专利名称：原油脱水电源控制参数优化控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种原油脱水电源控制参数的优化控制系统，具体地说是一种依
靠电场力的作用对油包水型乳化液进行破乳脱水装置的具有自学习功能的变步长自寻优 控制系统。
背景技术：
电破乳脱水其原理是在含水原油内部建立高压电场，水滴间因受到电场力的作用 而发生碰撞，多个小水滴聚结成大水滴，在重力的作用下从油中分离出来。根据供电方式 不同可以将电脱水分为直流电场脱水、交流电场脱水、交直流电场脱水、脉冲电场脱水等。 脱水电源大多采用单相或三相工业交流电，用单相或三相变压器送电，应用电压为12 35kV。 一般情况下采用交流电脱水，主要原因是交流供电系统无需整流装置，供电设备和电 极结构成本较低。如果要求水的脱除程度比较高，可采用直流电脱水或交直流双电场脱水。 目前，针对各大油田原油含水率超过50%这一情况，正在研究和推广高频脉冲电 脱水方法。国内外电脱水技术发展概况如下 (1)国内电脱水技术概况 国内电脱水技术的发展大致可以分为三个阶段。20世纪60年代以前处于摸索阶 段，由于一些油田刚刚开发建设，油田原油脱水效果的不稳定，给生产带来很大的影响。60 年代，大庆油田对电脱水进行了专门的试验研究，取得了一些成果。之后，由于设计、科研和 生产单位的共同努力，对电脱水机理有了深入的认识，重视了电场的作用。开始采用静电场 对原油进行脱水。操作水平有了明显提高。处理能力成倍提高，电耗也降低了 30% 80%， 在电脱水处理后原油含水率在5%以下，达到了商品油的要求。80年代以后，石油化工技术 的迅速发展，为了达到化工生产的要求，提高脱水率，引进了部分国外电脱水技术和设备， 使我国电脱水技术的发展进入了一个新的阶段。近年来，国内研制出高频脉冲原油电脱水 装置，在高含水原油的脱水处理上取得了有效的成果。目前油田原油电脱水方面的供电电 源虽然方式很多，但是均为正弦交流或者近似正弦交流，属于缓慢变化的电场，对乳化膜的 冲击力不强。 (2)国外电脱水技术概况 自从1909年原油电脱水工艺技术问世以来，几十年间，众多人员进行过一系列的 试验研究，取得了大量技术成果，使电脱水的设备性能得到不断地改进和提高。早期静电场 技术在原油脱水分离中大都限于炼油厂中，只加工较干净的原料，即只加工那些已经在油 田中经过某种程度处理的原油。到二十世纪五十年代，此项技术开始转移到油田原油脱水 生产操作中。Petreco公司和Natco集团代表着目前世界上电脱水器和电脱盐器研制开发 的最高水平。Petreco公司于20世纪60年代授权当时的Natco公司协助其在油田现场进 行电脱水器的生产推广工作，从而使后者获得了良好的发展机遇。Petreco公司目前的主要 产品有Bilectric系列电脱水/电脱盐Silectric系列电脱水/电脱盐Metercell系列静 电沉降器等3类，尤其是在重油脱水方面积累了较为丰富的经验。Natco公司经过数十年来的不断研制开发，在电场设计、电源开发等方面形成了一系列具有自主知识产权的高新 技术，在更名为Natco集团后通过兼并Axsia集团而成为世界上生产原油处理设备的霸主。 除了双极处理器(DualPolarity)近10年来采用计算流体动力学(CFD)软件对原油乳化液 在容器底部的流动分布问题进行改进之外，先后于1988、2002年开始首次商业化服务的动 态电脱盐器(EDD)、双频处理器(Dual FrequencyTM)则集中体现了当代静电聚结脱水(脱 盐)技术的发展水平。
发明内容本实用新型克服现有技术的缺点，提供一种原油脱水电源参数优化控制系统，针
对原油乳化液的不同性质，采用一种带有自学习功能的变步长自寻优控制方法，可用于电
源控制参数的调节和自寻优，有利于含水原油内部高压电场力作用的有效发挥，使原油中
水滴的沉降速率大大加快，提高油水分离效果。 本实用新型的技术方案是这样实现的 —种原油脱水电源控制参数优化控制系统，由整流电路1、滤波调压电路2、逆变 电路3、变压器4依次串接在一起构成电源的主电路，其特殊之处在于主电路上还设有一个 变步长自寻优智能控制器6，通过传感器采样电路采样出原油脱水器内的原油含水率的变 化情况，将这个变化的值转变成电压信号，送往控制器6，通过对一个周期内前后两个采样 值的比较，控制器6分别控制的直流斩波调压电路2的控制部分的P丽控制电路7和逆变 电路3的控制部分的P丽控制电路(8)输出P丽驱动信号占空比的大小，控制IGBT开关器 件的导通，从而改变输出电压的最大值V^最小值V。脉宽比D、基频频率Fl和逆变频率F2 的大小；其中，最后输出的电压波形为双频率和双电压，即由两个极限电压值和两个频率值 和一个优选基波波形决定的输出信号为获得最大脱水率的波形。控制器6通过波形控制参 数的优化可改变输出波形的形状和脱水率，起到系统整体协调和自寻优控制的作用。 本实用新型与现有技术相比，具有以下优点 本实用新型提出了一种原油脱水电源的控制参数优化控制系统，该电源参数优化 智能控制系统，针对原油乳化液的不同性质，采用一种带有自学习功能的变步长自寻优控 制方法，可用于电源控制参数的调节和自寻忧，有利于含水原油内部高压电场力作用的有 效发挥，能够增加对乳化膜的冲击力，使原油中水滴的沉降速率大大加快，提高油水分离效果。
图1为本实用新型原油脱水电源参数优化智能控制系统原理框图具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步描述 —种原油脱水电源控制参数优化控制系统，由整流电路1、滤波调压电路2、逆变 电路3、变压器4依次串接在一起构成电源的主电路，其中主电路上还设有一个变步长自 寻优智能控制器6，通过传感器采样电路采样出原油脱水器内的原油含水率的变化情况，将 这个变化的值转变成电压信号，送往控制器6，通过对一个周期内前后两个采样值的比较，控制器6分别控制的直流斩波调压电路2的控制部分的P丽控制电路7和逆变电路3的控
制部分的P丽控制电路8输出P丽驱动信号占空比的大小，控制IGBT开关器件的导通，从
而改变输出电压的最大值VH、最小值V。脉宽比D、基频频率F1和逆变频率F2的大小；其中，
最后输出的电压波形为双频率和双电压，即由两个极限电压值和两个频率值和一个优选基
波波形决定的输出信号为获得最大脱水率的波形。控制器6通过波形控制参数的优化可改
变输出波形的形状和脱水率，起到系统整体协调和自寻优控制的作用。 图1是原油脱水电源参数优化控制系统原理框图，控制器6通过采样电路传感器
采样原油脱水器内原油含水率的变化情况，将这个变化值转变成电压信号，通过对一个周
期内前后两个采样值的比较，改变控制器控制的P丽驱动信号占空比的大小，控制IGBT功
率开关器件的导通角大小，从而改变输出电压的最大、最小值、基频频率Fl和逆变频率F2
的大小。 电源输出参数最优值的寻优方法，即电源控制参数优化系统的控制方法，能够在 保证原油脱水系统正常工作及环境变化的情况下，通过含水率的在线反馈值的比较，使用 变步长的控制计算方法，使得两个极限电压值、两个频率值、和脉宽比值逐步逼近使原油含 水率最小的电源控制参数输出最优值，达到最大限度地降低原油含水率的目的。采用PLC 为核心控制单元，对于电压和频率等参数的控制精度高，稳定性好。在一般高频电源设计 中，考虑到既满足实际生产要求又要考虑到降低成本，因此选择合适的控制方法并能够与 PLC有效结合成为控制的关键。
权利要求一种原油脱水电源控制参数优化控制系统，由整流电路(1)、滤波调压电路(2)、逆变电路(3)、变压器(4)依次串接在一起构成电源的主电路，其特征在于所述的主电路上还设有一个变步长自寻优智能控制器(6)，通过传感器采样电路采样出原油脱水器内的原油含水率的变化情况，将这个变化的值转变成电压信号，送往控制器(6)，通过对一个周期内前后两个采样值的比较，控制器(6)分别控制的直流斩波调压电路(2)的控制部分的PWM控制电路(7)和逆变电路(3)的控制部分的PWM控制电路(8)输出PWM驱动信号占空比的大小，控制IGBT开关器件的导通，从而改变输出电压的最大值VH、最小值VL、脉宽比D、基频频率F1和逆变频率F2的大小；其中，最后输出的电压波形为双频率和双电压，即由两个极限电压值和两个频率值和一个优选基波波形决定的输出信号为获得最大脱水率的波形；控制器(6)通过波形控制参数的优化可改变输出波形的形状和脱水率，起到系统整体协调和自寻优控制的作用。
专利摘要一种原油脱水电源控制参数优化控制系统，主要是针对目前国内外原油含水率高、脱水效果亟待提高的现状，本实用新型从提高原油脱水效率出发，设计了一种原油脱水电源的控制参数优化控制系统，该电源参数优化智能控制系统，针对原油乳化液的不同性质，采用一种带有自学习功能的变步长自寻优控制方法，可用于电源控制参数的调节和自寻优，有利于含水原油内部高压电场力作用的有效发挥，使原油中水滴的沉降速率大大加快，提高油水分离效果。
文档编号C10G33/02GK201479020SQ20092022231
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月1日 优先权日2009年9月1日
发明者俞建荣, 初庆东, 林顺英, 陈家庆, 陈晓雪 申请人:北京石油化工学院