海上平臺(tái)開排槽液位自動(dòng)控制系統(tǒng)改造

許巍，劉向銘，荊少駿(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

1 項(xiàng)目背景

海上某平臺(tái)共有4個(gè)開排槽，開排槽內(nèi)介質(zhì)主要有雨水，污油，聚合物等。

在平臺(tái)前期設(shè)計(jì)中開排槽沒有設(shè)計(jì)安裝液位監(jiān)測(cè)設(shè)備，中控?zé)o法對(duì)開排槽液位進(jìn)行有效監(jiān)控。中控?zé)o法對(duì)開排槽液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，只能通過定時(shí)人員巡檢并手動(dòng)啟動(dòng)和停止氣動(dòng)隔膜泵將開排槽內(nèi)介質(zhì)輸送到開排罐內(nèi)。一方面人員不能24小時(shí)對(duì)開排槽液位進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，突發(fā)異常情況(夏季暴雨)開排槽液位上漲迅速，隔膜泵未及時(shí)啟動(dòng)，存在發(fā)生溢油環(huán)保事故的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，每隔一到兩小時(shí)人為啟動(dòng)一次隔膜泵，大大的消耗了人力(如圖1所示)。

圖1 開排槽生產(chǎn)流程

本平臺(tái)設(shè)有1 套中央控制系統(tǒng)，其中包括過程控制系統(tǒng)(PCS)，應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)(ESD)和火氣監(jiān)控系統(tǒng)(FGS)，各平臺(tái)均設(shè)置PCS、ESD系統(tǒng)機(jī)柜，F(xiàn)GS 機(jī)柜全部放置于N 平臺(tái)中控室。過程控制系統(tǒng)(PCS)采用的是EMERSON DevltaV 產(chǎn)品，應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)(ESD)和火氣監(jiān)控系統(tǒng)(FGS)均采用的是EMERSON DeltaV SIS 產(chǎn)品。3 套系統(tǒng)在控制層及其以下相互獨(dú)立，在管理層則共享人機(jī)界面和通信網(wǎng)絡(luò)。

2 技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 改造方案

2.1.1 開排槽基本參數(shù)

海上某平臺(tái)共有四個(gè)開排槽，詳細(xì)參數(shù)如下：

O平臺(tái)開排槽：容積為5 m3

尺寸：1 500 mm(L)×1 500 mm(W)×2 300 mm(H)

氣動(dòng)隔膜泵：排量為10 m2/h

工作壓力:200 KPa；

N平臺(tái)開排槽：容積均為3 m3

尺寸：1 200 mm(L)×1 200 mm(W)×2 300 mm(H)

氣動(dòng)隔膜泵：排量為6 m2/h

工作壓力:200 KPa；

n平臺(tái)開排槽：容積為2 m3

尺寸：1 500 mm(L)×850 mm(W)×2 000 mm(H)

氣動(dòng)隔膜泵：排量為8 m2/h

工作壓力:200 KPa；

2.1.2 改造設(shè)計(jì)方案

平臺(tái)開排槽深度為2 300 mm，開排槽內(nèi)介質(zhì)為雨水、粘稠污油、濾網(wǎng)清洗的聚合物等，正常液位維持在1 000 mm左右。定時(shí)人為的啟動(dòng)排量為10 m2/h的氣動(dòng)隔膜泵，將開排槽內(nèi)的介質(zhì)輸送到開排從而進(jìn)入生產(chǎn)流程。平臺(tái)上目前有從原油高效分離器和斜板除油器上換型下來的柯普樂磁致伸縮液位變送器，廢棄氣動(dòng)蝶閥上拆卸下來的三通電磁閥，中控有預(yù)留的AI和DO通道，開排槽液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造可行[1]。

改造方案如圖2所示：

圖2 改造開排槽的PID圖

(1)選取合適量程可用的液位變送器，經(jīng)改造后安裝到O平臺(tái)開排槽。

(2)選取中控預(yù)留的AI和DO通道，完成上位機(jī)的組態(tài)程序和組態(tài)畫面，并下裝到相應(yīng)的控制器。

(3)對(duì)啟動(dòng)隔膜泵的控制氣路進(jìn)行改造，安裝電磁閥。

(4)根據(jù)生產(chǎn)流程，啟泵液位設(shè)置為1 400 mm，停泵液位設(shè)置為900 mm。

2.2 技術(shù)難點(diǎn)及解決方案

2.2.1 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)/停止氣動(dòng)隔膜泵

技術(shù)難點(diǎn)：液位變送器輸入到中控卡件信號(hào)為4～20 mA的模擬量信號(hào)，當(dāng)液位高于1 400 mm和低于900 mm時(shí)要實(shí)現(xiàn)的是數(shù)字信號(hào)輸出。

解決方案：Deltav系統(tǒng)AI模塊內(nèi)部的比較，將高液位動(dòng)作設(shè)置為1 400 mm，低液位動(dòng)作設(shè)置為900 mm。當(dāng)液位高于1 400 mm時(shí)HI_ACT輸出1，LO_ACT輸出0；當(dāng)液位在900 mm到1 400 mm之 間HI_ACT、LO_ACT輸 出0；當(dāng) 液位低于900 mm時(shí)HI_ACT輸出0，LO_ACT輸出1。將HI_ACT接入RS觸發(fā)器的SET位，LO_ACT接入到RESET位?？蓪?shí)現(xiàn)DO信號(hào)輸出給控制氣路電磁閥[2]。

2.2.2 弱電控制繼電器輸出

技術(shù)難點(diǎn)：DO卡件直接輸出24 V電壓信號(hào)到電磁閥，電磁閥故障短路，有損壞DO卡件的風(fēng)險(xiǎn)。

解決方案：以弱電控制弱電的供電方式，電磁閥直接由24 V電源模塊直接供電，在供電回路加入中間繼電器，DO卡件信號(hào)直接輸出到中間繼電器。

2.2.3 液位浮子自由浮動(dòng)改造

技術(shù)難點(diǎn)：選用的磁致伸縮液位變送器適用在原油系統(tǒng)，開排槽內(nèi)的污油非常粘稠，浮子容易卡死在磁致伸縮桿上，浮子在開排槽內(nèi)無法隨著液位浮動(dòng)。

解決方案：對(duì)磁性浮子進(jìn)行改造，為增大其浮力與重力。在浮子外包裹一層清管球所用聚氨酯泡沫。

2.3 具體施工步驟

(1)開具相關(guān)工單，廣播通知現(xiàn)場(chǎng)人員；(2)前期調(diào)研及物料準(zhǔn)備工作；(3)液位變送器及磁性浮子改造；(4)中控接線及組態(tài)；(5)現(xiàn)場(chǎng)電纜鋪設(shè)及調(diào)試；(6)電磁閥，液位變送器安裝；(7)功能測(cè)試；

3 工作質(zhì)量效益

完成海上平臺(tái)開排槽液位自動(dòng)控制系統(tǒng)改造，對(duì)其進(jìn)行功能測(cè)試，液位變送器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開排槽液位，當(dāng)液位高于1 400 mm時(shí)正常啟泵，當(dāng)液位低于900 mm時(shí)正常停泵。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

完成平臺(tái)開排槽液位自動(dòng)控制改造工作，從前期施工調(diào)研、選型、鋪線、組態(tài)、調(diào)試直到安裝，嚴(yán)格進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)質(zhì)量把控，把施工風(fēng)險(xiǎn)降到最低，最大程度提高施工質(zhì)量，保障施工順利進(jìn)行。本次改造所用料均為廢舊料再利用，節(jié)約費(fèi)用約5萬元，后期全部改造總計(jì)可節(jié)約20萬元。

改造完成后，中控可以實(shí)時(shí)監(jiān)控開排槽液位，并對(duì)液位進(jìn)行自動(dòng)控制。避免了人為監(jiān)控的盲區(qū)，降低因突發(fā)情況導(dǎo)致溢油環(huán)保事故的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 推廣性

平臺(tái)開排槽之前一直處于中控?zé)o法檢測(cè)盲區(qū),僅靠人員的定時(shí)巡檢無法有效的對(duì)液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本次開排槽液位自動(dòng)控制系統(tǒng)成功的改造，實(shí)現(xiàn)了全天24小時(shí)對(duì)開排槽液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)并對(duì)液位進(jìn)行自動(dòng)控制，消除了監(jiān)測(cè)盲區(qū)。一方面大大降低了突發(fā)情況發(fā)生溢油環(huán)保事故的風(fēng)險(xiǎn)。其次改造所用料均為廢棄料再利用，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)也為公司降本增效做出了貢獻(xiàn)。也為其他平臺(tái)后續(xù)改造工作提供了經(jīng)驗(yàn)，具有極大的參考意義。

4 結(jié)語

通過本次改造工作，現(xiàn)場(chǎng)人員積累了豐富的自檢自修工作經(jīng)驗(yàn)，開拓了人員工作思路，加強(qiáng)了人員預(yù)防環(huán)保事故風(fēng)險(xiǎn)的觀念。本次改造現(xiàn)場(chǎng)工作量大，技術(shù)難點(diǎn)多，整體的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)工作對(duì)班組來說是一個(gè)挑戰(zhàn)也是一次鍛煉的機(jī)會(huì)。在此次改造工作中，班組人員對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全局把控、自我監(jiān)督保證了施工質(zhì)量，共同協(xié)作，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)凝聚力。