孫法強(qiáng)

(海洋石油工程(青島)有限公司,山東 青島 266520)

海洋石油供電平臺(tái)是把陸地上的電能,通過高壓海底電纜傳輸?shù)焦╇娖脚_(tái),通過平臺(tái)上的變壓器降壓至工作電壓,再將電能分配到附近生產(chǎn)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)陸地電能在海洋石油平臺(tái)的應(yīng)用。該供電方案由陸地升壓站-海洋供電平臺(tái)(降壓、配電)-海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)(用電)組成。其優(yōu)勢一是節(jié)能環(huán)保:陸地傳輸過來的電能無論是火電還是其他新能源發(fā)電,其效率和環(huán)保性相對于石油平臺(tái)的發(fā)電機(jī)供電都高得多;二是能擺脫發(fā)電機(jī)的限制,海洋平臺(tái)發(fā)電機(jī)多為透平式,一直被國外廠家壟斷,導(dǎo)致配件價(jià)格昂貴,服務(wù)效率低下。供電平臺(tái)電氣設(shè)備高度、壓力等級(jí)、電氣線路復(fù)雜,平臺(tái)的電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)大,對平臺(tái)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出新的要求。

1 供電平臺(tái)儀表控制系統(tǒng)

常規(guī)生產(chǎn)平臺(tái)控制系統(tǒng)包括:過程控制系統(tǒng)、應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)和火氣系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程信息的采集、監(jiān)測、轉(zhuǎn)換、處理,以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行。應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)是用來提高工藝生產(chǎn)裝置及其輔助設(shè)施的安全操作,以保證海上工程實(shí)施的生產(chǎn)人員、生產(chǎn)設(shè)備和周圍環(huán)境的安全?；饸庀到y(tǒng)通過探測可能發(fā)生或 已經(jīng)發(fā)生的火情和可燃?xì)怏w泄漏事故,通過火氣控制盤采取一系列的安全措施,來保持平臺(tái)人員和設(shè)施的安全[1]。供電平臺(tái)工藝只有污水回收系統(tǒng)和事故油回收系統(tǒng),系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)把其并入到火氣控制系統(tǒng),因此,供電平臺(tái)儀表控制系統(tǒng)只包括火氣系統(tǒng)。另外一個(gè)不同就是由于供電平臺(tái)房間多,HVAC(通風(fēng)空調(diào))系統(tǒng)設(shè)備較多,獨(dú)立于火氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了專門的通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng),對風(fēng)機(jī)、風(fēng)閘、空調(diào)等設(shè)備,火氣系統(tǒng)只能火災(zāi)發(fā)生時(shí)緊急關(guān)停,其正常運(yùn)行由通風(fēng)控制系統(tǒng)控制,狀態(tài)信息通過485通訊傳至火氣系統(tǒng)。

1.1 儀表控制系統(tǒng)構(gòu)成

供電平臺(tái)儀表控制系統(tǒng)見圖1。

圖1 供電平臺(tái)儀表控制系統(tǒng)

由圖1可知,供電平臺(tái)儀表控制系統(tǒng)的構(gòu)成與石油平臺(tái)一樣,包括操作站、控制器、I/O卡件和現(xiàn)場儀表構(gòu)成?，F(xiàn)場儀表包括:煙、熱、可燃?xì)狻⒙暪鈭?bào)警等,還有常規(guī)平臺(tái)屬于PCS系統(tǒng)的差壓變送器,因其數(shù)量較少,并不單獨(dú)設(shè)計(jì)PCS系統(tǒng),而是合并到火氣系統(tǒng)。另外,纜式感溫探測器、對射式煙探測器用于高壓變壓器火區(qū)監(jiān)測,在常規(guī)石油平臺(tái)是沒有的。由圖1還可知,除了石油平臺(tái)應(yīng)用的FM200和消防水滅火方式,供電平臺(tái)還有高壓細(xì)水霧滅火方式,用于高壓變壓器及高壓配電室的滅火。

1.2 儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

儀表控制系統(tǒng)最初被霍尼韋爾、艾默生、橫河等國外自動(dòng)化公司壟斷,20世紀(jì)90年代中期,在政府項(xiàng)目和資金的大力支持下,北京和利時(shí)、浙大中控、上海新華等企業(yè)開始快速發(fā)展,并初具規(guī)模。隨著技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)的成熟完善,特別是國家政策扶持和戰(zhàn)略選擇等因素的影響下,國產(chǎn)儀表控制系統(tǒng)的國內(nèi)市場占有率不斷提高,岸電平臺(tái)的自動(dòng)控制系統(tǒng)采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)系統(tǒng)。

如圖2,和利時(shí)HollySys自動(dòng)控制系統(tǒng),主機(jī)籠提供19個(gè)槽位,由左到右,1、2槽是冗余通訊模塊,3、4、5是三系控制器模塊,6～19是I/O模塊,安裝專有的HiaGuard I/O模塊。為滿足安全等級(jí)的要求,系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì),通訊模塊和I/O模塊都采用1主1備冗余,如果一個(gè)模塊故障,報(bào)警的同時(shí),自動(dòng)切換到備用模塊工作。控制器模塊為2oo3架構(gòu),正常為2個(gè)控制器工作狀態(tài),1個(gè)備用狀態(tài),工作/備用狀態(tài)可以通過軟件手動(dòng)切換,如果一個(gè)控制器模塊故障,備用模塊自動(dòng)切換到工作狀態(tài),同時(shí)發(fā)出故障報(bào)警信息。

圖2 儀表系統(tǒng)控制柜

端子柜,用于現(xiàn)場儀表的接線、繼電器安裝、端子模塊的安裝。右邊綠色部分為端子模塊,通過專用的DB78預(yù)制電纜與控制柜I/O模塊連接。端子模塊具有過電流和過電壓保護(hù)功能,需要注意模塊通道保險(xiǎn)絲可能會(huì)燒斷。電源分配柜,為控制系統(tǒng)和操作站供電。1個(gè)電源分配柜,由兩路UPS電源和一路后備蓄電池供電,實(shí)現(xiàn)冗余功能。正常工作時(shí)UPS電源1和UPS電源2同時(shí)供電,電源1還負(fù)責(zé)給蓄電池充電。單路UPS電源失電,系統(tǒng)仍有另一路電源供電,系統(tǒng)正常工作。兩路UPS同時(shí)失電的情況下,火氣系統(tǒng)由蓄電池供電,此時(shí),盤柜的照明系統(tǒng)用電被切除,以保證火氣控制系統(tǒng)由蓄電池供電工作時(shí)間不低于2 h。

2 供電平臺(tái)現(xiàn)場儀表

2.1 手動(dòng)報(bào)警按鈕

手動(dòng)報(bào)警按鈕包括:手動(dòng)報(bào)警站、FM200釋放/抑制按鈕、高壓細(xì)水霧釋放按鈕、棄平臺(tái)按鈕等。手動(dòng)報(bào)警按鈕由儀表控制系統(tǒng)供DC24V電源,按鈕內(nèi)部連接2個(gè)阻值分別為1 kΩ和3 kΩ的電阻,正常工作時(shí),2個(gè)電阻串聯(lián),回路電阻4 kΩ,電流大約在6 mA(24 V/4 kΩ),按鈕按下,3 kΩ電阻被短路,回路電阻變成1 kΩ,電流大約24 mA?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)回路電流的變化確定手動(dòng)報(bào)警按鈕的狀態(tài)。另外,如果回路出現(xiàn)斷線問題,回路開路,控制系統(tǒng)會(huì)故障報(bào)警,實(shí)現(xiàn)該回路的回路斷線故障監(jiān)測。

2.2 煙、熱探測器

煙探測器中有一個(gè)光學(xué)迷宮,光學(xué)迷宮內(nèi)有一對紅外對射管(紅外發(fā)射管和紅外接收管),在正常狀態(tài)下,紅外接收管接收不到紅外發(fā)射管所發(fā)出的光信號(hào),當(dāng)煙霧進(jìn)入光學(xué)迷宮后,由于“煙粒子”的漫射作用,使接收管接收到發(fā)射管所發(fā)出的光信號(hào),產(chǎn)生光電流,驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路,回路電流的變化被控制系統(tǒng)檢測到,從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

(2)進(jìn)行600m～1500m拋射高度的仿真,得到子彈散布變化規(guī)律,隨著開艙高度的增加,子彈散布范圍增大,但范圍增大量不斷減小。

熱探測器是根據(jù)熱敏電阻效應(yīng)原理,隨著探測器周圍溫度的變化,電阻值相應(yīng)變化,回路電流變化,進(jìn)而控制系統(tǒng)檢測到并報(bào)警。

2.3 可燃?xì)馓綔y器

基于氣體的光譜本征吸收原理,利用可燃?xì)怏w對特定波段的紅外光吸收實(shí)現(xiàn)對可燃?xì)怏w的探測,這種探測原理是傳感器件通過接收紅外光光通量的物理變化實(shí)現(xiàn)對可燃?xì)怏w的探測,探測靈敏度高、響應(yīng)速度快,探測器能夠在野外惡劣環(huán)境下長期可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 纜式感溫探測器

用熱敏材料絕緣兩根彈性鋼絲,熱敏材料受熱后電阻降低,從而觸發(fā)溫度報(bào)警。探測器包括轉(zhuǎn)換盒、感溫線纜和終端盒。感溫探測器輸出的是干接點(diǎn)信號(hào),包括報(bào)警信號(hào)和故障信號(hào)。在供電平臺(tái)用于高壓變壓器本體的溫度監(jiān)測,安裝時(shí)需要注意線纜最大使用長度的限制和纏繞方式的要求。

2.5 反射式煙探測器

反射式煙探測器用于開闊區(qū)域的防火,供電平臺(tái)布置在高壓變壓器區(qū)域的上方。反射式煙探測器由發(fā)射器、接收器和反光鏡組成。其工作原理是:進(jìn)入發(fā)射器/接收器組合單元和反光鏡之間區(qū)域的煙使到達(dá)接收器的信號(hào)減弱,當(dāng)減光率達(dá)到設(shè)定閾值時(shí),探測器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。發(fā)射器和接收器合二為一的設(shè)計(jì),另一端只需安裝反光鏡,方便了安裝與現(xiàn)場布線。

3 儀表控制系統(tǒng)的調(diào)試策略

儀表控制系統(tǒng)的調(diào)試分儀表回路測試和邏輯測試兩部分。由于邏輯測試涉及電氣、通風(fēng)及工藝等專業(yè),多數(shù)項(xiàng)目陸地能夠回路測試完成,邏輯測試在海上完成。

3.1 回路測試

回路測試的目的是檢查儀表能否正常工作及接線的正確性。通常的做法是打開現(xiàn)場儀表,拆下接線進(jìn)行校線,確保接線正確后再對儀表供電,驗(yàn)證儀表能否正常工作,并在中控操作站顯示正確。這樣就需要待控制系統(tǒng)盤柜和工程師站安裝完成后才能開始回路測試工作,對調(diào)試工期的要求極為不利。通過對現(xiàn)場儀表的類型和特點(diǎn)進(jìn)行分析,對手動(dòng)報(bào)警按鈕和煙熱探測器使用萬用表測量電阻的方法進(jìn)行回路測試,該方法一是避免打開按鈕盒和拆線的環(huán)節(jié),提高效率;二是避免了操作站安裝并調(diào)試完成的制約,提前發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場儀表到中控盤柜段回路的安裝及接線問題;三是可以解放一名儀表調(diào)試工程師,一名調(diào)試工程師帶一名調(diào)試配合人員即可完成回路測試。

手動(dòng)按鈕測試時(shí),現(xiàn)場人員首先確認(rèn)按鈕盒位號(hào)及安裝正確,調(diào)試工程師依次測量單根電纜線芯是否接地,確保沒有接地后,再測量兩根電纜線芯電阻,如果阻值為4 kΩ現(xiàn)場人員按下按鈕,阻值變?yōu)? kΩ,就可確保此回路手動(dòng)報(bào)警按鈕和線路正確,完成現(xiàn)場至中控段的回路測試。

對于數(shù)字量輸出信號(hào),關(guān)停其他設(shè)備的,只能按照常規(guī)方法,逐次校線。對于常閉觸點(diǎn),校線完成后可以對電纜做好標(biāo)記,暫時(shí)不接線,用臨時(shí)短接線替代,避免影響其他專業(yè)調(diào)試。常開觸點(diǎn)的輸出信號(hào),校線完成后可以接線,在控制盤柜處斷開保險(xiǎn),并做好標(biāo)記,避免誤操作影響其他專業(yè)調(diào)試。聲光報(bào)警設(shè)備,都在高處,拆裝不方便,可以用萬用表測量電阻,確認(rèn)接線不短接,不對地的情況下,利用外加臨時(shí)24 V直流電源從控制盤柜處給聲光報(bào)警設(shè)備供電,以驗(yàn)證設(shè)備完好和接線的正確性。

3.2 邏輯測試

邏輯測試涉及多專業(yè),會(huì)關(guān)停電氣、通風(fēng)、機(jī)械專業(yè)的設(shè)備,還會(huì)啟動(dòng)FM200、消防水、高壓細(xì)水霧等消防設(shè)備。因此在邏輯測試時(shí)要與其他專業(yè)調(diào)試工程師及廠家做好充分溝通,保證安全、可靠和完整的邏輯測試。

通常,在邏輯測試自測階段,對會(huì)影響其他專業(yè)的設(shè)備運(yùn)行或者有較大風(fēng)險(xiǎn)的信號(hào)線,暫時(shí)不接線,儀表調(diào)試工程師,從電纜現(xiàn)場端用萬用表測量輸出信號(hào)的狀態(tài),以驗(yàn)證邏輯的正確性。邏輯測試階段需要對照因果邏輯圖,按照火區(qū),逐條測試,發(fā)現(xiàn)的問題應(yīng)做好記錄,由相關(guān)責(zé)任方做出相應(yīng)的整改,整改完畢后,對整改內(nèi)容再次測試,確保整改的正確性。因?yàn)檫壿嬯P(guān)系會(huì)有相互的交叉,如果需要修改邏輯,需要把所有有影響的邏輯重新測試,而不是只對修改項(xiàng)邏輯測試。

待邏輯自測試完成后,確保自測階段發(fā)現(xiàn)的問題全部解決無誤后,再通知其他相關(guān)專業(yè)的調(diào)試工程師和廠家一起把未接的電纜恢復(fù)接線。重要的設(shè)備,需要在中控強(qiáng)制的,做好相應(yīng)的強(qiáng)制,避免調(diào)試階段對其他專業(yè)造成不必要麻煩,甚至危險(xiǎn)。

4 調(diào)試常見問題及解決方法

4.1 聲光報(bào)警器長短音

供電平臺(tái)有FM200和高壓細(xì)水霧兩種滅火方式。由于FM200會(huì)造成人員窒息,因此從報(bào)警觸發(fā)到FM200釋放中間有30 s的預(yù)報(bào)警時(shí)間供人員撤離,如果為誤觸發(fā),30 s內(nèi)可以觸發(fā)抑制按鈕,取消FM200的釋放。預(yù)報(bào)警聲音提示為短音,30 s以后,變?yōu)殚L音。在調(diào)試過程中,發(fā)現(xiàn)有的長短音是反的。造成該問題的原因有兩種,一是接線錯(cuò)誤,需要把兩對聲音接線對調(diào);二是聲光報(bào)警器的撥碼開關(guān)設(shè)置問題,需要按照廠家資料,重新設(shè)置撥碼開關(guān)。

4.2 煙、熱探測器無法觸發(fā)

煙、熱探測器電纜接線正確,供電后現(xiàn)場指示燈閃爍,但無法觸發(fā)報(bào)警。煙、熱探測器由探頭和底座兩部分組成,現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)多是探頭損壞和底座電阻連接不牢固導(dǎo)致。更換探頭后,如果正常工作,說明探頭損壞,需要廠家更換。如果更換探頭仍不能正常工作,拆下底座,檢查里面電阻接線并緊固。

4.3 繼電器接觸不良

聲光報(bào)警器只有光報(bào)警,沒有聲音。通過校線、更換報(bào)警器,都沒查出問題,現(xiàn)場測量電路電壓正常,盤柜到控制器回路檢查也沒發(fā)現(xiàn)問題。最后才發(fā)現(xiàn),繼電器供電后有動(dòng)作,但是接觸不良,回路有幾kΩ電阻,導(dǎo)致報(bào)警器端電壓不足,無法驅(qū)動(dòng)報(bào)警器動(dòng)作。此問題較少發(fā)生,并且比較隱蔽,很難發(fā)現(xiàn),需要特別注意。

4.4 差壓變送器中控顯示不一致

如圖3所示,現(xiàn)場差壓變送器數(shù)值LIT-4201和LIT-4202顯示數(shù)值不一致。以詳細(xì)設(shè)計(jì)的該變送器的數(shù)據(jù)表為依據(jù),核對中控的量程設(shè)置是否一致,另外還需要使用手操器核對現(xiàn)場儀表的量程設(shè)置是否與數(shù)據(jù)表一致,都調(diào)整一致后,中控顯示才能一致。

圖3 現(xiàn)場差壓變送器

另外還發(fā)現(xiàn),中控轉(zhuǎn)換過來的液位和現(xiàn)場磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)的顯示不一致,是由于現(xiàn)場磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)安裝的起點(diǎn)是罐體的底部,差壓變送器的測量起點(diǎn)距罐底200 mm,需要在中控設(shè)置補(bǔ)償,使現(xiàn)場與中控顯示保持一致。

4.5 常開/常閉觸點(diǎn)問題

儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,涉及其他專業(yè)設(shè)備的關(guān)停,比如控制高壓細(xì)水霧系統(tǒng)的房間電動(dòng)閥的啟動(dòng),詳設(shè)給的I/O list邏輯狀態(tài)與高壓細(xì)水霧廠家圖紙對不起來,詳設(shè)要求Open=Release,廠家圖紙為Closed=Release。調(diào)試發(fā)現(xiàn)該問題,需要找詳設(shè)和廠家確認(rèn)更改方案,并把最終的修改反饋給詳設(shè)或廠家,以升版圖紙。

4.6 干接點(diǎn)與DC24V輸出

電動(dòng)風(fēng)閘的火氣關(guān)停信號(hào),通風(fēng)廠家圖紙需要DC24V,中控廠家提供依據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁└山狱c(diǎn),導(dǎo)致無法火氣關(guān)停風(fēng)閘。需要聯(lián)合詳設(shè)、中控廠家、風(fēng)閘廠家一起協(xié)商,給出合理的修改方案,現(xiàn)場整改并升版相關(guān)的圖紙。

5 總結(jié)

洋石油供電平臺(tái)近幾年設(shè)計(jì)并逐步應(yīng)用,平臺(tái)的儀表控制系統(tǒng)有其顯著特點(diǎn),針對此特點(diǎn)制定的調(diào)試策略,在效率上有了顯著的提升,以某期項(xiàng)目單個(gè)組塊650余硬點(diǎn)的控制系統(tǒng)為例,2個(gè)調(diào)試工程師帶領(lǐng)2個(gè)調(diào)試輔助工,8 d全部完成陸地的回路測試工作,并解決了調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的50余處問題。海上邏輯測試比業(yè)主要求完工日期提前10 d,并協(xié)助廠家、詳設(shè)、施工等各方解決了調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題,保證了項(xiàng)目質(zhì)量與項(xiàng)目工期。