWM控制電路(7)和逆變電路(3)的控制部分的PWM控制電路(8)輸出PWM驅動信號占空比的大小，控制IGBT開關器件的導通，從而改變輸出電壓的最大值VH、最小值VL、脈寬比D、基頻頻率F1和逆變頻率F2的大小；其中，最后輸出的電壓波形為雙頻率和雙電壓，即由兩個極限電壓值和兩個頻率值和一個優選基波波形決定的輸出信號為獲得最大脫水率的波形；控制器(6)通過波形控制參數的優化可改變輸出波形的形狀和脫水率，起到系統整體協調和自尋優控制的作用。
專利摘要一種原油脫水電源控制參數優化控制系統，主要是針對目前國內外原油含水率高、脫水效果亟待提高的現狀，本實用新型從提高原油脫水效率出發，設計了一種原油脫水電源的控制參數優化控制系統，該電源參數優化智能控制系統，針對原油乳化液的不同性質，采用一種帶有自學習功能的變步長自尋優控制方法，可用于電源控制參數的調節和自尋優，有利于含水原油內部高壓電場力作用的有效發揮，使原油中水滴的沉降速率大大加快，提高油水分離效果。
文檔編號C10G33/02GK201479020SQ20092022231
公開日2010年5月19日 申請日期2009年9月1日 優先權日2009年9月1日
發明者俞建榮, 初慶東, 林順英, 陳家慶, 陳曉雪 申請人:北京石油化工學院