滿明石++吳振寧++田寒月

[摘 要]成品油管道作為現(xiàn)代國(guó)家能源建設(shè)的重要組成部分，具有距離長(zhǎng)、范圍廣、生產(chǎn)指揮難度大的特點(diǎn)。為保證管道安全平穩(wěn)運(yùn)行，必須對(duì)管道輸油進(jìn)行適時(shí)的操作監(jiān)督與精準(zhǔn)的運(yùn)行控制。傳統(tǒng)的電話指揮、人工記錄、逐級(jí)匯報(bào)的長(zhǎng)輸管道監(jiān)控方式因反應(yīng)過(guò)緩、任務(wù)過(guò)重，已難以滿足密閉輸送協(xié)調(diào)運(yùn)行、供需變化及安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。因此，必須建立成品油管道數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition，簡(jiǎn)稱SCADA），確保輸油管道集中指揮和統(tǒng)一管理，提高生產(chǎn)調(diào)度速度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度快速化、數(shù)字化、信息化戰(zhàn)略，從而確保管線安全、平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]輸油控制 SCADA 數(shù)字化管理

中圖分類號(hào)：F524 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）19-0148-01

1 輸油自動(dòng)調(diào)控現(xiàn)狀

1.1 輸油調(diào)控難點(diǎn)

長(zhǎng)輸管道企業(yè)單位地理位置分布分散，與管理部門之間距離較遠(yuǎn)。長(zhǎng)輸管道所處地理環(huán)境，一般來(lái)說(shuō)比較惡劣，常處在野外的山谷階地、黃土塬、沙漠、海灘、草原、沼澤中，需要跨越河流、山谷、鐵道、公路、村莊等，而且有些海拔相對(duì)較高。這些特點(diǎn)使管理部門及時(shí)準(zhǔn)確了解基層生產(chǎn)單位生產(chǎn)狀況和迅速下達(dá)指令十分困難，而且生產(chǎn)操作人員的生產(chǎn)和生活條件十分艱苦。雖然管道的中間站比首末站需要監(jiān)測(cè)、操作、控制的參數(shù)少，方法也簡(jiǎn)單一些，但也有一些不依靠自動(dòng)化技術(shù)難以解決的問(wèn)題如密閉輸油管道水擊保護(hù)控制、全線緊急停車、站控系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)、爐泵聯(lián)鎖等，使得油品輸送管道的生產(chǎn)越來(lái)越需要依靠自動(dòng)化技術(shù)提高生產(chǎn)的效率和效益。

1.2 SCADA系統(tǒng)簡(jiǎn)介

SCADA系統(tǒng)對(duì)輸油過(guò)程工藝變量進(jìn)行自動(dòng)采集、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，節(jié)省人力并極大地降低了生產(chǎn)人員面臨惡劣工作環(huán)境的可能性，保證了工作在第一線的人員的安全；各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)，實(shí)現(xiàn)各站到調(diào)度中心、調(diào)度中心到公司的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集；系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)裝置和儀表的運(yùn)行狀況，極大地提高了生產(chǎn)和運(yùn)行管理的及時(shí)性和準(zhǔn)確性； SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用，為管道運(yùn)行管理自動(dòng)化提供了硬件體系和底層運(yùn)行自動(dòng)化的基礎(chǔ)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控傳輸系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)將進(jìn)一步完善輸油管道數(shù)字化建設(shè)，改進(jìn)輸油企業(yè)信息管理的模式，真正達(dá)到輸油企業(yè)數(shù)據(jù)信息資源的共享【1】。

2 輸油站自動(dòng)控制要求

（1） 輸油泵機(jī)組控制。輸油泵機(jī)組直接影響到管道安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此對(duì)與輸油泵機(jī)組安全運(yùn)行關(guān)系重大的變量進(jìn)行檢測(cè)并采用報(bào)警裝置進(jìn)行預(yù)報(bào)警；泵機(jī)組控制包括啟、?？刂疲?lián)鎖保護(hù)控制等。

（2） 加熱爐（或稱熱交換系統(tǒng)）控制：靖咸管道原油輸送時(shí)，通過(guò)加熱爐加熱提高原油溫度使油品粘度降低，減少摩阻損失，降低管輸壓力；使管內(nèi)最低油溫維持在凝點(diǎn)以上，保證安全輸送。在加熱輸送過(guò)程中為保證加熱爐運(yùn)行安全可靠，滿足輸油工藝對(duì)原油熱溫度的要求，提高熱效率，降低能耗，需要對(duì)加熱爐運(yùn)行過(guò)程變量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)主要過(guò)程變量進(jìn)行控制。自動(dòng)點(diǎn)火（啟動(dòng)）和停爐控制、報(bào)警與停爐聯(lián)鎖保護(hù)控制、爐出口溫度控制（燃油流量控制）、燃燒控制（煙道氣含氧量控制）、爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)等。

（3） 油罐液位控制

油罐液位超高限、超低限時(shí)，發(fā)出信號(hào)進(jìn)行流程切換，避免溢罐或抽空；油溫低限報(bào)警則啟動(dòng)加熱系統(tǒng)。

（4） 原油計(jì)量及標(biāo)定

原油計(jì)量及標(biāo)定系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)及報(bào)警量有：流量、流量計(jì)后壓力、流量計(jì)后溫度、過(guò)濾器前后差壓、密度、含水等。

（5） 清管器收、發(fā)系統(tǒng)控制

清管器收、發(fā)系統(tǒng)控制包括首站清管器發(fā)送、末站接收，中間站收、發(fā)或通過(guò)的順序控制。操作程序由站控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制。操作過(guò)程可在站控室或控制中心的CRT上顯示。清管器收、發(fā)及通過(guò)也可以通過(guò)手動(dòng)來(lái)完成。

（6） 壓力調(diào)節(jié)與水擊控制系統(tǒng)

對(duì)密閉輸送管道來(lái)說(shuō)，壓力調(diào)節(jié)與水擊控制是必須予以重視的問(wèn)題。它們是保證輸油主泵和管道安全運(yùn)行所必不可少的措施。楊山站壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)用于控制泵站的進(jìn)泵壓力不低于泵允許的最低吸入壓力，出站壓力不高于管線的最高允許操作壓力。所謂水擊，是指在有壓管道中運(yùn)動(dòng)著的液體，由于閥門或水泵突然關(guān)閉，或其他因素使得液體速度和動(dòng)量發(fā)生急劇變化，從而引起液體壓力的驟然變化，這種現(xiàn)象稱為水擊。水擊所產(chǎn)生的增壓波和減壓波交替進(jìn)行，對(duì)管壁或閥門的沖擊作用猶如錘擊一樣，故又稱為水錘。楊山站采用三級(jí)保護(hù)方案抑制水擊：泵入口壓力高泄放保護(hù)、泵入口壓力超高泄放保護(hù)和硬線停泵保護(hù)，此外，還有供配電系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警與消防、污水處理等控制系統(tǒng)【2】。

3 基于調(diào)控目標(biāo)的系統(tǒng)組成

（1）泵機(jī)組是輸油管道核心設(shè)備。泵的安全運(yùn)行直接關(guān)系到生產(chǎn)的平穩(wěn)安全運(yùn)行。因此，需要對(duì)泵的運(yùn)行設(shè)計(jì)控制方案，保證泵在允許限度范圍內(nèi)運(yùn)行。泵機(jī)組的控制包括：泵機(jī)組的啟、停操作，聯(lián)鎖保護(hù)等。泵機(jī)組的啟、停操作。泵機(jī)組上安裝有關(guān)閉（OFF）手動(dòng)（HAND）—自動(dòng)（AUTOMATIC）三個(gè)檔位的現(xiàn)場(chǎng)選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有人進(jìn)行維護(hù)時(shí)，將選擇開(kāi)關(guān)置于“OFF”位置，使泵機(jī)組處于閉鎖狀態(tài)，不能進(jìn)行啟、停操作，以保護(hù)維護(hù)人員的安全；在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)時(shí)，需要啟停泵時(shí)，將選擇開(kāi)關(guān)置于“HAND”位置，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)人工啟停機(jī)泵。為了避免遠(yuǎn)程操作給現(xiàn)場(chǎng)人員帶來(lái)傷害或損壞機(jī)泵，在上述兩種位置時(shí)，站控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能將被禁止。只有選擇開(kāi)關(guān)在“AUTOMATIC”位置時(shí)，才允許在站控或中心控制室遠(yuǎn)程啟、停泵機(jī)組。泵機(jī)組的遠(yuǎn)程啟、停操作，通過(guò)繼電器系統(tǒng)以編制好的程序由站控系統(tǒng)或控制中心的人機(jī)界面發(fā)出控制指令。此外，每臺(tái)泵機(jī)組還安裝有緊急停車裝置。該裝置安裝在站控室內(nèi)，一旦發(fā)生意外情況，可以遠(yuǎn)方手動(dòng)緊急停車。泵機(jī)組的聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)泵吸入壓力低低報(bào)警、泵排出壓力高高報(bào)警、泵殼溫度高高報(bào)警、泵及電機(jī)軸承溫度高高報(bào)警、電機(jī)定子溫度高高報(bào)警、泵殼及電機(jī)軸承振動(dòng)量高高報(bào)警、電源故障報(bào)警、接地嚴(yán)重故障報(bào)警、泵排出流量低低報(bào)警中的任何一項(xiàng)報(bào)警時(shí)立即停泵。并且，在上述參量值恢復(fù)正常之前保護(hù)系統(tǒng)將禁止泵機(jī)組重新啟動(dòng)【3】。

（2）為把原油順利地從油田輸往各地，需要給原油以動(dòng)能和熱能。靖咸輸油管線采用采用加熱輸送的辦法。通過(guò)加熱使原油溫度升高，防止輸送過(guò)程中原油管道中凝結(jié)，減少結(jié)蠟，降低動(dòng)能損耗。按油流是否通過(guò)加熱爐管，加熱爐分為直接加熱與間接加熱兩種方。前者在加熱爐中直接加熱油流，后者是使熱媒通過(guò)加熱爐提高溫度后，進(jìn)入換熱器中加熱原油。直接加熱方式不如間接加熱方式安全，適應(yīng)流量變化的靈活性差，有爐管過(guò)熱原油結(jié)焦的危險(xiǎn)；在間接加熱系統(tǒng)中，熱媒泵要消耗額外動(dòng)力，原油與熱媒在換熱器中二次換熱將降低系統(tǒng)效率。隨著加熱爐的自動(dòng)控制、運(yùn)行監(jiān)測(cè)、超限報(bào)警、自動(dòng)點(diǎn)火及停爐等系統(tǒng)的完善，直接加熱爐的安全性、靈活性更為切實(shí)可行，這種加熱方式具有加熱爐熱負(fù)荷大，升溫速度快、加熱溫度高，不需中間傳熱介質(zhì)，設(shè)備簡(jiǎn)單、耗鋼少、投資省等優(yōu)點(diǎn)。

（3）為保證加熱爐安全、可靠、高效的運(yùn)行，必須對(duì)加熱爐運(yùn)行過(guò)程變量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)主要過(guò)程變量進(jìn)行控制。為操作運(yùn)行方便，每臺(tái)爐設(shè)置一套單獨(dú)的控制系統(tǒng)，獨(dú)立對(duì)該爐進(jìn)行監(jiān)控。楊山站加熱爐溫度監(jiān)控參數(shù)有：爐入口溫度；爐出口溫度；爐管壁溫度；爐膛溫度等。流量參數(shù)有：燃?xì)饬髁浚豢諝饬髁?；原油流量。此外，還有煙道氣含氧量監(jiān)控；爐膛火焰監(jiān)視；爐膛負(fù)壓監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

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