彩南綜合型輸油氣站控系統(tǒng)改造與優(yōu)化

尤立華 （新疆油田油氣儲運分公司，新疆 克拉瑪依 834002）

彩南綜合型輸油氣站控系統(tǒng)改造與優(yōu)化

為滿足油氣站場工藝改造的要求，站控系統(tǒng)也面臨擴(kuò)容或改造的問題。本文通過對彩南站輸油氣綜合站控系統(tǒng)的介紹，對改造方案的優(yōu)化設(shè)計，系統(tǒng)性能、配置以及改造時的注意事項逐步進(jìn)行了闡述。系統(tǒng)的成功投用和穩(wěn)定運行也為以后的改造項目提供了寶貴的借鑒意義。

綜合站控系統(tǒng)；改造；優(yōu)化

隨著輸油氣站場工藝管網(wǎng)、設(shè)備設(shè)施的更新、擴(kuò)容，與之相應(yīng)的自動化系統(tǒng)也在不斷擴(kuò)展和新增，因此出現(xiàn)了一個站場擁有幾個不同功能自控系統(tǒng)的局面，但在系統(tǒng)的種類、規(guī)模、結(jié)構(gòu)上大都存在相似之處，需要將站內(nèi)這些自控系統(tǒng)進(jìn)行整合，對結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行優(yōu)化與完善，搭建起一個統(tǒng)一的輸油氣綜合自控系統(tǒng)。本文以新疆油田油氣儲運分公司彩南站為例，對站內(nèi)原油和天然氣自控系統(tǒng)整合與實踐情況進(jìn)行闡述。

1 整合對象

1.1 彩南站原油、天然氣自控系統(tǒng)簡介

油氣儲運公司彩南站位于古爾班通古特沙漠腹地，與新疆油田彩南作業(yè)區(qū)相鄰。管轄著石—彩、彩—火兩條原油管道以及彩石克Φ610、彩—石氣線、滴西10氣線、彩烏氣線四條天然氣管道。是一座集增壓、輸油輸氣、油氣計量交接為一體的多功能綜合站隊。站內(nèi)管轄設(shè)備種類較多，工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其中，3臺KSB外輸泵和2臺喂油泵為主要的輸油設(shè)備，2臺摩托壓縮機(jī)、2臺螺桿式空壓機(jī)以及分離器、換熱器、干燥塔、加熱爐、調(diào)節(jié)閥等主要增壓、輸氣設(shè)備。結(jié)合生產(chǎn)工藝特點，在原油外輸儀控室設(shè)置一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在增壓站儀控室分別設(shè)置一套壓縮機(jī)DCS系統(tǒng)和一套彩烏、彩石克天然氣外輸自控系統(tǒng)。

1.2 整合前現(xiàn)狀

由于原油、天然氣生產(chǎn)工藝是在不同時期組建完成，因此，三套控制系統(tǒng)分別在不同時期調(diào)試完成，執(zhí)行不同的控制任務(wù)，相互獨立，詳細(xì)情況如表1所示。特別值得一提的是壓縮機(jī)DCS系統(tǒng)是1986年投運的橫河μxL DCS系統(tǒng)，該系統(tǒng)已運行25年，雖然依舊能正常運行，但系統(tǒng)部件都已老化，配件已停產(chǎn)，為日常維護(hù)帶來困難。從自動化系統(tǒng)的整體架構(gòu)考慮，需要建立起一套新的站控系統(tǒng)，將原有三套系統(tǒng)的功能任務(wù)整合到新系統(tǒng)中，涵蓋整個站場輸油輸氣工藝，滿足生產(chǎn)運行的各項要求。

表1 彩南站不同時期組建的控制系統(tǒng)

2 站控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

在站內(nèi)儀控室新建一套輸油氣綜合PLC系統(tǒng)，包括主站與從站。主站設(shè)在天然氣輸送儀控室，由CPU機(jī)架及擴(kuò)展I/O機(jī)架構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)壓縮機(jī)與外輸控制。從站設(shè)在原油外輸儀控室，為遠(yuǎn)程I/O機(jī)架，主要負(fù)責(zé)原油的加熱與外輸控制。新系統(tǒng)與調(diào)控中心進(jìn)行通訊，所有數(shù)據(jù)進(jìn)到實時數(shù)據(jù)庫和生產(chǎn)指揮系統(tǒng)中，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的[3]。

2.1 主要改造內(nèi)容

壓縮機(jī)DCS系統(tǒng)是原有三套系統(tǒng)中的重要組成部分，也是此次新建系統(tǒng)中主要改造內(nèi)容。新建PLC系統(tǒng)中關(guān)于壓縮機(jī)部分的監(jiān)測及控制內(nèi)容如表2所示。

表2 壓縮機(jī)監(jiān)測及控制內(nèi)容

2.2 站控系統(tǒng)的性能

新建的站控系統(tǒng)選用羅克韋爾自動化公司AB ControlLogix PLC產(chǎn)品，具有熱備冗余功能?？刂乒δ馨ㄔ腥紫到y(tǒng)的功能，并新增原油外輸工藝電動閥的控制和加熱爐監(jiān)視保護(hù)功能。整套站控系統(tǒng)由上位監(jiān)控和現(xiàn)場自控兩級控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。上位監(jiān)控級由操作站、工程師站構(gòu)成，通過冗余以太環(huán)網(wǎng)與現(xiàn)場自控設(shè)備通訊。現(xiàn)場自控級由ControlLogix系列冗余PLC構(gòu)成。

站控系統(tǒng)設(shè)置操作員站、工程師站，實現(xiàn)對現(xiàn)場所轄設(shè)備集中監(jiān)視、控制和管理。操作員站、工程師站上安裝GE Fanuc的iFIX系統(tǒng)，對現(xiàn)場情況、設(shè)備運行狀況、設(shè)備保護(hù)等參數(shù)的采集、處理、調(diào)節(jié)控制則由現(xiàn)場設(shè)備完成，各PLC、工作站的通訊采用以太網(wǎng)通訊[1]，同時系統(tǒng)配置了Modbus 485端口，通過該端口可與現(xiàn)場流量計相互通訊。

2.3 站控系統(tǒng)的配置

將站控系統(tǒng)的核心部分設(shè)在主站，包括2臺1756-L61處理器、2臺7槽處理器機(jī)架，互為熱備冗余、雙網(wǎng)雙處理器結(jié)構(gòu)、開放式網(wǎng)絡(luò)、支持TCP/IP協(xié)議。負(fù)責(zé)整個站控油氣輸送控制任務(wù)。此外還包括3臺13槽本地I/O擴(kuò)展機(jī)架，負(fù)責(zé)主站天然氣增壓以及外輸?shù)母黜棻O(jiān)控任務(wù)。I/O模板選用1756-IF8、1756-OF8、1756-IB16、1756-OB16E、1756-IR6I，通訊模塊采用Modbus MVI56-MCMR。從站與主站通過控制網(wǎng)通訊，主要設(shè)備為2臺13槽遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展機(jī)架，I/O模板選用1756-IF8、1756-IB16、1756-OB16E、1756-IR6I，主要負(fù)責(zé)原油加熱和外輸監(jiān)測。

站控計算機(jī)為3臺DELL OPTIPLEX780，酷睿2四核處理器2.93GHz。其中一臺作為工程師站，HMI軟件為iFIX Plus SCADA Unlimited Development (M4 Part)，負(fù)責(zé)整個站控系統(tǒng)的監(jiān)控。其余兩臺作為操作員站，HMI軟件為iFIX iClient Runtime (M4 Part)，分別放置在天然氣和原油儀控室負(fù)責(zé)監(jiān)控操作。

2.4 站控系統(tǒng)框圖（如圖1所示）

圖1 彩南站新建站控系統(tǒng)圖

3 注意事項

在系統(tǒng)改造方案的編制中，需要從生產(chǎn)、安全、經(jīng)濟(jì)、擴(kuò)展等環(huán)節(jié)全面考慮，在不影響正常生產(chǎn)的同時安全平穩(wěn)地進(jìn)行系統(tǒng)改造。

3.1 生產(chǎn)因素

系統(tǒng)改造時，為保證生產(chǎn)不受影響，將自動控制系統(tǒng)全部降為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設(shè)備均為就地或現(xiàn)場控制。依據(jù)設(shè)計圖紙將儀表、設(shè)備信號逐點接入新系統(tǒng)內(nèi)，檢查數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，保證各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)無擾動遷移至新系統(tǒng)中。

3.2 安全因素

為保護(hù)新系統(tǒng)內(nèi)主要設(shè)備不受損壞，對AI、AO、RTD、DI、485通訊信號均配置防浪涌保護(hù)器，對DO信號配置繼電器，將系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備隔離。對系統(tǒng)內(nèi)24V、220V電源也配置相應(yīng)的防浪涌保護(hù)器，將220V電源防浪涌保護(hù)器接入系統(tǒng)動力電源，保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備不受電源的沖擊，將24V電源防浪涌保護(hù)器連接到24V電源出口，防止從現(xiàn)場竄入的大電流、大電壓對系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的沖擊。[2]

3.3 經(jīng)濟(jì)因素

新的站控系統(tǒng)涵蓋站內(nèi)輸油、輸氣兩種工藝，按照“操作分開、獨立運行”的設(shè)計原則，將綜合站控系統(tǒng)分為主、從站，既保證了系統(tǒng)的統(tǒng)一性又方便站內(nèi)生產(chǎn)運行。

3.4 擴(kuò)展因素

考慮到站內(nèi)新工藝的延伸和備用信號通道的冗余，在I/O模塊、通訊模塊的數(shù)量和防浪涌保護(hù)器、端子、剩余空間的預(yù)留方面都有充分的考慮，配置數(shù)量中含有裕量，便于系統(tǒng)日常維護(hù)和擴(kuò)容。

4 結(jié)語

綜合站控系統(tǒng)自調(diào)試投用以來，經(jīng)過兩年的穩(wěn)定運行，目前狀況良好。為類似于彩南站這樣多功能站隊自控系統(tǒng)的建立提供了寶貴的借鑒意義，也為復(fù)合型油氣站點自控系統(tǒng)的改造優(yōu)化提供了參考實例。

[1] 趙國敏, 王向明, 張少仲. SCADA系統(tǒng)在天然氣管道工程中的應(yīng)用[J]. 油氣田地面工程, 2008, 27(6): 60 - 62.

[2] 李文杰. 淺談如何構(gòu)建原油儲運SCADA系統(tǒng)[J]. 油氣田地面工程, 2009, 28(5): 56 - 57.

[3] 吳愛國, 何信. 油氣長輸管道SCADA系統(tǒng)技術(shù)綜述[J]. 油氣儲運, 2000, 19(3): 43 - 46.

圖1 面向勞動密集型的柔性生產(chǎn)線

4.2 3D打印自組裝生產(chǎn)線（如圖2所示）

圖2 3D打印自組裝生產(chǎn)線

圖3 快速柔性定制生產(chǎn)線

4.3 快速柔性定制生產(chǎn)線（如圖3所示）

5 結(jié)語

隨著我國智能制造裝備的發(fā)展深度和廣度日益提升，以新型傳感器、智能機(jī)器人、自動化成套生產(chǎn)線為代表的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系初步形成。但作為一個正在培育的新興產(chǎn)業(yè)，仍存在技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、基礎(chǔ)薄弱、缺乏核心競爭力等問題。

作為未來制造業(yè)的發(fā)展趨勢，大力培育和發(fā)展新一代智能機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對于加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提升生產(chǎn)效率、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源資源消耗，實現(xiàn)由“中國制造”向“中國智造”轉(zhuǎn)變具有重要意義。

（文章整理自張新華在“2015國家智能制造新年論壇”上的大會報告）

Cainan Integrated Oil and Gas Station the Transfornation and Optimization of the Control system

To meet the requirements of oil and gas station modification, its control system also faces the problem of expansion or reconstruction. By using the Cainan integrated oil and gas station control system as example, this article introduced the optimization of retrofit scheme design, system performance, configuration, and the points for attention during the transform gradually. The successful putting-in-service and stable operation provides the valuable reference for the renovation project.

Integrated station control system; Transformation; Optimization

B

1003-0492(2015)05-0104-03

TP273

尤立華 （新疆油田油氣儲運分公司，新疆 克拉瑪依 834002）

尤立華（1978-），女，新疆人，本科，2002年畢業(yè)于西南石油學(xué)院，現(xiàn)就職于新疆油田油氣儲運公司信息檔案管理站自動化室，從事油氣儲運自動化工作。