李麗年　馬 磊

（中海油能源發(fā)展油田建設工程設計研發(fā)中心 塘沽300452）

“長青”號FPSO船控臺系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)研究

李麗年馬 磊

（中海油能源發(fā)展油田建設工程設計研發(fā)中心 塘沽300452）

在“長青”號FPSO系統(tǒng)改造中，首次將船控臺系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)。根據(jù)船控臺系統(tǒng)特點，將過程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)和火氣系統(tǒng)分別并入中控系統(tǒng)中，最終可通過中控系統(tǒng)統(tǒng)一動態(tài)顯示生產(chǎn)流程、主要工藝參數(shù)及主要設備運行狀態(tài)，以聲光報警形式顯示FPSO生產(chǎn)和安全的異常狀態(tài)，并定期打印生產(chǎn)報表。在發(fā)生事故的情況下能確保FPSO人員和生產(chǎn)設施的安全，防止環(huán)境污染，將事故造成的影響限制到最小,并能及時準確地探測到可能發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的火情或可燃氣體泄漏，采取相應的安全措施(如報警、關(guān)斷、消防等)，以保護FPSO人員和設備的安全。

FPSO；船控臺；中控系統(tǒng)；控制方法

引 言

“長青”號FPSO原服役于渤中34-2/4油田，現(xiàn)為投產(chǎn)的渤中28-2南油田使用，并更名為“海洋石油102”。將FPSO中原有的船控臺系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)設計， 就是在“長青”號大修改造的背景下，為解決“長青”號原有中控系統(tǒng)控制功能分散而提出的一套全新的解決方案。渤?！伴L青”號FPSO中控盤系統(tǒng)位于浮式生產(chǎn)儲油裝置的中央控制室內(nèi)，它的作用主要是便于集中監(jiān)測和控制。在控制室內(nèi)，除了船本身的控制盤外，工藝部分是由后期新增儀表控制盤部分組成。就浮式生產(chǎn)儲油裝置工藝生產(chǎn)系統(tǒng)而言，為保證其安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。其儀表控制系統(tǒng)由自動檢測系統(tǒng)、報警指示系統(tǒng)、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和應急關(guān)斷系統(tǒng)共同組成。它們既相互獨立，又相互聯(lián)系。

1　船控臺系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)的具體實施方案

在此次改造中，“長青”號的中控系統(tǒng)按照控制功能的不同，分為生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)和火氣系統(tǒng)三個系統(tǒng)。其中，用于全船工藝生產(chǎn)流程參數(shù)監(jiān)控、狀態(tài)顯示及報警的控制系統(tǒng)，稱為生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（Process Control System， 簡稱“PCS”）；用于全船工藝生產(chǎn)流程參數(shù)異常工況下緊急關(guān)斷相關(guān)設備以排除險情、降低損失的控制系統(tǒng)，稱為緊急關(guān)斷系統(tǒng)（Emergency Shutdown System， 簡稱“ESD”）；用于探測全船火災或可燃氣體泄漏情況，并對之采取相應消防措施的控制系統(tǒng)，稱為火氣系統(tǒng)（Fire and Gas System， 簡稱“FGS”）。這三個系統(tǒng)既相互獨立（每個系統(tǒng)都有自己獨立的控制器），又相互聯(lián)系（各控制系統(tǒng)之間可通過上部網(wǎng)絡相互通訊）。將船控臺系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)，便是將船控臺上的IO點位按照功能不同分別納入中控的PCS、ESD和FGS系統(tǒng)，從而形成一個有機整體，實現(xiàn)全船的集中控制［1-3］。

1.1船控臺系統(tǒng)并入中控PCS系統(tǒng)方案

（1）將船控臺系統(tǒng)中與船體設備狀態(tài)顯示、報警及啟/?？刂朴嘘P(guān)的信號點并入中控PCS系統(tǒng)，在具體實施過程中，首先要注意的一點是：原有在船控臺進行設備運行狀態(tài)顯示的指示燈或用來控制設備啟/?？刂频陌粹o，往往是從MCC（Motor Control Center， 馬達控制中心）過來的有源觸點信號，這些信號通常無法直接并入中控系統(tǒng)；其次，還需注意的一點是：某些原本在船控臺監(jiān)控的大型成撬設備在改造過程中如要求更新PLC（Programmable Logic Controller， 可編程邏輯器）控制，可考慮將原有在船控臺硬線監(jiān)控的信號點改為RS485信號上傳至中控PCS顯示。

（2）在將船控臺系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)的過程中，面臨的首要難題就是，原本在船控臺進行狀態(tài)顯示的一些風機和泵類等的運行指示信號，在船控臺全為指示燈，指示燈的電源由電氣MCC直接提供；而且，原有船控臺上一些控制設備（如風機或泵類等）啟/停的控制信號，也是直接以按鈕的形式串在電氣MCC的控制回路里的。如果將這些信號點直接并入中控系統(tǒng)，由于現(xiàn)場過來的信號不是純粹的干觸點信號，而是有源觸點信號，就有可能燒壞中控的IO卡件。

針對這個問題，首先確定出原有船控臺上與電氣相關(guān)的信號點中哪些信號為有源觸點信號，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，在確定下來的原船控臺有源觸點信號點中，有一部分信號點在MCC是有與之功能相近的備用干觸點的（如部分風機或泵類的運行指示信號），對于這些信號點，將其原有的有源觸點信號點改為干觸點形式，信號可直接并入中控。而另外一些無法改為干觸點的有源觸點信號，通過在中控增加隔離繼電器的辦法予以解決。

（3）在將船控臺系統(tǒng)中的有關(guān)信號點并入中控PCS系統(tǒng)的過程中，面臨的另外一個問題便是某些原本在船控臺監(jiān)控的大型成撬設備，如熱介質(zhì)鍋爐，在船控臺上保留了大量的硬線信號（共24個，其中不包括ESD應急關(guān)斷點），這些信號大多是與熱介質(zhì)鍋爐狀態(tài)指示、操作指示及相關(guān)工藝參數(shù)顯示相關(guān)的信號，如果直接并入中控系統(tǒng)，勢必會占用中控系統(tǒng)相當數(shù)量的IO通道；而且，在此次長青號改造中要求熱介質(zhì)鍋爐更新為PLC控制，如果將熱介質(zhì)鍋爐原本在船控臺的硬線信號（ESD點除外）照搬并入中控PCS系統(tǒng)，熱介質(zhì)鍋爐更新PLC控制的優(yōu)勢也就無法充分發(fā)揮。

鑒于以上兩點，現(xiàn)推出一種將熱介質(zhì)鍋爐原本在船控臺的硬線信號（ESD點除外）通過RS485上傳至中控PCS顯示，在ESD系統(tǒng)保留熱介質(zhì)鍋爐硬線應急切斷的改造要求，并確保熱介質(zhì)鍋爐PLC與中控PCS的RS485通信協(xié)議一致。以上方案的實施省去了熱介質(zhì)鍋爐原本在船控臺系統(tǒng)的很多硬線，也省去了中控PCS系統(tǒng)的很多卡件，更重要的是，它使得熱介質(zhì)鍋爐與中控的界面暢通和清晰（2臺熱介質(zhì)鍋爐、2臺PLC、2根RS485通訊纜和2個ESD硬線，僅此而已）。以上改造方案符合現(xiàn)行大型成撬設備的設計理念：整個撬塊采用就地盤控制，少數(shù)重要信號采用硬線上傳，其他參數(shù)采用RS485信號上傳，中控與現(xiàn)場就地盤之間僅通過少數(shù)的幾根硬線和1根RS485通訊纜便可建立起穩(wěn)定的信號傳輸和監(jiān)控功能。

1.2船控臺系統(tǒng)并入ESD系統(tǒng)方案

船控臺系統(tǒng)中與設備緊急關(guān)停相關(guān)的信號點，需要并入ESD系統(tǒng)。在將信號點并入ESD系統(tǒng)的過程中，尤其要注意的一點是要保證中控提供的ESD觸點形式與現(xiàn)場設備需要的觸點形式相一致。按照現(xiàn)行的設計理念，ESD系統(tǒng)給出的關(guān)斷點通常為常閉點，系統(tǒng)動作時，觸點斷開，關(guān)斷設備。這樣，即便在線路發(fā)生斷路的情況下，ESD系統(tǒng)也可立即關(guān)斷相應設備，從而保證了系統(tǒng)關(guān)斷的安全性，即故障安全性設計。

“長青”號船控臺系統(tǒng)并入中控ESD系統(tǒng)的主要關(guān)斷點有熱介質(zhì)鍋爐的應急關(guān)斷點、蒸汽鍋爐的應急關(guān)斷點以及外輸總關(guān)斷閥（CV-76閥）與2臺原油外輸泵和2臺掃艙泵的聯(lián)鎖關(guān)斷點等。其中，原油外輸主干管線的應急關(guān)斷閥CV-76閥與機泵艙兩臺原油外輸泵及2臺掃艙泵的聯(lián)鎖關(guān)斷，簡稱為“CV76閥與4臺泵聯(lián)鎖”。該聯(lián)鎖邏輯要求原油外輸時首先打開CV-76閥，在該閥未打開的情況下，外輸泵和掃艙泵均不能啟動；同時要求外輸結(jié)束時，CV-76閥和外輸泵/掃艙泵要全部關(guān)斷。

針對以上邏輯，閥門遙控臺中用于控制CV-76閥關(guān)斷的電磁閥要求中控為之提供1路24V DC、1.5A的供電電源，且在正常情況下，要求該路電源不帶電；當需要關(guān)斷CV-76閥時，中控帶電，為電磁閥供電，即可關(guān)斷CV-76閥，即要求CV-76閥的關(guān)斷按常開回路設計。將中控關(guān)斷CV-76閥的輸出改為有源（24V DC，2A），常開輸出，從而順利地解決了CV-76閥的關(guān)斷問題。至于4臺泵（2臺原油外輸泵和2臺掃艙泵）的緊急關(guān)停，原本是通過船控臺在電氣高壓盤上實現(xiàn)的，要求為常閉觸點，與現(xiàn)行設計理念相一致，為安全起見，在中控端加隔離繼電器后，可直接并入中控ESD系統(tǒng)。

1.3船控臺系統(tǒng)并入火氣系統(tǒng)方案

船控臺系統(tǒng)中，與火氣消防相聯(lián)系的信號點需并入火氣系統(tǒng)，主要有應急關(guān)斷風機和油泵的5路關(guān)斷信號（生活樓1路，ES1；泵艙1路，ES2；生產(chǎn)甲板1路，ES3；機艙1路，ES4；廚房1路，ES5）以及與消防相關(guān)的泵類（1臺主泡沫泵FPUX-801P、1臺艙底消防泵FPU-P-231、2臺電動消防泵FPU-P-800A/B和1臺柴油消防泵FPU-P-800C）啟/?？刂菩盘?。

由于此次改造中要求儀控系統(tǒng)升級更新，配電系統(tǒng)也要求進行維修且按原功能恢復，所以要提前確認電氣實際需要的觸點形式及容量，確認好中控方面能否滿足其要求，并著重協(xié)商解決雙方不能兼容的一些問題。此次改造中，關(guān)于泵類的啟/?？刂埔约皩τ陲L機和油泵的關(guān)斷接口，兼容性滿足要求。

船控臺系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)的控制框圖見下頁圖1。

2　創(chuàng)新點

將FPSO的船控臺系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)，實現(xiàn)由中控系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控的控制理念，既打破了以往FPSO設計中將船體控制部分與工藝生產(chǎn)控制部分分開設計、分開控制的格局，又與現(xiàn)行海上大規(guī)模油田控制系統(tǒng)中由中控實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控的設計理念相吻合，可以說是基于以往FPSO設計理念上的一次突破［4-5］。

圖1　“長青”號FPSO中控系統(tǒng)改造框圖

3　經(jīng)濟效益

將船控臺系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)，既實現(xiàn)了中控系統(tǒng)的集中控制，又節(jié)省了因更新、維修整套船控臺系統(tǒng)而產(chǎn)生的大量費用。將船控臺系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)而引起的費用增加，主要體現(xiàn)在中控系統(tǒng)因引入船控臺系統(tǒng)中的相關(guān)點位而引起的IO點數(shù)的增加，相對于船控臺維修而產(chǎn)生的大筆費用而言，此項成果的經(jīng)濟效益是不言而喻的。

4　結(jié) 論

文中所提方案是將“長青”號FPSO船控臺并入中控系統(tǒng)，并與單獨升級船控臺系統(tǒng)相比較后得到如下結(jié)果：

（1）實現(xiàn)船控、中控的統(tǒng)一控制，增加控制的可靠性；

（2）淘汰船控臺原有老舊控制系統(tǒng)，提高了控制的安全性；

（3）對于浮式生產(chǎn)儲油輪改造系統(tǒng)，實現(xiàn)中控的高度集中控制；

（4）省去更新、維修船控臺費用，提高項目經(jīng)濟效益。

在滿足規(guī)范標準的前提下，在項目具體實施過程中，針對實際遇到的復雜工況進行優(yōu)化處理，成功實現(xiàn)“長青”號船控臺并入中控系統(tǒng)。

［1］ 胡壽松.自動控制原理［M］.第4版.北京：科學出版社.2001.

［2］ 吳鑫，劉儉飛，姜明軍，等. OPC UA技術(shù)及其在海上采油平臺的應用［J］. 自動化與儀表，2011（12）：33-36.

［3］ 何衍慶.集散控制系統(tǒng)原理及應用［M］.第3版.北京：化學工業(yè)出版社.2009.

［4］ 高志剛. 海洋石油平臺控制系統(tǒng)概況與分析［J］. 科技傳播，2010（19）：99-121.

［5］《海洋石油工程設計指南》編委會.海洋石油工程設計指南［M］.北京：石油工業(yè)出版社， 2007.

On integration of control console system into central control system for Changqing FPSO vessel

LI Li-nian MA Lei
(CNOOC Energy Technology & Services-Oilfi eld Construction Engineering Co. Research & Design Center, Tanggu 300452, China)

During the reformation of Changqing FPSO system, the control console system has been integrated into the central control system for the first time. According to the characteristics of the control console system, Process Control System, Emergency Shutdown System and Fire & Gas System are incorporated into the central control system. Finally, the central control system can dynamically display the production process, main technology parameters and operation condition of main equipments, show abnormal situation of production and safety of FPSO in the form of sound and light alarm, and print production report regularly. At the time of accident, this system can ensure the safety of staff and production facilities on FPSO, prevent environment pollution, minimize the harmful effects of the accident, and timely and accurately detect fire or combustible gas leakage that possibly or already occurred. Then, the corresponding security measures can be imposed to protect the staff and the equipments on FPSO, such as alarm, shutdown, fi re protection, etc.

FPSO; control console; central control system; control method

TP273

A

1001-9855（2015）02-0090-04

2014-09-02；

2014-09-30

李麗年（1983-），男，碩士，工程師，研究方向：儀表設計。馬 磊（1988-），男，碩士，助理工程師，研究方向：儀表設計。