田汝峰 劉 超 鄧增利

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司)

樂東15-1氣田天然氣壓縮機遠程控制改造

田汝峰*劉 超 鄧增利

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司)

樂東15-1氣田的天然氣壓縮機控制系統(tǒng)是一套獨立的AB PLC控制系統(tǒng)，中控室操作站只能監(jiān)視天然氣壓縮機的部分參數(shù)，而不能對天然氣壓縮機進行控制。通過對中控DeltaV DCS系統(tǒng)進行通信改造，實現(xiàn)中控DeltaV系統(tǒng)與天然氣壓縮機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操控人機界面，最終通過MODBUS通信實現(xiàn)中控DCS系統(tǒng)對天然氣壓縮機的遠程監(jiān)控。

天然氣壓縮機 遠程控制 人機界面 DCS

1 樂東15-1氣田簡介

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。井口出來的天然氣經(jīng)氣液分離器分離、天然氣壓縮機壓縮和三甘醇脫水然后外輸。

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

2 海上平臺存在的問題

中海石油海上平臺擁有一整套完善的生活設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)施以及自動控制監(jiān)控系統(tǒng)。海上平臺的控制系統(tǒng)設(shè)計也是先進的，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上進行日常生產(chǎn)和生活的需要。樂東15-1氣田的設(shè)計也同樣是完善的，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，氣田在臺風(fēng)期間人員撤離后還要進行遙控生產(chǎn)。

圖1 樂東15-1氣田工藝流程

平臺的初始設(shè)計生產(chǎn)人員只能在中控室遠程監(jiān)視天然氣壓縮機的主要參數(shù)，不能實現(xiàn)對壓縮機的中控室遠程控制。生產(chǎn)人員對壓縮機的基本運行控制主要是對防喘振閥和NGP（壓氣機）轉(zhuǎn)速的控制，而且對于這些控制只能在壓縮機自身的就地控制盤上進行操作才能完成，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。不能在一臺生產(chǎn)監(jiān)控電腦上完成整個平臺的生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控，如果遇到生產(chǎn)工藝參數(shù)波動時監(jiān)控人員會手忙腳亂、應(yīng)接不暇。特別是在臺風(fēng)撤離期間，平臺要繼續(xù)保持生產(chǎn)，生產(chǎn)人員就要到樂東終端對樂東15-1氣田進行遠程遙控生產(chǎn)。但樂東終端無法控制平臺壓縮機的NGP（壓氣機）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)致平臺生產(chǎn)關(guān)停，造成較大的經(jīng)濟損失。

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

3 解決方法

樂東氣田群的控制系統(tǒng)有三個部分：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)星通信進行連接的樂東氣田三個裝置的中控系統(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)進行連接。

針對存在的問題，氣田提出的解決方案為：將壓縮機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所必須的顯示和控制鏈接點，主要控制點為透平壓縮機的防喘振閥和透平壓縮機的NGP（壓氣機）轉(zhuǎn)速控制。這樣，就可以在臺風(fēng)期間人員撤離平臺時在樂東終端中控PCS操作站遠程登錄到平臺的PCS操作站對透平壓縮機進行日常操作，同時可以通過切換畫面進行整個氣田生產(chǎn)工藝流程的操作。如果壓縮機關(guān)停，也可以在樂東終端的PCS操作站先遠程登錄到平臺的透平壓縮機觸摸屏電腦，將壓縮機啟動起來，然后再切換成遠程登錄到平臺的PCS操作站進行整個平臺的日常操作。這樣，臺風(fēng)撤離期間平臺上的所有操作都可以在樂東終端進行，實現(xiàn)平臺在避臺期間連續(xù)生產(chǎn)。

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

4 改造過程

4.1 壓縮機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)浜唸D。服務(wù)器電腦ES1501和應(yīng)用站電腦AS1501通過兩個網(wǎng)卡分別連接兩個交換機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)浜唸D

改造方案為：將ES1501服務(wù)器第三個網(wǎng)卡通過一個新增的交換機與兩臺壓縮機操作站聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，再通過交叉網(wǎng)線將新增的交換機與光電集線器FOS5連接起來。這樣，兩臺壓縮機的操作站就連接進了EMERSON的PCS操作站控制網(wǎng)絡(luò)，使得在樂東終端利用EMERSON的PCS操作站登錄到平臺壓縮機操作站成為可能。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A的PLC控制系統(tǒng)進行通信的通信卡——C23卡的端口P02的四個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)以及報警信息。 PCS的DCS（集散控制系統(tǒng)）不會發(fā)送模擬量和數(shù)字量的控制數(shù)據(jù)給壓縮機，只是接受透平壓縮機發(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的運行工藝參數(shù)而不能控制壓縮機的運行?，F(xiàn)在如果要實現(xiàn)對壓縮機的基本控制，必須增加壓縮機防喘振閥手動/自動切換數(shù)字量和防喘振閥開度控制的模擬量、壓縮機NGP（壓氣機）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DCS（集散控制系統(tǒng)）發(fā)出給壓縮機的控制數(shù)據(jù)包DS02（模擬量浮點數(shù)雙字類型）和DS06（數(shù)字量COIL類型）。對DCS（集散控制系統(tǒng)）控制器進行編程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)打包發(fā)送、數(shù)據(jù)拆包顯示和壓縮機防喘振閥、壓縮機NGP（壓氣機）轉(zhuǎn)速的控制。

在PCS的操作站畫面加入了壓縮機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新增功能的操作界面，可直接控制壓縮機的一些關(guān)鍵參數(shù)。

以上技術(shù)改造工作可以歸納為以下四個步驟：

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

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

（3）對DCS（集散控制系統(tǒng)）控制器進行編程，實現(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的畫面

圖6 壓縮機NGP（壓氣機）轉(zhuǎn)速控制面板

經(jīng)過以上四個步驟改造，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的監(jiān)控畫面和監(jiān)控操作功能，就能完成對天然氣壓縮機防喘振閥和壓縮機NGP（壓氣機）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)控平臺的生產(chǎn)工藝流程，又能監(jiān)視和控制天然氣壓縮機的狀態(tài)。也就是說，只使用一臺生產(chǎn)監(jiān)控電腦就可完成這個平臺的所有生產(chǎn)監(jiān)控，實現(xiàn)中控生產(chǎn)監(jiān)控電腦對壓縮機的遠程監(jiān)控。

5 改造效果

改造完成后，對壓縮機進行了實際操作和監(jiān)控測試，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，特別是在臺風(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無法控制而導(dǎo)致的關(guān)停，獲得了可觀的經(jīng)濟效益。

[1]樂嘉謙.儀表工手冊 [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 [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)院組建粉體材料實驗室

最近，在寧波工程學(xué)院與中國科學(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)備有限公司董事長兼總經(jīng)理余紹火向材料學(xué)院捐贈了價值50萬元的超微粉體設(shè)備，用于組建豐利粉體材料實驗室。

該粉體材料實驗室以產(chǎn)、學(xué)、研融合為特色，建立多品種粉體材料中試、擴大試驗及必要的小實驗研究平臺。實驗室通過雙方的優(yōu)勢互補，將培養(yǎng)一批既懂技術(shù)又懂市場，具有強烈開拓創(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目，提升雙方在粉體材料科研領(lǐng)域的競爭力。

寧波工程學(xué)院是浙江省唯一被教育部確定的全國示范性高等工程?？浦攸c建設(shè)學(xué)校，學(xué)院是一所以工科為主，管理、經(jīng)濟、文學(xué)、法學(xué)等多學(xué)科的全日制普通本科院校。中國工程院薛群基院士為材料學(xué)院首任院長。浙江豐利粉碎設(shè)備有限公司是我國超微粉碎設(shè)備的行業(yè)龍頭企業(yè)，所開發(fā)的多項設(shè)備技術(shù)被評為國家新產(chǎn)品、國家重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)專項、國家火炬項目和浙江名牌產(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、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，推進產(chǎn)學(xué)研一體化進程，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”項目列入浙江省重大科技專項，并已通過驗收，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。