樂東15-1氣田天然氣壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制改造

田汝峰 劉 超 鄧增利

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司)

樂東15-1氣田天然氣壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制改造

田汝峰*劉 超 鄧增利

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司)

樂東15-1氣田的天然氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)是一套獨(dú)立的AB PLC控制系統(tǒng)，中控室操作站只能監(jiān)視天然氣壓縮機(jī)的部分參數(shù)，而不能對(duì)天然氣壓縮機(jī)進(jìn)行控制。通過對(duì)中控DeltaV DCS系統(tǒng)進(jìn)行通信改造，實(shí)現(xiàn)中控DeltaV系統(tǒng)與天然氣壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)的MODBUS雙向通信，并且在中控操作站增加天然氣壓縮機(jī)操控人機(jī)界面，最終通過MODBUS通信實(shí)現(xiàn)中控DCS系統(tǒng)對(duì)天然氣壓縮機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

天然氣壓縮機(jī) 遠(yuǎn)程控制 人機(jī)界面 DCS

1 樂東15-1氣田簡(jiǎn)介

樂東 15-1氣田離海南省樂東縣鶯歌海 103 km，距三亞市南山110 km，東距樂東22-1氣田20.4 km，水深約105.8m，采用8腿導(dǎo)管架綜合平臺(tái)。井口出來的天然氣經(jīng)氣液分離器分離、天然氣壓縮機(jī)壓縮和三甘醇脫水然后外輸。

該氣田設(shè)計(jì)日處理天然氣能力為 192.6×104Nm3/d，配備兩臺(tái)天然氣壓縮機(jī)，其工藝流程如圖1所示。

2 海上平臺(tái)存在的問題

中海石油海上平臺(tái)擁有一整套完善的生活設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)施以及自動(dòng)控制監(jiān)控系統(tǒng)。海上平臺(tái)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是先進(jìn)的，擁有完善的過程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷控制系統(tǒng)和火災(zāi)控制系統(tǒng)，可以完全滿足在平臺(tái)上進(jìn)行日常生產(chǎn)和生活的需要。樂東15-1氣田的設(shè)計(jì)也同樣是完善的，但是氣田也有它特殊的一面：為了滿足下游用戶的正常生產(chǎn)需要，氣田在臺(tái)風(fēng)期間人員撤離后還要進(jìn)行遙控生產(chǎn)。

圖1 樂東15-1氣田工藝流程

平臺(tái)的初始設(shè)計(jì)生產(chǎn)人員只能在中控室遠(yuǎn)程監(jiān)視天然氣壓縮機(jī)的主要參數(shù)，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)的中控室遠(yuǎn)程控制。生產(chǎn)人員對(duì)壓縮機(jī)的基本運(yùn)行控制主要是對(duì)防喘振閥和NGP（壓氣機(jī)）轉(zhuǎn)速的控制，而且對(duì)于這些控制只能在壓縮機(jī)自身的就地控制盤上進(jìn)行操作才能完成，中控室操作監(jiān)控人員不得不在中控系統(tǒng)操作站和壓縮機(jī)就地控制盤之間來回往返，給生產(chǎn)操作人員帶來極大的不便，非常不利于生產(chǎn)人員的日常操作。不能在一臺(tái)生產(chǎn)監(jiān)控電腦上完成整個(gè)平臺(tái)的生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控，如果遇到生產(chǎn)工藝參數(shù)波動(dòng)時(shí)監(jiān)控人員會(huì)手忙腳亂、應(yīng)接不暇。特別是在臺(tái)風(fēng)撤離期間，平臺(tái)要繼續(xù)保持生產(chǎn)，生產(chǎn)人員就要到樂東終端對(duì)樂東15-1氣田進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控生產(chǎn)。但樂東終端無法控制平臺(tái)壓縮機(jī)的NGP（壓氣機(jī)）轉(zhuǎn)速，因而也就無法調(diào)節(jié)天然氣的外輸量來保證工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定，這樣就有可能導(dǎo)致平臺(tái)生產(chǎn)關(guān)停，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

造成終端無法控制天然氣壓縮機(jī)NGP（壓氣機(jī)）轉(zhuǎn)速的原因是：樂東終端只有一臺(tái)操作站來遠(yuǎn)程監(jiān)控樂東 15-1氣田，這個(gè)操作站通過終端EMERSON的PCS（過程控制系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)操作站遠(yuǎn)程登錄到樂東15-1氣田的PCS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)控和操作，而樂東15-1氣田的PCS操作站畫面上沒有對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行控制的畫面鏈接和數(shù)據(jù)鏈接，從而無法遠(yuǎn)程控制壓縮機(jī)，而且天然氣壓縮機(jī)的觸摸屏電腦沒有和PCS操作站電腦進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，因此不能在樂東終端遠(yuǎn)程登錄透平壓縮機(jī)的觸摸屏電腦。為了保證氣田在臺(tái)風(fēng)期間也能正常生產(chǎn)，這是必須解決的一個(gè)重要問題。

3 解決方法

樂東氣田群的控制系統(tǒng)有三個(gè)部分：樂東15-1氣田、樂東22-1氣田的中控系統(tǒng)與樂東終端的中控系統(tǒng)。通過衛(wèi)星通信進(jìn)行連接的樂東氣田三個(gè)裝置的中控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的大致結(jié)構(gòu)如下：樂東15-1氣田的中控系統(tǒng)服務(wù)器電腦與樂東22-1氣田的中控系統(tǒng)服務(wù)器電腦通過海底光纖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，再通過衛(wèi)星通訊與樂東終端的中控系統(tǒng)進(jìn)行連接。

針對(duì)存在的問題，氣田提出的解決方案為：將壓縮機(jī)的操作站電腦加入到EMERSON的中控系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)中來，然后在中控PCS的操作站畫面加入控制壓縮機(jī)所必須的顯示和控制鏈接點(diǎn)，主要控制點(diǎn)為透平壓縮機(jī)的防喘振閥和透平壓縮機(jī)的NGP（壓氣機(jī)）轉(zhuǎn)速控制。這樣，就可以在臺(tái)風(fēng)期間人員撤離平臺(tái)時(shí)在樂東終端中控PCS操作站遠(yuǎn)程登錄到平臺(tái)的PCS操作站對(duì)透平壓縮機(jī)進(jìn)行日常操作，同時(shí)可以通過切換畫面進(jìn)行整個(gè)氣田生產(chǎn)工藝流程的操作。如果壓縮機(jī)關(guān)停，也可以在樂東終端的PCS操作站先遠(yuǎn)程登錄到平臺(tái)的透平壓縮機(jī)觸摸屏電腦，將壓縮機(jī)啟動(dòng)起來，然后再切換成遠(yuǎn)程登錄到平臺(tái)的PCS操作站進(jìn)行整個(gè)平臺(tái)的日常操作。這樣，臺(tái)風(fēng)撤離期間平臺(tái)上的所有操作都可以在樂東終端進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)在避臺(tái)期間連續(xù)生產(chǎn)。

2010年4月壓縮機(jī)工程師上平臺(tái)調(diào)試壓縮機(jī)，樂東15-1氣田決定對(duì)壓縮機(jī)的控制模式進(jìn)行改造。由儀表部門人員配合SOLAR透平壓縮機(jī)工程師進(jìn)行兩臺(tái)壓縮機(jī)的跟蹤調(diào)試以及溝通改造。

4 改造過程

4.1 壓縮機(jī)的觸摸屏電腦加入中控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

圖2為樂東15-1氣田中控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)圖。服務(wù)器電腦ES1501和應(yīng)用站電腦AS1501通過兩個(gè)網(wǎng)卡分別連接兩個(gè)交換機(jī)SW1和SW2組成冗余的中控系統(tǒng)PCS操作站網(wǎng)絡(luò)，ES1501和AS1501的第三個(gè)網(wǎng)卡分別連接光電集線器FOS5和FOS7，這樣就使其連接到了樂東22-1氣田PCS冗余操作站控制網(wǎng)絡(luò)與樂東終端的PCS冗余操作站控制網(wǎng)絡(luò)。

圖2 樂東15-1氣田中控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)圖

改造方案為：將ES1501服務(wù)器第三個(gè)網(wǎng)卡通過一個(gè)新增的交換機(jī)與兩臺(tái)壓縮機(jī)操作站聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，再通過交叉網(wǎng)線將新增的交換機(jī)與光電集線器FOS5連接起來。這樣，兩臺(tái)壓縮機(jī)的操作站就連接進(jìn)了EMERSON的PCS操作站控制網(wǎng)絡(luò)，使得在樂東終端利用EMERSON的PCS操作站登錄到平臺(tái)壓縮機(jī)操作站成為可能。改造方案如圖3所示。

圖3 改造方案

4.2 增加發(fā)送和接收數(shù)據(jù)鏈接

分別在EMERSON的DeltaV中控系統(tǒng)和透平壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)之間增加發(fā)送和接收數(shù)據(jù)鏈接。

圖4(a)為改造之前中控PCS的DCS（集散控制系統(tǒng)）與壓縮機(jī)A的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行通信的通信卡——C23卡的端口P02的四個(gè)DCS（集散控制系統(tǒng)）接收數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包都是壓縮機(jī)發(fā)送給中控DCS（集散控制系統(tǒng)）的模擬量和數(shù)字量，用于在PCS操作站顯示模擬量和數(shù)字量的狀態(tài)以及報(bào)警信息。 PCS的DCS（集散控制系統(tǒng)）不會(huì)發(fā)送模擬量和數(shù)字量的控制數(shù)據(jù)給壓縮機(jī)，只是接受透平壓縮機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包，所以在PCS操作站只能顯示透平壓縮機(jī)的運(yùn)行工藝參數(shù)而不能控制壓縮機(jī)的運(yùn)行。現(xiàn)在如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)的基本控制，必須增加壓縮機(jī)防喘振閥手動(dòng)/自動(dòng)切換數(shù)字量和防喘振閥開度控制的模擬量、壓縮機(jī)NGP（壓氣機(jī)）轉(zhuǎn)速控制的模擬量。

圖4 EMERSON的DeltaV系統(tǒng)增加數(shù)據(jù)包

圖4（b）所示為改造后的結(jié)構(gòu)，增加了兩個(gè)DCS（集散控制系統(tǒng)）發(fā)出給壓縮機(jī)的控制數(shù)據(jù)包DS02（模擬量浮點(diǎn)數(shù)雙字類型）和DS06（數(shù)字量COIL類型）。對(duì)DCS（集散控制系統(tǒng)）控制器進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打包發(fā)送、數(shù)據(jù)拆包顯示和壓縮機(jī)防喘振閥、壓縮機(jī)NGP（壓氣機(jī)）轉(zhuǎn)速的控制。

在PCS的操作站畫面加入了壓縮機(jī)的新增模擬量和開關(guān)量鏈接，使得在PCS畫面可顯示更多的關(guān)鍵數(shù)據(jù)；此外，還加入了控制壓縮機(jī)新增功能的操作界面，可直接控制壓縮機(jī)的一些關(guān)鍵參數(shù)。

以上技術(shù)改造工作可以歸納為以下四個(gè)步驟：

（1）在EMERSON的DeltaV系統(tǒng)增加發(fā)送數(shù)據(jù)包；

（2）壓縮機(jī)新增接收數(shù)據(jù)包和在程序中進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接以及做邏輯的工作；

（3）對(duì)DCS（集散控制系統(tǒng)）控制器進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打包發(fā)送、數(shù)據(jù)拆包顯示以及做邏輯的工作；

（4）在PCS的操作站畫面加入壓縮機(jī)的新增模擬量和開關(guān)量畫面鏈接。

改造后的控制畫面如圖5、圖6所示。

圖5 改造后的PCS操作站顯示和控制壓縮機(jī)的畫面

圖6 壓縮機(jī)NGP（壓氣機(jī)）轉(zhuǎn)速控制面板

經(jīng)過以上四個(gè)步驟改造，中控生產(chǎn)控制人員的生產(chǎn)監(jiān)控電腦網(wǎng)絡(luò) （也就是PCS生產(chǎn)控制系統(tǒng)）就擁有了監(jiān)視和控制天然氣壓縮機(jī)的監(jiān)控畫面和監(jiān)控操作功能，就能完成對(duì)天然氣壓縮機(jī)防喘振閥和壓縮機(jī)NGP（壓氣機(jī)）轉(zhuǎn)速的控制，從而使得中控生產(chǎn)監(jiān)控人員在生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)PCS的操作站既能監(jiān)控平臺(tái)的生產(chǎn)工藝流程，又能監(jiān)視和控制天然氣壓縮機(jī)的狀態(tài)。也就是說，只使用一臺(tái)生產(chǎn)監(jiān)控電腦就可完成這個(gè)平臺(tái)的所有生產(chǎn)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)中控生產(chǎn)監(jiān)控電腦對(duì)壓縮機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5 改造效果

改造完成后，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行了實(shí)際操作和監(jiān)控測(cè)試，結(jié)果與預(yù)期一致。通過本次改造，可以在中控操作站直接操作壓縮機(jī)，特別是在臺(tái)風(fēng)期間人員撤離后，在樂東終端就能遙控生產(chǎn)，避免了因天然氣壓縮機(jī)無法控制而導(dǎo)致的關(guān)停，獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]樂嘉謙.儀表工手冊(cè) [M].第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

[2]陳洪全，岳智.儀表工程施工手冊(cè) [M].第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

浙江豐利和寧波工程學(xué)院組建粉體材料實(shí)驗(yàn)室

最近，在寧波工程學(xué)院與中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所合作共建的材料學(xué)院成立儀式上，國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)浙江豐利粉碎設(shè)備有限公司董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理余紹火向材料學(xué)院捐贈(zèng)了價(jià)值50萬元的超微粉體設(shè)備，用于組建豐利粉體材料實(shí)驗(yàn)室。

該粉體材料實(shí)驗(yàn)室以產(chǎn)、學(xué)、研融合為特色，建立多品種粉體材料中試、擴(kuò)大試驗(yàn)及必要的小實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室通過雙方的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將培養(yǎng)一批既懂技術(shù)又懂市場(chǎng)，具有強(qiáng)烈開拓創(chuàng)新精神的復(fù)合型人才，形成一系列具有前瞻性、原創(chuàng)性的核心技術(shù)，承擔(dān)粉體材料等方面的重大科技項(xiàng)目，提升雙方在粉體材料科研領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

寧波工程學(xué)院是浙江省唯一被教育部確定的全國(guó)示范性高等工程?？浦攸c(diǎn)建設(shè)學(xué)校，學(xué)院是一所以工科為主，管理、經(jīng)濟(jì)、文學(xué)、法學(xué)等多學(xué)科的全日制普通本科院校。中國(guó)工程院薛群基院士為材料學(xué)院首任院長(zhǎng)。浙江豐利粉碎設(shè)備有限公司是我國(guó)超微粉碎設(shè)備的行業(yè)龍頭企業(yè)，所開發(fā)的多項(xiàng)設(shè)備技術(shù)被評(píng)為國(guó)家新產(chǎn)品、國(guó)家重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)專項(xiàng)、國(guó)家火炬項(xiàng)目和浙江名牌產(chǎn)品。

材料科學(xué)是21世紀(jì)三大支柱性高新技術(shù)之首。新材料產(chǎn)業(yè)是工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)。寧波工程學(xué)院把大學(xué)和研究所、知名企業(yè)集聚的教育資源和科研優(yōu)勢(shì)、技術(shù)應(yīng)用結(jié)合起來，共同探索 “科教融合”，培養(yǎng)創(chuàng)新性應(yīng)用人才，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研一體化進(jìn)程，努力使新材料研發(fā)和相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)更好地服務(wù)于材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

據(jù)悉，浙江豐利和寧波工程學(xué)院自2007年開始產(chǎn)學(xué)研合作6年來，不論在學(xué)術(shù)交流還是項(xiàng)目開展上，都取得了顯著的成效。雙方共同承擔(dān)的“皮革廢棄物用作橡塑填充材料技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目列入浙江省重大科技專項(xiàng)，并已通過驗(yàn)收，為皮革廢棄物資源的循環(huán)利用開辟了一條新途徑。

(吳紅富）

The Remote Control System Reconstruction of Ledong 15-1 Gas Field Gas Com pressor

Tian Rufeng Liu Chao Deng Zengli

The gas compressor control system of Ledong 15-1 gas field is an independent AB PLC control system,the operating station of center control room can only monitor partial parameters of the gas compressor and can not control the gas compressor.In order to establish MODBUSbi-directional communication between the DeltaV distributed control system and the gas compressor control system,reconstructs the communication of DeltaV DCSand adds the human machine interface of gas compressor control in the operating station.And finally,realizes the gas compressor remotemonitoring of DCS through MODBUS communication.

Gas compressor;Remote control;Humanmachine interface;Distributed control system

TQ 056

2012-10-19）

*田汝峰，男，1973年生，工程師。湛江市，524057。