馬海洲 郭曉燕 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院

遼河油田天然氣管輸計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

馬海洲 郭曉燕 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院

自動(dòng)控制系統(tǒng)是指在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守的狀態(tài)下，利用計(jì)算機(jī)和機(jī)器設(shè)備來(lái)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程的管理和監(jiān)控。遼河油田天然氣管道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要采取三級(jí)控制模式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行管控，設(shè)置1個(gè)管道全線調(diào)度控制中心，在調(diào)壓站配置站控系統(tǒng)SCS、遠(yuǎn)程控制和截?cái)嚅y室。計(jì)算機(jī)自動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了遼河油田所處地理位置、周圍環(huán)境以及自身特點(diǎn)，嚴(yán)格按照國(guó)內(nèi)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范建設(shè)，該系統(tǒng)高效的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)以及調(diào)度控制功能在該工程中得到極大的體現(xiàn)。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制可靠性高、操作靈活性強(qiáng)，確保了天然氣輸送的安全運(yùn)行。

遼河油田；管輸；數(shù)據(jù)采集；調(diào)度控制中心；調(diào)壓站

天然氣、石油和煤是不可再生能源，無(wú)規(guī)劃的浪費(fèi)對(duì)我國(guó)能源戰(zhàn)略安全將構(gòu)成嚴(yán)重的影響。然而天然氣自身具有易燃易爆等特點(diǎn)，決定了其在開(kāi)采和管輸工程中需要投入更高的技術(shù)，對(duì)天然氣開(kāi)采、儲(chǔ)運(yùn)的合理化和安全化有利于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，提高人民的生活質(zhì)量。天然氣在管輸過(guò)程中若出現(xiàn)泄漏、破壞，可能造成火災(zāi)爆炸事故，給管道周圍公共場(chǎng)所和環(huán)境帶來(lái)污染。因此，隨著天然氣越來(lái)越多的進(jìn)入人民生活，對(duì)天然氣管輸工程安全管理變得越來(lái)越重要，將計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)引進(jìn)到天然氣管輸工程中，將實(shí)現(xiàn)天然氣管輸工程可視化，實(shí)時(shí)監(jiān)控天然氣在輸送過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的變化，進(jìn)一步提高天然氣管道的安全管理水平[1]。

1 管道輸送工程基本情況

遼河油田天然氣管道建設(shè)比較復(fù)雜，周圍具有較多的葦田和濕地，其管輸工程干線途經(jīng)油氣調(diào)度中心1個(gè)、調(diào)壓站8座和閥室9個(gè)，設(shè)計(jì)輸氣量為29×108m3/a，橫跨盤(pán)錦、錦州、鞍山3個(gè)城市，管線全長(zhǎng)約400km。利用的舊管道線總長(zhǎng)約101.1 km，在此基礎(chǔ)上新建的天然氣管輸線路總長(zhǎng)約145.4km。采用的舊管線主要包括：①已建的坨（坨子里調(diào)壓站）鞍（鞍山末站）輸油管線輸氣88km（DN400mm，PN6.3MPa）；②利用洼三站至D820集氣管線13.1km（DN500mm，PN1.6MPa）。負(fù)責(zé)坨子里調(diào)壓站給金馬油田輸氣[2]。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

自動(dòng)控制系統(tǒng)是指在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守的狀態(tài)下，利用計(jì)算機(jī)和機(jī)器設(shè)備來(lái)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程的管理和監(jiān)控。

遼河油田天然氣管道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要采取三級(jí)控制模式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行管控，包括：①調(diào)度中心遠(yuǎn)程監(jiān)視；②站場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；③就地操作。利用SCADA系統(tǒng)上Web服務(wù)器交互方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)可視化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)瀏覽和查詢界面監(jiān)控，工作人員能及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)管輸情況，便于將生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)在整個(gè)系統(tǒng)中共享[3]。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則包括：

（1）恪守國(guó)家法律法規(guī)，按照國(guó)內(nèi)外最新的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范設(shè)計(jì)。

（2）輸氣站場(chǎng)實(shí)現(xiàn)操作無(wú)人化，有人值守的管理，環(huán)保衛(wèi)生的生產(chǎn)理念。

（3）采用滿足工藝條件、性價(jià)比高的先進(jìn)控制系統(tǒng)以及設(shè)備，而且被證明成熟的工藝產(chǎn)品。

（4）計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、預(yù)判、調(diào)度運(yùn)行參數(shù)等確保最優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)化。

（5）計(jì)算機(jī)自動(dòng)、連續(xù)、不間斷監(jiān)控天然氣管輸運(yùn)行過(guò)程，安全預(yù)警系統(tǒng)管控，確保安全生產(chǎn)。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

SCADA系統(tǒng)即監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，目前在西氣東輸管道工程中應(yīng)用十分廣泛。該系統(tǒng)在遼河油田天然氣管輸計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制過(guò)程中，充分發(fā)揮了其數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的時(shí)效性，而且在生產(chǎn)運(yùn)行中能調(diào)度、優(yōu)化和管理輸氣參數(shù)。設(shè)置1個(gè)管道全線調(diào)度控制中心，在調(diào)壓站配置站控系統(tǒng)SCS、遠(yuǎn)程控制室和截?cái)嚅y室[4]。

（1）調(diào)度控制中心。監(jiān)控各站控系統(tǒng)SCS工作和采集各站控系統(tǒng)SCS記錄的管道運(yùn)行數(shù)據(jù)，調(diào)度控制中心的管理員通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以查詢管道運(yùn)行參數(shù)（管輸壓力、溫度、密度、流量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)）等信息，通過(guò)分析參數(shù)變化趨勢(shì)，實(shí)時(shí)管理和調(diào)控天然氣管輸過(guò)程，還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)完成天然氣貿(mào)易結(jié)算以及輸送計(jì)劃等任務(wù)。調(diào)度控制中心的工作原理如圖1所示。

圖1 調(diào)度控制中心工作原理

（2）調(diào)壓站。遼河油田的天然氣調(diào)壓站采用10M/100M工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)建立接入和傳輸平臺(tái)，來(lái)完成數(shù)據(jù)傳輸；采用鏈狀拓?fù)浼夹g(shù)，再由光纜將各調(diào)壓站數(shù)據(jù)傳回油氣調(diào)度管理中心；可視化的視頻圖像主要采用光纖工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)傳輸?shù)秸{(diào)度控制中心部門(mén)。鞍山調(diào)壓站與金馬調(diào)壓站除外，它們主要采用無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖像的傳輸。

3 控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在遼河油田天然氣管輸工程應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在調(diào)壓橇、火氣系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、計(jì)量系統(tǒng)和控制閥等方面[5]。

（1）調(diào)壓橇。遼河油田天然氣站場(chǎng)均采用調(diào)壓橇裝型式，配備壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過(guò)調(diào)壓橇一主一備兩個(gè)回路來(lái)控制天然氣管道輸送壓力。為了在安全狀態(tài)下運(yùn)行，分別在主備兩個(gè)回路設(shè)置二臺(tái)自力式調(diào)節(jié)閥（工作調(diào)壓閥和監(jiān)控調(diào)壓閥）和一臺(tái)安全切斷閥，實(shí)現(xiàn)主備回路工作模式自動(dòng)切換，并且調(diào)壓橇設(shè)置相應(yīng)的管件、閥門(mén)和壓力表，這樣管輸運(yùn)行信息能夠順利地傳回站控系統(tǒng)，確保輸氣管道壓力正常。

（2）可燃?xì)怏w與火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置可燃?xì)怏w與火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，主要是為了確保管理人員、輸氣管線以及站場(chǎng)工藝設(shè)施的安全?？扇?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)氣體管道的泄漏，采用可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)來(lái)識(shí)別并將信號(hào)傳回站控中心；同時(shí)站場(chǎng)鍋爐房和控制室等設(shè)置有可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)，一旦氣體濃度超過(guò)安全值，立刻發(fā)出聲、光等報(bào)警信號(hào)。站場(chǎng)控制室室內(nèi)安裝了感煙、感溫探測(cè)器以及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，室外安裝警笛、警燈和手動(dòng)報(bào)警裝置，防范火災(zāi)出現(xiàn)。所有可燃?xì)怏w報(bào)警信號(hào)和火災(zāi)信號(hào)首先傳到站控中心，再由站控中心反饋回調(diào)度控制中心，調(diào)度控制中心按照現(xiàn)場(chǎng)情況下達(dá)措施指令。

（3）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由編碼器、解碼器、攝像機(jī)、彩色顯示器構(gòu)成，并且在每個(gè)輸氣站場(chǎng)都設(shè)置一套該系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)攝像機(jī)轉(zhuǎn)化為視頻信號(hào)，首先傳回站場(chǎng)儀表室，再回傳到調(diào)度控制中心。

（4）計(jì)量系統(tǒng)。站控系統(tǒng)采取流量計(jì)算軟件，軟件里面的算法和公式符合《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量（SY/T6143—2004）》標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)高級(jí)孔板閥來(lái)測(cè)量天然氣流量，輸送管道流量壓力和溫度的補(bǔ)給主要是通過(guò)壓力和變送器實(shí)現(xiàn)。同樣運(yùn)行狀態(tài)信息直接傳回站控中心，可以在現(xiàn)場(chǎng)操作室視頻顯示界面上，清晰地顯示出標(biāo)準(zhǔn)工況瞬時(shí)、累積天然氣流量，為后續(xù)決策提供數(shù)據(jù)支持。

（5）控制閥。輸氣站場(chǎng)的控制閥對(duì)天然氣輸送壓力調(diào)控起到至關(guān)重要的作用，主要采取電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)天然氣進(jìn)站、越站緊急關(guān)斷閥及放空閥進(jìn)行控制，采用電磁閥調(diào)控燃?xì)忮仩t進(jìn)口閥。上述閥門(mén)材料材質(zhì)好、密封性好。

4 結(jié)論

遼河油田天然氣管輸計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中各個(gè)站場(chǎng)儀表、閥門(mén)、控制系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件，均采用的是國(guó)內(nèi)先進(jìn)的、最新的設(shè)備，最大限度地提高了系統(tǒng)的質(zhì)量。

計(jì)算機(jī)自動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了遼河油田所處地理位置、周圍環(huán)境以及自身特點(diǎn)，嚴(yán)格按照國(guó)內(nèi)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范建設(shè)，該系統(tǒng)高效的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及調(diào)度控制功能在工程中得到極大的體現(xiàn)。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制可靠性高、操作靈活性強(qiáng)，確保了天然氣輸送的安全運(yùn)行。

[1]陸德民．石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[2]高艷萍．計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在油田泵站中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2013，32（10）：95-96.

[3]陳永武.“西氣東輸”展現(xiàn)中國(guó)管道工業(yè)輝煌[J]．天然氣工業(yè)，2003，23（4）：21-23.

[4]張書(shū)成，單新宇，蔣昌星，等．長(zhǎng)慶氣田自動(dòng)排液系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)[J]．石油化工應(yīng)用，2007，26（1）：40-43.

[5]梅云新．中國(guó)管道運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展與建設(shè)[J]．交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2005，5（2）：108-115.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.045