陳鵬 孫玥 姚婷

摘 要：隨著工業(yè)計算機自動控制技術(shù)的發(fā)展和普及，構(gòu)建油田集輸泵站關(guān)鍵安全節(jié)點自動控制系統(tǒng)已成為可能。本文從降低現(xiàn)場操作人員操作強度，提高站庫安全生產(chǎn)的角度出發(fā)，介紹目前油田基層泵站自動監(jiān)控系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀，討論確立油田基層集輸泵站關(guān)鍵監(jiān)控節(jié)點的原則，并提出構(gòu)建節(jié)點自動控制系統(tǒng)的方法，從而實現(xiàn)泵站突發(fā)事件的響應(yīng)和處理自動化，確保集輸泵站的生產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：集輸泵站；關(guān)鍵節(jié)點；自動響應(yīng)

前言

作為油田油氣生產(chǎn)的重要一環(huán)，集輸泵站有著工藝流程相對復(fù)雜，現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，站內(nèi)生產(chǎn)工藝環(huán)環(huán)相扣的特點，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)問題時，會對整個上下游油水井的生產(chǎn)造成較大影響。

近年來，隨著計算機自動監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，各采油廠在基層泵站均不同程度推廣使用了計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了泵站生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遠程實時監(jiān)測，大大提升了現(xiàn)場操作人員對現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)的實時掌握程度，有效保證了集輸泵站的安全運行。

本文從油田泵站現(xiàn)有計算機監(jiān)控系統(tǒng)出發(fā)，討論構(gòu)建泵站內(nèi)關(guān)鍵生產(chǎn)節(jié)點自動控制系統(tǒng)的方案，達到泵站內(nèi)生產(chǎn)節(jié)點事故自動判斷、自動響應(yīng)，自動處理的目標，提高泵站運行安全性。

泵站自動監(jiān)控系統(tǒng)使用現(xiàn)狀

油氣集輸泵站是油田油氣生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，由于是24小時連續(xù)生產(chǎn)，在生產(chǎn)運行過程中難免會遇到電網(wǎng)掉電、現(xiàn)場運行設(shè)備故障等現(xiàn)象。泵站上游環(huán)節(jié)的采油隊計量站故障，可能影響到數(shù)口油水井生產(chǎn)，而集輸泵站故障則可能影響到數(shù)個采油隊數(shù)百口油水井的生產(chǎn)，甚至釀成重大事故。因而，油氣集輸泵站的安全生產(chǎn)歷來都被各個采油廠作為安全重點加以監(jiān)控。

隨著計算機自動監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，目前油田各基層集輸泵站都不同程度推廣了計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了泵站現(xiàn)場設(shè)備壓力、液位、流量、溫度及電機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，大大提高了生產(chǎn)安全性。

基層泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)上大致經(jīng)歷了兩個過程：監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。

1.SCADA（監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）

SCADA系統(tǒng)采用了“查詢—處理”模式，由設(shè)在調(diào)度中心的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對設(shè)在生產(chǎn)現(xiàn)場的控制系統(tǒng)進行定期巡回查詢，連續(xù)采集各現(xiàn)場操作設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并向現(xiàn)場發(fā)出操作和調(diào)整指令，采用對點式及多點式的查詢——處理方式。

該系統(tǒng)在布線時采用點對點布置，抗干擾性較強，但存在掉電后現(xiàn)場數(shù)據(jù)丟失的問題，需要設(shè)置不間斷電源。隨著設(shè)置的監(jiān)控點增多，對計算機性能要求也相應(yīng)提高。此外，由于數(shù)據(jù)采用的是對點式的專用傳輸系統(tǒng)，安裝成本較高，數(shù)據(jù)共享的實現(xiàn)較為困難，現(xiàn)已基本淘汰。

2.FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）

FCS系統(tǒng)采用了總線通信方式，打破了傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用的一對一設(shè)備連線模式?？刂乒δ芸刹灰蕾嚳刂剖矣嬎銠C而直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了系統(tǒng)分布控制。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)三個部分組成。與傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)相比，硬件數(shù)量減少，便于安裝維護。同時具有高度分散性，它可以由現(xiàn)場設(shè)備組成自治回路，可完成控制的基本功能，并可以隨時診斷設(shè)備的運行情況，便于分析故障原因并及時排除。

自動響應(yīng)調(diào)控節(jié)點的選擇原則

常規(guī)集輸泵站主要分為油、水、氣三套基本流程。各個流程間的相關(guān)性都較強，但各個設(shè)備在生產(chǎn)過程中的重要程度卻不盡相同，因而，應(yīng)當(dāng)對站內(nèi)自動調(diào)控點進行級別劃分。劃分響應(yīng)級別的目的，是為了根據(jù)泵站內(nèi)油、水、氣的特性和故障可能造成的危害后果，設(shè)置相應(yīng)的響應(yīng)級別，從而構(gòu)建出合理的節(jié)點控制系統(tǒng)，達到突發(fā)故障的分級響應(yīng)。

在響應(yīng)級別劃分上，我們可以根據(jù)故障危害，將響應(yīng)級別劃分為高、中、低三級，如電網(wǎng)掉電的級別響應(yīng)應(yīng)設(shè)為高級，泵故障停運的級別設(shè)定為中級，其它故障設(shè)為低級，具體劃分可依據(jù)各站實際流程來確定。

例如，出現(xiàn)原油脫水泵故障停運時，常規(guī)人工操作步驟為：停運加熱爐→關(guān)閉故障脫水泵→啟運備用泵→運行加熱爐→分析排除故障。此時，應(yīng)考慮將加熱爐與脫水泵作為一個控制節(jié)點。根據(jù)各泵站實際工藝流程，劃分出合理的控制節(jié)點和節(jié)點響應(yīng)級別，有針對地開發(fā)出相應(yīng)節(jié)點自動控制系統(tǒng)，才能提高泵站運行的安全性和自動化程度。

構(gòu)建節(jié)點自動控制系統(tǒng)

構(gòu)建出合理的控制節(jié)點，我們可以設(shè)計出節(jié)點自動控制系統(tǒng)的工作原理。從操作智能化的角度考慮，還可以在人工檢查完成后增加自動啟運程序。

以泵站原油處理鏈中的脫水泵故障停運為例，我們可以構(gòu)建如下響應(yīng)流程：脫水泵故障停運→控制系統(tǒng)采樣判斷→系統(tǒng)發(fā)出報警→自動切斷加熱爐供油供電→自動關(guān)閉脫水泵出口→顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)并記錄。

在對應(yīng)的硬件改造方面，同樣以上述故障為例，在不對現(xiàn)有生產(chǎn)流程進行大規(guī)模改造的基礎(chǔ)上，可通過在脫水泵出口管線上增加旁通電磁閥，加熱爐供油電磁閥與電路斷路器等方式，達到脫水泵加熱爐控制節(jié)點的事故自動響應(yīng)。

節(jié)點控制系統(tǒng)的構(gòu)建，關(guān)鍵問題是要實現(xiàn)不同流程、不同崗位的數(shù)據(jù)共享，其目的是實現(xiàn)不同崗位間的響應(yīng)協(xié)調(diào)。

由于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）在通訊協(xié)議上是公開的，不同廠家的設(shè)備之間可以進行互聯(lián)并實現(xiàn)信息交換，用戶可以按自己的需要和對象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。同時，可以通過工業(yè)PC機內(nèi)總線插槽的PC接口板與現(xiàn)場總線網(wǎng)段連接，通過擴展PCI接口卡的方式組成總線系統(tǒng)，實現(xiàn)總線網(wǎng)段的擴展，達到不同協(xié)議間的多臺計算機現(xiàn)場數(shù)據(jù)共享。采用這種方式，還可以實現(xiàn)多臺計算機聯(lián)動，擴充生產(chǎn)現(xiàn)場參數(shù)的監(jiān)測數(shù)目，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的自動共享。

節(jié)點自動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

可以預(yù)見，隨著計算機自動監(jiān)控技術(shù)的進一步完善和發(fā)展，節(jié)點自動控制系統(tǒng)可以在油田油氣生產(chǎn)過程中發(fā)揮出色的作用。用發(fā)展的觀點審視節(jié)點自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)未來的發(fā)展方向有以下幾個：

1.系統(tǒng)小型化、專業(yè)化及智能化

從發(fā)展趨勢上看，節(jié)點自動控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)向著系統(tǒng)小型化、專業(yè)化和智能化的方向發(fā)展。

目前油氣集輸泵站自動監(jiān)控系統(tǒng)功能相對單一，僅能完成自動監(jiān)測功能，擴展相應(yīng)的控制功能，一方面會增加計算機系統(tǒng)的運行負荷，另一方面，實現(xiàn)站內(nèi)所有現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)的完全監(jiān)控也有一定困難。因而，針對特殊流程和關(guān)鍵流程，可以開發(fā)制作出專門的節(jié)點控制系統(tǒng)，例如采用單板機微處理芯片對特殊工藝流程實現(xiàn)智能程序控制，可以大大縮小設(shè)備體積，提高功能針對性，節(jié)約開發(fā)使用成本。

根據(jù)集輸泵站的常規(guī)工藝設(shè)備，可以嘗試設(shè)計開發(fā)有針對性的通用控制系統(tǒng)，增加系統(tǒng)的通用性，便于后期整個控制系統(tǒng)的維護。

2.實現(xiàn)站內(nèi)全流程的系統(tǒng)響應(yīng)和自動處理

由于泵站內(nèi)工藝流程的系統(tǒng)相關(guān)程度較高，除構(gòu)建如脫水泵—加熱爐這樣的基本節(jié)點控制系統(tǒng)外，還可根據(jù)泵站實際情況將節(jié)點概念擴大化。

例如，將站內(nèi)整個原油處理流程、整個污水處理流程分別作為一個節(jié)點考慮，結(jié)合每個基本節(jié)點控制系統(tǒng)，整合全站的自動控制系統(tǒng)。這樣設(shè)計開發(fā)出的節(jié)點自動控制系統(tǒng)，將更具有全局調(diào)控性，會大大提升整個泵站的生產(chǎn)協(xié)調(diào)。

3.實現(xiàn)采油隊—泵站、泵站—輸氣隊、泵站—注水隊的聯(lián)動響應(yīng)

由于集輸泵站在整個油氣生產(chǎn)過程中起著承上啟下的作用，采油隊、輸氣隊、注水隊等泵站的上下級流程具有相互影響，相互制約的特點。

從提高油氣生產(chǎn)全局自動化的角度出發(fā)，未來節(jié)點自動控制系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)將泵站的上下級相關(guān)流程均作為一個系統(tǒng)中加以考慮，增加采油隊、輸氣隊、注水隊等相關(guān)生產(chǎn)單位的的故障響應(yīng)，從而達到整個油氣生產(chǎn)系統(tǒng)的響應(yīng)自動化。

結(jié)束語

隨著計算機自動監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，充分發(fā)揮計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)在油田油氣集輸泵站的作用，可以減輕現(xiàn)場操作人員的操作強度，避免人為操作失誤導(dǎo)致的事故發(fā)生，確保整個油氣生產(chǎn)流程鏈的正常運行。

構(gòu)建節(jié)點自動響應(yīng)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)集輸泵站故障響應(yīng)和應(yīng)急處理自動化，可以大幅提高集輸泵站現(xiàn)場運行安全性，提高現(xiàn)場設(shè)備操作自動化，在油田保油增產(chǎn)過程中發(fā)揮出重要的作用。