郭永新

(中國(guó)海洋石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054)

海上氣田中控系統(tǒng)的優(yōu)化

郭永新

(中國(guó)海洋石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054)

為改善中控系統(tǒng)減少查找報(bào)警原因的時(shí)間，提高應(yīng)對(duì)緊急關(guān)斷的效率，對(duì)某氣田中控系統(tǒng)進(jìn)行了2項(xiàng)優(yōu)化： 優(yōu)化火氣關(guān)斷系統(tǒng)(FGS)與緊急停車系統(tǒng)(ESD)之間的關(guān)聯(lián)信號(hào)，對(duì)中控系統(tǒng)DCS報(bào)警事件進(jìn)行因果分別歸類。在不影響正常生產(chǎn)的情況下，對(duì)FGS整個(gè)邏輯鏈進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證FGS的可靠性；查找緊急關(guān)斷的時(shí)間由過(guò)去的5～10 min縮短至30 s以內(nèi)，使平臺(tái)非計(jì)劃生產(chǎn)關(guān)斷每次可提前30 min恢復(fù)生產(chǎn)，減少了產(chǎn)量損失，提高了平臺(tái)的生產(chǎn)時(shí)效,為新平臺(tái)中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及老平臺(tái)中控系統(tǒng)優(yōu)化提供了新的思路及參考意見。

海上氣田 中控系統(tǒng) 火氣關(guān)斷系統(tǒng) 緊急停車系統(tǒng)

某氣田平臺(tái)位于南海珠江口盆地，是一座集油氣處理、生產(chǎn)、計(jì)量和輸送、鉆修井、生活、動(dòng)力為一體的綜合平臺(tái)。平臺(tái)將海底井流物進(jìn)行氣、液分離，并分別對(duì)天然氣、凝析油脫水，處理合格后混合進(jìn)入海底管線輸至珠海陸地天然氣終端處理廠作進(jìn)一步處理。

該平臺(tái)的中控系統(tǒng)是整個(gè)平臺(tái)的控制中心，由1套DCS，2套火氣關(guān)斷系統(tǒng)(FGS)，1套緊急停車系統(tǒng)(ESD)組成。DCS對(duì)全平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控、操作，接收并顯示、記錄來(lái)自FGS和ESD的監(jiān)控信息。FGS接收全平臺(tái)火氣探頭監(jiān)控信息，如果發(fā)現(xiàn)火情將產(chǎn)生火氣關(guān)斷、啟動(dòng)平臺(tái)消防系統(tǒng)，并將關(guān)斷信號(hào)傳送給ESD，觸發(fā)ESD關(guān)停，保證平臺(tái)安全。由于該FGS監(jiān)控點(diǎn)數(shù)有限，因而采用了2套FGS系統(tǒng)，分別為FGS1和FGS2。ESD監(jiān)控平臺(tái)生產(chǎn)工藝參數(shù)，一旦工藝參數(shù)達(dá)到關(guān)停設(shè)定值，將會(huì)觸發(fā)相應(yīng)級(jí)別的ESD關(guān)停。

為了便于中控系統(tǒng)日常維護(hù)、測(cè)試，減少查找報(bào)警原因的時(shí)間，該平臺(tái)對(duì)中控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造。

1 中控系統(tǒng)FGS與ESD關(guān)聯(lián)優(yōu)化

1.1 FGS與ESD關(guān)聯(lián)關(guān)系

該平臺(tái)FGS現(xiàn)場(chǎng)共有火焰探頭、可燃?xì)馓筋^、硫化氫探頭、氫氣探頭、煙霧探頭、熱探頭、甲醇探頭、易熔塞8種探測(cè)器，散布在鉆井區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、生活樓等區(qū)域；有11個(gè)噴淋閥、2臺(tái)消防泵、1套固定式CO2滅火系統(tǒng)、3套固定式FM200滅火系統(tǒng)、1套廚房濕粉滅火系統(tǒng)等消防設(shè)備。

當(dāng)某個(gè)區(qū)域的2個(gè)或2個(gè)以上探頭監(jiān)測(cè)到火情或者氣體泄漏時(shí)，F(xiàn)GS1/FGS2將產(chǎn)生表決結(jié)果，啟動(dòng)消防設(shè)備，輸出信號(hào)給ESD，觸發(fā)ESD關(guān)停，切斷生產(chǎn)工藝，放空平臺(tái)天然氣，保證平臺(tái)安全。該平臺(tái)FGS與ESD的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖1所示。

圖1 中控系統(tǒng)FGS與ESD關(guān)聯(lián)示意

該平臺(tái)FGS1和FGS2未設(shè)置主從功能，F(xiàn)GS1和FGS2所監(jiān)控的探頭確認(rèn)火情時(shí)，二者單獨(dú)發(fā)送信號(hào)到ESD，ESD產(chǎn)生ESD2a關(guān)停后，ESD又產(chǎn)生1個(gè)關(guān)停信號(hào)到FGS1和FGS2，造成信號(hào)反復(fù)輸送。一旦發(fā)生火情關(guān)停，信號(hào)反復(fù)，無(wú)法短時(shí)間內(nèi)確認(rèn)出是FGS1，F(xiàn)GS2，ESD中的哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的報(bào)警信息，也無(wú)法在第一時(shí)間判斷出是硬件故障引發(fā)的誤關(guān)斷還是存在真實(shí)火情。

由于FGS1和FGS2到ESD輸出信號(hào)未設(shè)置旁通功能，因而對(duì)FGS日常維護(hù)、測(cè)試時(shí)無(wú)法完成整個(gè)邏輯的測(cè)試。由于海上氣田連續(xù)生產(chǎn)的特殊性，日常維修測(cè)試、第三方檢驗(yàn)測(cè)試，只能安排短時(shí)停產(chǎn)完成，影響了平臺(tái)生產(chǎn)時(shí)效。

1.2 增加旁通功能

為了解決FGS與ESD信號(hào)之間反復(fù)輸送的問(wèn)題，便于日常測(cè)試，將FGS1和FGS2確認(rèn)火情的信號(hào)在ESD上進(jìn)行確認(rèn)并設(shè)置軟、硬點(diǎn)雙確認(rèn)旁通功能，具體優(yōu)化措施如圖2所示。其中軟點(diǎn)旁通是指在軟件中設(shè)置旁通按鈕，硬點(diǎn)旁通是指在ESD盤柜上增加旁通開關(guān)。軟、硬點(diǎn)雙確認(rèn)是指兩者同時(shí)處于旁通狀態(tài)時(shí)，才會(huì)對(duì)FGS的信號(hào)進(jìn)行旁通。設(shè)置軟、硬點(diǎn)雙確認(rèn)，主要目的是防止人員誤操作及硬點(diǎn)故障時(shí)造成的誤旁通。

圖2 增加軟、硬點(diǎn)旁通功能后的FGS與ESD關(guān)聯(lián)示意

該平臺(tái)ESD輸入、輸出帶電為正常，掉電為報(bào)警狀態(tài)。圖2中，當(dāng)FGS1或FGS2沒有火情時(shí)，硬線輸出直流24 V信號(hào)，數(shù)字信號(hào)為“1”；當(dāng)確認(rèn)有火情時(shí)，硬線輸出信號(hào)為“0”。FGS1或FGS2確認(rèn)有火情，其中一個(gè)輸出信號(hào)為“0”時(shí)，F(xiàn)GS會(huì)輸出報(bào)警信息，執(zhí)行消防策略；只有當(dāng)軟、硬點(diǎn)同時(shí)處于旁通狀態(tài)時(shí)，即同時(shí)輸出數(shù)字信號(hào)“1”時(shí)，該火情信號(hào)才不會(huì)輸送到ESD，否則ESD將接收到該火情信號(hào)，執(zhí)行ESD關(guān)停策略。

增設(shè)軟、硬點(diǎn)雙確認(rèn)旁通按鈕的作用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1) 在正常情況下，軟、硬點(diǎn)旁通按鈕處于正常狀態(tài)，不會(huì)對(duì)FGS火情信號(hào)進(jìn)行旁通。當(dāng)發(fā)生真實(shí)火情，F(xiàn)GS及ESD都執(zhí)行完了相應(yīng)的策略，在現(xiàn)場(chǎng)火情已經(jīng)消除，需要進(jìn)行生產(chǎn)恢復(fù)時(shí)，將軟、硬點(diǎn)旁通按鈕同時(shí)打到旁通位，再分別對(duì)FGS1，F(xiàn)GS2，ESD進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，可以達(dá)到3個(gè)系統(tǒng)快速?gòu)?fù)位、報(bào)警輸出消除的目的，避免了FGS與ESD反復(fù)關(guān)聯(lián)、報(bào)警長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法消除的問(wèn)題。

2) 在對(duì)FGS日常維護(hù)、測(cè)試時(shí)，將軟、硬點(diǎn)旁

通按鈕同時(shí)打到旁通位，在不影響正常工藝生產(chǎn)的情況下就可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探頭測(cè)試、消防系統(tǒng)啟動(dòng)等FGS邏輯的測(cè)試，保證了平臺(tái)消防系統(tǒng)的可靠性、完整性，第三方見證性消防測(cè)試也能隨時(shí)進(jìn)行。

2 中控系統(tǒng)DCS報(bào)警事件優(yōu)化歸類

2.1 DCS報(bào)警事件分類

該平臺(tái)ESD邏輯關(guān)系如圖3所示，該平臺(tái)生產(chǎn)區(qū)、鉆井區(qū)和生活樓ESD共分為4個(gè)等級(jí)：

1) 棄平臺(tái)關(guān)斷ESD 1，共有9個(gè)觸發(fā)點(diǎn)。

2) 火氣關(guān)斷ESD2a，共有火焰探頭71個(gè)、可燃?xì)馓筋^83個(gè)、房間煙探頭45個(gè)、熱探頭34個(gè)、房間CO2手動(dòng)釋放按鈕9個(gè)，3層甲板易熔塞回路、現(xiàn)場(chǎng)火氣報(bào)警站等。

3) 生產(chǎn)關(guān)斷，ESD3a共有15個(gè)觸發(fā)點(diǎn)；ESD3b(水下生產(chǎn)系統(tǒng))共有10個(gè)觸發(fā)點(diǎn)。

4) 生產(chǎn)單元關(guān)斷ESD4。

該平臺(tái)中控系統(tǒng)DCS將所有的事件點(diǎn)，包括： 生產(chǎn)過(guò)程操作、服務(wù)器系統(tǒng)內(nèi)部點(diǎn)及生產(chǎn)關(guān)斷及火氣關(guān)斷觸發(fā)點(diǎn)和結(jié)果點(diǎn)共計(jì)約2 000個(gè)劃分為P1，P2，P3三個(gè)區(qū)。其中P1區(qū)包含所有的事件報(bào)警；P2區(qū)包含生產(chǎn)系統(tǒng)事件報(bào)警，有生產(chǎn)過(guò)程事件記錄報(bào)警、觸發(fā)生產(chǎn)關(guān)斷的原因報(bào)警及關(guān)斷執(zhí)行的結(jié)果事件報(bào)警； P3區(qū)包含生產(chǎn)區(qū)、鉆井區(qū)域、生活樓火氣關(guān)斷原因事件報(bào)警及關(guān)斷執(zhí)行的結(jié)果事件報(bào)警。

由于系統(tǒng)的不斷升級(jí)、擴(kuò)容、點(diǎn)的重建等原因，點(diǎn)的歸類比較雜亂，后來(lái)新建的點(diǎn)基本上都劃分在P1區(qū)。一旦產(chǎn)生ESD 2a火氣關(guān)斷時(shí)，在DCS報(bào)警事件記錄里1 min內(nèi)會(huì)產(chǎn)生成百上千條記錄，迅速將產(chǎn)生ESD 2a的觸發(fā)原因點(diǎn)覆蓋，當(dāng)操作人員查找故障原因時(shí)與ESD 2a相關(guān)事件記錄也在不斷產(chǎn)生，大量的事件報(bào)警信號(hào)同時(shí)涌入，事件記錄不斷刷新。在短時(shí)間內(nèi)將無(wú)法快速地查找出產(chǎn)生ESD 2a關(guān)斷的源頭，延緩事件的應(yīng)急處理過(guò)程。

圖3 某平臺(tái)ESD邏輯關(guān)系示意

2.2 區(qū)別因果信息

為了便于迅速查找出發(fā)生關(guān)斷的原因，將關(guān)斷信號(hào)的因和果重新分配區(qū)域，新建P4，P5兩個(gè)區(qū)。其中，P4區(qū)僅記錄ESD1和ESD2a的觸發(fā)報(bào)警關(guān)斷的原因，關(guān)斷執(zhí)行的結(jié)果事件報(bào)警不記錄在P4區(qū)域而是繼續(xù)放在P3區(qū)域；P5區(qū)僅記錄ESD3a和ESD3b生產(chǎn)關(guān)斷原因觸發(fā)點(diǎn)，關(guān)斷執(zhí)行的結(jié)果事件報(bào)警不記錄在P5區(qū)域而是繼續(xù)放在P2區(qū)域。

把不同等級(jí)關(guān)斷的原因和結(jié)果分別放在不同事件記錄區(qū)域，一旦產(chǎn)生ESD2a或其他級(jí)別關(guān)斷，在DCS內(nèi)報(bào)警事件記錄里選擇P4或P5就可以立即查看到原因點(diǎn)記錄信息，使操作人員可以在較短的時(shí)間內(nèi)掌握發(fā)生關(guān)斷的源頭，大幅減少了事件處理的響應(yīng)時(shí)間，為避免事件的進(jìn)一步擴(kuò)大贏得時(shí)間。

3 結(jié)束語(yǔ)

該平臺(tái)中控系統(tǒng)進(jìn)行2項(xiàng)優(yōu)化后，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試和實(shí)際檢驗(yàn)，查找緊急關(guān)斷的時(shí)間由過(guò)去的5～10 min縮短至30 s以內(nèi)；平臺(tái)非計(jì)劃生產(chǎn)關(guān)斷每次可提前30 min恢復(fù)生產(chǎn)，大幅減少了產(chǎn)量損失。按平臺(tái)日產(chǎn)天然氣量為4.6×106m3計(jì)算，30 min的產(chǎn)量約為1.0×105m3，天然氣價(jià)格為2元/m3，則直接節(jié)省人民幣約80萬(wàn)元。該次優(yōu)化改造，可為新平臺(tái)中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及老平臺(tái)中控優(yōu)化提供新的思路及參考建議。

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郭永新，男， 2008年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國(guó)海洋石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，從事海上氣田石油天然氣開發(fā)工作，任工程師。

TP273

B

1007-7324(2017)04-0057-03

稿件收到日期： 2017-03-07，修改稿收到日期： 2017-05-20。