尤立華

（新疆油田油氣儲(chǔ)運(yùn)分公司，新疆 克拉瑪依 834002）

0 引言

油氣管道運(yùn)行作為一套獨(dú)立的系統(tǒng)，具有全天候監(jiān)控、協(xié)調(diào)管理、集中調(diào)度的特點(diǎn)。

而隨著自控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的不斷滲透與發(fā)展，在應(yīng)用領(lǐng)域較為成熟的SCADA系統(tǒng)正迎合了管道運(yùn)輸?shù)倪@一特點(diǎn)，并取得了良好的效果。本文通過(guò)SCADA系統(tǒng)在油氣儲(chǔ)運(yùn)公司克烏原油管道上的應(yīng)用這一成功案例，對(duì)自控系統(tǒng)如何更好的應(yīng)用于管道運(yùn)輸提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 克烏原油管道工藝及控制要求

1.1 克烏原油管道輸送工藝

克烏管道為一條原油長(zhǎng)輸管道，起點(diǎn)為701油庫(kù)，終點(diǎn)為王家溝末站，途經(jīng)五個(gè)中間泵站。管道干線全長(zhǎng)295.42km，管徑DN529x7、8。管道設(shè)計(jì)輸量410x104t/a，干線設(shè)計(jì)壓力4.5MPa。整條管線采用加熱密閉輸送工藝，具備旁接、反輸、加熱輸送功能。

1.2 克烏原油管道控制要求

克烏原油管道全線密閉運(yùn)行時(shí)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的水力系統(tǒng)，各站須協(xié)調(diào)操作，充分利用上站余壓，減少節(jié)流損失。SCADA系統(tǒng)完成對(duì)各站點(diǎn)的監(jiān)控與管理。站控系統(tǒng)接受和執(zhí)行調(diào)控中心的指令并獨(dú)立完成本站各項(xiàng)測(cè)控任務(wù)。調(diào)控中心通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸與各站控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)對(duì)各站控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理，達(dá)到“分散控制、集中管理”的目的。數(shù)據(jù)傳輸采用SDH光纖傳輸自愈環(huán)網(wǎng)，各站控系統(tǒng)通過(guò)2M專用數(shù)據(jù)鏈路與調(diào)控中心進(jìn)行通訊。

2 克烏原油管道SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 SCADA系統(tǒng)的架構(gòu)

當(dāng)全線采用密閉輸送工藝時(shí)，要求控制系統(tǒng)具有高效、可靠的自動(dòng)調(diào)節(jié)和保護(hù)功能[1]。

調(diào)控中心作為生產(chǎn)運(yùn)行的最高控制平臺(tái)，主要由以下設(shè)備構(gòu)成：2臺(tái)SF V490實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器互為熱備冗余，用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控。2臺(tái)SF V490歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器互為熱備冗余，用于歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢。1臺(tái)Dell PowerEdge840Web服務(wù)器，可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各部門管理人員查看圖形、數(shù)據(jù)、報(bào)表，以此了解掌握管道的運(yùn)行情況。1臺(tái)Symmetricom NTS-150 GPS 網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)服務(wù)器，對(duì)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)鐘校對(duì)。軟件采用Telvent OASyS 6.3 UNIX SCADA System。

站控系統(tǒng)作為遠(yuǎn)程測(cè)控單元，是保證整條管道SCADA系統(tǒng)運(yùn)行正常的基礎(chǔ)。以首站701油庫(kù)站控系統(tǒng)為例，通過(guò)硬件配置與軟件設(shè)計(jì)加以闡述。

2.2 站控系統(tǒng)軟件、硬件配置以及實(shí)現(xiàn)的功能

2.2.1 站控系統(tǒng)的硬件配置

克烏原油管道站控PLC系統(tǒng)采用美國(guó)ALLENBRADLEY公司的ControlLogix 系統(tǒng)。處理器為1756-L61、2臺(tái)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。以首站701油庫(kù)為例，整個(gè)站控系統(tǒng)除了2臺(tái)7槽處理器機(jī)架，還包括3臺(tái)13槽遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展機(jī)架，負(fù)責(zé)首站內(nèi)克烏管道上所有現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)采集和執(zhí)行PLC下發(fā)的各項(xiàng)指令。I/O模板選用 1756-IF6、1756-OF8、1756-IB16、1756-OB16I、1756-IR6，站控計(jì)算機(jī)為2臺(tái)DELL PrecisionTM T7400。

整條管道的水擊保護(hù)系統(tǒng)也設(shè)在首站，由2臺(tái)1756-L61處理器、2個(gè)1756-ENBT以太網(wǎng)模塊、2個(gè)1757-SRM冗余模塊組成雙網(wǎng)雙處理器結(jié)構(gòu)。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和不間斷性，每個(gè)站控系統(tǒng)都按照CPU、電源、通訊網(wǎng)絡(luò)的冗余結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置。如圖1所示。

圖1 首站站控系統(tǒng)配置圖

2.2.2 站控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

站控系統(tǒng)工控軟件采用美國(guó)GE的iFIX4.5 ，900點(diǎn)開發(fā)版、運(yùn)行版軟件，均支持冗余。iFIX是基于Windows操作系統(tǒng)的HMI/SCADA軟件，iFIX的SCADA部分提供了監(jiān)視管理、報(bào)警和控制功能。iFIX的HMI部分是監(jiān)視控制生產(chǎn)過(guò)程的窗口，采集并分享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)[2]。系統(tǒng)編程軟件為RSLogix5000，用于ControlLogix自動(dòng)化平臺(tái)的編程、調(diào)試和運(yùn)行。

2.2.3 站控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

站控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能是根據(jù)站內(nèi)克烏原油管道的工藝流程和設(shè)備的控制要求進(jìn)行組態(tài)。涉及到控制流程中每個(gè)設(shè)備的狀態(tài)、動(dòng)作以及聯(lián)鎖保護(hù)。

1）進(jìn)、出站壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)

采用超弛控制技術(shù)，主回路被控對(duì)象是出站壓力，副回路被控對(duì)象是主泵入口壓力，控制變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)進(jìn)、出站壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，使進(jìn)、出站壓力在上、下限設(shè)定值范圍之內(nèi)。即進(jìn)站（泵）壓力不低于下限設(shè)定值，當(dāng)進(jìn)站壓力<下限設(shè)定值時(shí)，控制調(diào)速電機(jī)迅速提速，使進(jìn)站壓力升高，直至恢復(fù)正常。出站壓力不高于上限設(shè)定值，當(dāng)出站壓力>上限設(shè)定值時(shí)，控制調(diào)速電機(jī)迅速降速，使出站壓力降低，直至恢復(fù)正常。以預(yù)定外輸壓力值恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。充分利用進(jìn)站余壓達(dá)到節(jié)能降耗優(yōu)化運(yùn)行的目的[3]。

2）進(jìn)、出站壓力超限保護(hù)

正常情況下，進(jìn)站、出站壓力由變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，若變頻調(diào)速系統(tǒng)故障或壓力驟然變化致使變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)不及出現(xiàn)壓力超限，必須進(jìn)行超限保護(hù)。采取以下兩種措施：

a 自動(dòng)泄放控制。進(jìn)、出站管線與泄放罐之間設(shè)泄放閥，當(dāng)進(jìn)、出站壓力高于泄放值時(shí)，泄壓閥動(dòng)作進(jìn)行泄放，降低進(jìn)、出站壓力。

b 沿線四座泵站高、低壓泄壓閥的壓力設(shè)定值，如表1所示。

表1 高、低壓泄壓閥設(shè)定值

b 壓力聯(lián)鎖停泵控制。泵進(jìn)口匯管、出口匯管均設(shè)置壓力保護(hù)開關(guān)，當(dāng)壓力超限，壓力保護(hù)開關(guān)動(dòng)作聯(lián)鎖停泵。各泵站外輸泵進(jìn)、出口匯管壓力開關(guān)設(shè)定值，如表2所示。

表2 壓力開關(guān)設(shè)定值

以中間泵站704站為例，進(jìn)、出站壓力根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況由調(diào)控中心進(jìn)行設(shè)定和調(diào)節(jié)。當(dāng)輸油主泵進(jìn)口匯管壓力低于0.05MPa時(shí)，壓力開關(guān)起跳，系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)停泵。當(dāng)進(jìn)站壓力＞1.15MPa時(shí),系統(tǒng)報(bào)警，當(dāng)進(jìn)站壓力＞1.2MPa時(shí)低壓泄壓閥泄壓。當(dāng)壓力≤1.2Mpa時(shí),泄壓閥關(guān)閉，當(dāng)壓力≤1.15Mpa時(shí),系統(tǒng)停止報(bào)警。

當(dāng)出站壓力＞4.45MPa時(shí),系統(tǒng)報(bào)警，當(dāng)出站壓力＞4.5MPa時(shí)高壓泄壓閥泄壓。當(dāng)壓力≤4.5Mpa時(shí),泄壓閥關(guān)閉，當(dāng)壓力≤4.45Mpa時(shí),系統(tǒng)停止報(bào)警。 出站壓力高于4.6MPa時(shí)，壓力開關(guān)起跳，系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)停泵。

3）輸油機(jī)泵監(jiān)測(cè)、保護(hù)

站控系統(tǒng)對(duì)輸油機(jī)泵各項(xiàng)保護(hù)儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在系統(tǒng)上設(shè)置報(bào)警、聯(lián)鎖停泵的臨界值。以首站701油庫(kù)為例，如表3所示。

表3 輸油機(jī)泵保護(hù)參數(shù)設(shè)定值

4）控制流程

在操作員工作站控制流程界面上顯示電動(dòng)閥、輸油泵狀態(tài)，各種儀表運(yùn)行參數(shù)，如進(jìn)出站壓力、溫度、泵進(jìn)、出口壓力、變頻器頻率、調(diào)節(jié)閥開度、油品瞬時(shí)流量等,點(diǎn)擊相應(yīng)的電動(dòng)閥、泵或調(diào)節(jié)閥圖符，會(huì)彈出操作面板，方便操作員進(jìn)行開閥、關(guān)閥、啟泵、停泵等操作。在狀態(tài)欄中顯示的“站控/中控”表示控制方式為中心還是站場(chǎng)，“綜合復(fù)位”用于復(fù)位一般性故障，如偏差報(bào)警等，“ESD復(fù)位”，用于復(fù)位ESD命令。

3 結(jié)束語(yǔ)

克烏原油管道作為油氣儲(chǔ)運(yùn)公司目前運(yùn)行的主要管道之一，無(wú)論是管道運(yùn)行工況還是具備的各項(xiàng)技術(shù)條件，都為全線建立SCADA系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的環(huán)境，這也為系統(tǒng)的成功投產(chǎn)和穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。SCADA系統(tǒng)在克烏原油管道上的應(yīng)用，也為油氣儲(chǔ)運(yùn)公司其它管道自動(dòng)化系統(tǒng)的搭建積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，具有一定的借鑒價(jià)值。□

[1] 高志斌,陳洪業(yè),徐磊.SCADA系統(tǒng)在尼日長(zhǎng)輸原油管道的應(yīng)用[J].儀器儀表用戶,2013,01(1):60-61.

[2]楊筱蘅,張國(guó)忠.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M].東營(yíng):石油大學(xué)出版社,1996.

[3]吳愛國(guó),何信.油氣長(zhǎng)輸管道SCADA系統(tǒng)技術(shù)綜述.油氣儲(chǔ)運(yùn),2000,19(3):43-46.