傅天昱

中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道西安輸油氣分公司，陜西西安 710018

長(zhǎng)輸管道運(yùn)行期間，由于線路改線、規(guī)劃變更等原因會(huì)進(jìn)行場(chǎng)站改造，乃至整體性搬遷。以蘭鄭長(zhǎng)成品油管道咸陽(yáng)輸油站為例，由于站控室改建，整個(gè)站控系統(tǒng)需要整體物理搬遷。蘭鄭長(zhǎng)成品油管道自動(dòng)化控制水平較高，輸油設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)備關(guān)聯(lián)較緊密；同時(shí)，日常輸油任務(wù)較為飽滿(mǎn)，允許間隙停輸?shù)臅r(shí)間短。在這種情況下，如何做到整體搬遷，又盡量避免給正常輸油生產(chǎn)帶來(lái)擾動(dòng)并保證管道安全，是管道運(yùn)行管理者面臨的一項(xiàng)技術(shù)難題。蘭鄭長(zhǎng)管道咸陽(yáng)站有多條管道進(jìn)出，工藝流程復(fù)雜，輸油設(shè)備種類(lèi)繁多，這些因素更增加了改造本身的難度。本文以咸陽(yáng)站站控室的搬遷作為參考實(shí)例，討論在未大幅度改變管道運(yùn)行計(jì)劃的前提下，物理性地遷移控制系統(tǒng)設(shè)備的可行性。

1 咸陽(yáng)站基本概況

咸陽(yáng)輸油站為一級(jí)調(diào)控場(chǎng)站，工藝流程均由北京油氣調(diào)控中心操作。站場(chǎng)內(nèi)主要流程包括：蘭鄭長(zhǎng)干線蘭咸段進(jìn)庫(kù)流程、咸鄭段外輸流程、蘭鄭段壓力越站流程、慶陽(yáng)支線進(jìn)庫(kù)流程（單管敷設(shè)，順序輸送）和長(zhǎng)慶支線進(jìn)庫(kù)流程（三管同溝敷設(shè)）；主要功能包括：場(chǎng)站ESD 功能、管道壓力保護(hù)和泵機(jī)組保護(hù)功能；主要設(shè)備包括：外輸泵機(jī)組3套、調(diào)節(jié)閥6個(gè)、泄壓罐2 座、先導(dǎo)式泄壓閥3臺(tái)、污油罐1 座、可燃?xì)怏w和火焰報(bào)警系統(tǒng)1套、流量計(jì)3臺(tái)；主要控制系統(tǒng)包括：SCADA 工作站2臺(tái)、電氣綜保系統(tǒng)1臺(tái)、站場(chǎng)PLC 系統(tǒng)1套、ESD 功能PLC 1套、流量計(jì)算機(jī)3臺(tái)。

2 控制系統(tǒng)搬遷的難點(diǎn)分析

控制系統(tǒng)物理性遷移中存在兩個(gè)主要難點(diǎn)：一是管道運(yùn)行計(jì)劃與施工工期的相互配合，二是由工程其他因素（如資金）帶來(lái)的設(shè)備利舊的可行性。

一般而言，制訂成品油管道運(yùn)行計(jì)劃時(shí)，應(yīng)對(duì)批次、輸送順序、市場(chǎng)需求、泵的最小連續(xù)穩(wěn)定流量、流量計(jì)工作范圍、管道最小輸量約束和各站場(chǎng)的罐容約束等進(jìn)行綜合考量[1]，一般由高級(jí)別調(diào)控中心安排，計(jì)劃形成后幾乎不許更改。而在搬遷過(guò)程中最大的擾動(dòng)因素也就是輸油計(jì)劃的實(shí)施。

從經(jīng)營(yíng)角度而言，控制系統(tǒng)的搬遷不能造成管道運(yùn)行成本的大幅度提升或當(dāng)前在用設(shè)備和輸送油品的大量損失。這就意味著控制系統(tǒng)在搬遷中應(yīng)盡可能地利舊，以此降低管道運(yùn)營(yíng)的無(wú)形損失。

從運(yùn)行角度，尤其對(duì)于多線路匯聚的場(chǎng)站，不同線路的運(yùn)行工況不同，不同工況下采用的保護(hù)邏輯也不同。在同一場(chǎng)站中，既有基于線路工況設(shè)計(jì)的保護(hù)邏輯，也有按照?qǐng)稣静煌瑓^(qū)域而設(shè)計(jì)的保護(hù)邏輯，在運(yùn)行中勢(shì)必存在相互影響，在遷移過(guò)程中必然要使用安全儀表系統(tǒng)的屏蔽或旁路功能以達(dá)到系統(tǒng)不受現(xiàn)場(chǎng)儀表影響的目的[2]，由此在一定程度上降低了場(chǎng)站運(yùn)行的安全性。

3 無(wú)擾動(dòng)搬遷的可行性分析

3.1 無(wú)擾動(dòng)搬遷的基本思路

無(wú)擾動(dòng)搬遷是以輸油計(jì)劃為依托，以配合正常輸油計(jì)劃為前提開(kāi)展的搬遷活動(dòng)。管道輸油計(jì)劃是以各線路運(yùn)行工況進(jìn)行編制的，搬遷活動(dòng)也要以各線路運(yùn)行為前提。按照線路運(yùn)行工況分別搬遷，以達(dá)到不擾動(dòng)輸油計(jì)劃的目的。這就意味著大量的設(shè)備是不能利舊的，需要重新購(gòu)置并提前完成架構(gòu)。需要先期架構(gòu)的系統(tǒng)主要是電力系統(tǒng)構(gòu)建和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建，這是一種隱性條件的搬遷[3-4]。

3.2 無(wú)擾動(dòng)搬遷的前置條件

前置條件包括軟件和硬件條件。軟件條件主要指在遷移前控制程序的改編和拆解、網(wǎng)絡(luò)和通信業(yè)務(wù)的再次配置；硬件條件指電力設(shè)備、部分SCADA設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等非利舊設(shè)備的提前構(gòu)建。

如果工程要求盡量利舊，就需要進(jìn)一步在前期將現(xiàn)有控制系統(tǒng)進(jìn)行一定程度的改組，在硬件接線和軟件架構(gòu)上都改組為按照不同線路進(jìn)行設(shè)備組合，以求有利于在最短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)備搬遷，而在搬遷過(guò)程中勢(shì)必在一定程度上降低場(chǎng)站運(yùn)行的可靠性。

控制程序方面：將現(xiàn)有程序進(jìn)行改編和拆解，將原有按功能進(jìn)行劃分的子程序重新進(jìn)行組合，最終形成依照管道劃分的子程序模塊。如有ESD 程序，同樣按照管道進(jìn)行劃分。

電力和網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備方面：這部分設(shè)備不可利舊，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)角度看，因?yàn)樵诎徇w過(guò)程中，事實(shí)上是形成了兩個(gè)場(chǎng)站，而且在搬遷期間兩個(gè)場(chǎng)站均需要運(yùn)行，故而網(wǎng)絡(luò)上不存在利舊的可能性，連帶電力設(shè)備不可利舊。在硬件資源架設(shè)完畢后，需要對(duì)中心和新架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備重新進(jìn)行配置，配置內(nèi)容和構(gòu)建新場(chǎng)站網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似[5]。

3.3 無(wú)擾動(dòng)搬遷的大致步驟

通過(guò)以上分析可知，在一定的條件下，多線路場(chǎng)站的無(wú)擾動(dòng)搬遷并非不可能，但搬遷方式相對(duì)單一，視工藝復(fù)雜程度影響工期長(zhǎng)度。大致步驟如下：

（1）先期架構(gòu)。在這個(gè)階段完成電力設(shè)備安裝、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)資源分配。這一階段工作主要是不利舊設(shè)備的安裝和初期調(diào)試，既包括新安裝的，也包括中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的重新配置。

（2）先期改造。在這個(gè)階段完成程序的變形、PLC 硬件變形，主要工作是可利舊設(shè)備的改裝和變形，為之后的搬遷做好硬件和軟件方面的準(zhǔn)備。這一階段與前一階段可以同時(shí)進(jìn)行，也可以分別進(jìn)行，視工程可使用的資源分配情況而定。這兩個(gè)階段的結(jié)束也表明搬遷前期準(zhǔn)備工作結(jié)束。

（3）第一次搬遷。在這個(gè)階段完成部分利舊設(shè)備的搬遷，包括但不僅限于冗余設(shè)備的拆解、新程序載入、現(xiàn)場(chǎng)部分設(shè)備的重新接線和第一次綜合調(diào)試。主要工作是在邏輯上重新構(gòu)建一個(gè)場(chǎng)站，并完成設(shè)備綜合調(diào)試。這個(gè)階段是整個(gè)搬遷過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)最高的階段，原有的冗余配置被打破，新設(shè)備可靠性還無(wú)從驗(yàn)證，此時(shí)場(chǎng)站控制可靠性極低，如果新構(gòu)建的設(shè)備無(wú)法接入新控制系統(tǒng)，就有可能出現(xiàn)全站失控的局面，必須考慮到全站不能實(shí)現(xiàn)自控的可能性，并預(yù)備好應(yīng)急處置措施和各項(xiàng)資源。

（4）后續(xù)搬遷。在這個(gè)階段完成剩余部分線路的設(shè)備接線和綜合調(diào)試，是一個(gè)可能會(huì)重復(fù)多次的階段，主要工作就是完成剩余接線的搬遷和調(diào)試，最終完成完整的程序上載和全站綜合調(diào)試。

（5）配置恢復(fù)。接線完成后可以按照需要恢復(fù)原有程序、網(wǎng)絡(luò)和PLC 硬件配置，在這個(gè)階段即可恢復(fù)設(shè)備的冗余要求，此時(shí)場(chǎng)站可靠性恢復(fù)至原有水平，主要搬遷工作結(jié)束。

（6）剩余設(shè)備的重組和處理。這一階段不影響場(chǎng)站運(yùn)行，主要是設(shè)備可用性的評(píng)價(jià)及資產(chǎn)清點(diǎn)。

3.4 無(wú)擾動(dòng)搬遷的效益分析

根據(jù)上述分析可以得出幾個(gè)結(jié)論：

（1）無(wú)擾動(dòng)搬遷的工期一定偏長(zhǎng)。工期越長(zhǎng)勢(shì)必資金投入越多，工程管理的風(fēng)險(xiǎn)越大，對(duì)于經(jīng)營(yíng)和安全管理都存在不利因素。但通過(guò)與集成商的接洽以及適時(shí)的工程管理措施，這些因素的影響會(huì)降低，從工程總體角度而言，對(duì)工程總體影響不大。

（2）設(shè)備利舊的范圍有限。從經(jīng)營(yíng)角度而言，設(shè)備利舊無(wú)疑是降低成本的重要方面，同時(shí)也是無(wú)擾動(dòng)搬遷的核心問(wèn)題之一。但從生產(chǎn)管理的角度而言，不利舊不代表沒(méi)有好處，例如在重新采購(gòu)中就可以充分考慮購(gòu)買(mǎi)更新、運(yùn)行更穩(wěn)定的替代設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件升級(jí)，既延長(zhǎng)了系統(tǒng)使用壽命，又可以規(guī)避由于老舊設(shè)備停產(chǎn)帶來(lái)的維護(hù)上的不便利。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，利舊范圍最大可以擴(kuò)展到全部的PLC 設(shè)備和少量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這需要綜合考量運(yùn)行成本和采購(gòu)成本，再?zèng)Q定是否進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)搬遷。

（3）無(wú)擾動(dòng)搬遷的過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)依然存在。從生產(chǎn)管理角度看，無(wú)擾動(dòng)搬遷帶來(lái)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)是很大的，增加了運(yùn)行管理難度和工作量，對(duì)工程施工人員和場(chǎng)站運(yùn)行人員的素質(zhì)都提出了很高的要求，加之工期較長(zhǎng)，使得高風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)疑增加了運(yùn)行中的不確定因素。

4 以咸陽(yáng)站為假想模型的站控室無(wú)擾動(dòng)搬遷的具體規(guī)劃和措施

若以咸陽(yáng)站為基本參考模型進(jìn)行規(guī)劃，站控室的搬遷規(guī)劃為5個(gè)階段：

（1）先期構(gòu)架部分電源和網(wǎng)絡(luò)。在這一階段完成新的UPS 電源安裝、光傳輸設(shè)備的架構(gòu)，利用管道運(yùn)行的窗口期完成光纜布置。

（2）先期實(shí)施部分軟件修改及數(shù)據(jù)庫(kù)臨時(shí)組態(tài)。這一階段完成新站控室的網(wǎng)絡(luò)資源配置及對(duì)應(yīng)的中控網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)；將PLC 程序按管道的不同進(jìn)行模塊化改組；將PLC 硬件接線按照不同管道分別集中。

（3）第一次搬遷。硬件部分完成1臺(tái)工作站、1臺(tái)PLC 處理器、1臺(tái)ESD 系統(tǒng)PLC 處理器、1臺(tái)交換機(jī)、1臺(tái)路由器及本次處于窗口期管道對(duì)應(yīng)設(shè)備的搬遷，重新接線并配合調(diào)控中心的整體調(diào)試。值得注意的是，完成這一步后，原有場(chǎng)站的冗余配置被打破，控制系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)最高的時(shí)期。

（4）第二次至第四次搬遷。這一階段完成剩余管道對(duì)應(yīng)設(shè)備的重組和接線，以及對(duì)應(yīng)管道程序功能的上載。

（5）系統(tǒng)功能的全面恢復(fù)。在這個(gè)階段完成系統(tǒng)冗余功能的恢復(fù)。

利舊的設(shè)備有：SCADA 工作站、PLC 硬件、ESD 系統(tǒng)PLC 硬件、交換機(jī)、路由器，即多數(shù)具備冗余功能的設(shè)備。

為了實(shí)現(xiàn)搬遷而又不對(duì)正常輸油生產(chǎn)產(chǎn)生擾動(dòng)，采取了如下措施：

第一，放棄原有冗余功能。

第二，充分考慮生產(chǎn)設(shè)備手動(dòng)操作條件。

第三，編制專(zhuān)門(mén)的失控處置方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

安全、平穩(wěn)和可控始終是輸油管道運(yùn)行的基本要求，無(wú)擾動(dòng)搬遷站控系統(tǒng)是多線路場(chǎng)站搬遷中一種較為貼近理想運(yùn)行狀態(tài)的命題。對(duì)于現(xiàn)實(shí)輸油場(chǎng)站而言，搬遷工作工期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高，如何做到輸油生產(chǎn)和改造工程的同時(shí)進(jìn)行，盡量減少站控系統(tǒng)搬遷對(duì)管道正常輸油生產(chǎn)的擾動(dòng)，值得我們不斷研究和探索。