劉智廣（湛江南海西部石油勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東 湛江524057）

0 引言

為了保障南海海洋油田開(kāi)發(fā)，支持鉆井平臺(tái)開(kāi)展鉆井、完井、修井作業(yè)，為海上各作業(yè)區(qū)塊補(bǔ)充日常生產(chǎn)作業(yè)消耗的物資，儲(chǔ)存、周轉(zhuǎn)；供應(yīng)海上工作人員生活保障物資，這是中海油海南基地重要任務(wù)?，F(xiàn)在僅僅介紹“海南馬村港中海油碼頭”經(jīng)營(yíng)的鉆井作業(yè)用灰料(水泥、土粉、重晶石)的儲(chǔ)存、供應(yīng)能力，儲(chǔ)存、運(yùn)輸設(shè)備配置的技術(shù)水平，操作、管理自動(dòng)化程度。

本項(xiàng)目基于海南馬村港中海油碼頭吹灰裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，為大型儲(chǔ)灰基地及碼頭的吹灰裝置自動(dòng)控制設(shè)計(jì)提供成熟的技術(shù)理論指導(dǎo)。海南碼頭一期工程建有三條作業(yè)線，有儲(chǔ)灰罐區(qū)、吹灰下料房、吹灰料倉(cāng)庫(kù)、除塵裝置、空壓機(jī)房、現(xiàn)場(chǎng)辦公室等輔助設(shè)施組成。三條作業(yè)線分別為水泥運(yùn)送、土粉、重晶石作業(yè)線。

每條作業(yè)線都配有：1 臺(tái)“自動(dòng)破袋機(jī)”、2 臺(tái)發(fā)送罐、30 臺(tái)儲(chǔ)灰罐、－套除塵裝置和共用一座空壓站(三臺(tái)螺桿壓縮機(jī)等設(shè)備)、5個(gè)DCS操作站。三條作業(yè)線都有類似的作業(yè)和相似的工藝流程，但每種料都有其唯一性，操控要作用到唯一的編號(hào)的設(shè)備、元件。

1 吹灰系統(tǒng)概述

1.1 吹灰裝置作業(yè)線功能

（1）灰料裝罐：“袋裝料”灰料經(jīng)皮帶輸送到“自動(dòng)破袋機(jī)”破袋，灰料自流下至A/B兩個(gè)有“收發(fā)料功能”的發(fā)送罐，兩發(fā)送罐并聯(lián)成一組，即當(dāng)一個(gè)罐進(jìn)行裝料，另一個(gè)罐進(jìn)行卸料。

（2）灰料裝船：每種灰料的儲(chǔ)灰罐用管線鋪到碼頭前沿泊位接口，經(jīng)接口管線對(duì)“多用工作船”上儲(chǔ)灰罐裝載灰料，即灰料裝船作業(yè)。

（3）灰料卸船：上述工況反之，工藝流程為；鉆井平臺(tái)儲(chǔ)灰罐→管道→船儲(chǔ)灰罐；船航運(yùn)回基地碼頭；船儲(chǔ)灰罐→管道→基地儲(chǔ)灰罐。

（4）灰料倒罐：倒罐工藝流程簡(jiǎn)化為：儲(chǔ)灰罐→管道→另一儲(chǔ)灰罐。目的是防止灰料結(jié)塊或清出空罐。

（5）灰料混料：水泥儲(chǔ)灰罐15 臺(tái)中有5 個(gè)儲(chǔ)灰罐為“混料罐”其中兩混料三個(gè)儲(chǔ)灰罐儲(chǔ)存混料。

1.2 吹灰站工藝流程

1.2.1 工藝流程簡(jiǎn)介

吹灰站的灰料輸送路線有以下幾種，參見(jiàn)圖1。

（1）儲(chǔ)灰罐裝料：叉車→皮帶輸機(jī)→自動(dòng)破袋機(jī)→收發(fā)送罐→閥門和道→儲(chǔ)灰罐；

（2）儲(chǔ)灰罐卸料：灰料從儲(chǔ)灰罐→閥門和管道→多用工作船上儲(chǔ)灰罐；

（3）儲(chǔ)灰罐倒罐：灰料從某儲(chǔ)灰罐→另一儲(chǔ)灰罐，灰料在儲(chǔ)灰罐間運(yùn)送；

（4）儲(chǔ)灰罐混料：裝有多種配比料的儲(chǔ)灰罐，在混料罐間倒罐使配比灰料均勻混合；

1.2.2 實(shí)施工藝流程

（1）手動(dòng)控制，操作操控對(duì)象是手動(dòng)閥門開(kāi)關(guān)、單體設(shè)備啟停，觀察測(cè)量工藝系統(tǒng)參數(shù)；

（2）遙控操作，為實(shí)施工藝遙控操作，系統(tǒng)配置電控氣動(dòng)蝶閥、各種壓力傳感器、稱重儀料、料面儀、濕度儀等元件； 配置PLC系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)界面(HMI)觀察系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量參數(shù)，遙控操作設(shè)備和電控氣動(dòng)蝶閥，按工況遙控操作開(kāi)通工藝流程。

（3）自動(dòng)控制，根據(jù)四種工藝工況編制各種程序，由DCS系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行主程序和各子程序完成操作要求的作業(yè)。

1.2.3 程序控制執(zhí)行的工序

圖1 .吹灰站工藝流程示意圖

（1）吹灰系統(tǒng)中的儲(chǔ)灰罐都有兩個(gè)功能，既接受灰料，又發(fā)送儲(chǔ)倉(cāng)灰料兩個(gè)功能轉(zhuǎn)換是控制儲(chǔ)灰罐上的氣動(dòng)蝶閥，開(kāi)通閥門儲(chǔ)灰罐的“內(nèi)件”投入工作；關(guān)閉閥門“內(nèi)件”退出相應(yīng)的工作。

（2）儲(chǔ)灰罐結(jié)構(gòu)與內(nèi)外無(wú)件配置，以吹灰系統(tǒng)工作在裝料工況為例說(shuō)明：

圖3 .灰罐元件圖

圖2 中各元件作用說(shuō)明如下閥門A 儲(chǔ)灰罐進(jìn)料閥、閥門C儲(chǔ)灰罐接除塵系統(tǒng)閥、閥門H 儲(chǔ)灰罐灰料流化閥、閥門G 儲(chǔ)灰罐加壓閥、閥門E 儲(chǔ)灰罐裝船閥、閥門B、F 隔離閥、閥門D 儲(chǔ)灰罐倒罐閥、閥門J、K吹灰管道中運(yùn)送灰料助吹閥，WT稱重傳感器、PIT儲(chǔ)灰罐內(nèi)壓力傳感器。在自動(dòng)吹灰作業(yè)中，操作組合這些閥門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和對(duì)灰料的實(shí)時(shí)重量(WT)值、儲(chǔ)灰罐內(nèi)氣壓(P)值的采集，采集信息用與設(shè)定值比較判別發(fā)出執(zhí)行指令、或報(bào)警。

2 DCS控制的應(yīng)用程序編制

介紹了系統(tǒng)中硬件配置，有了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吹灰作業(yè)可能。吹灰作業(yè)方法，可用手動(dòng)、遙控和程序控制三種；對(duì)四種灰料每種灰料四種吹灰作業(yè)操作工藝，分析發(fā)現(xiàn)四種灰料吹送工藝中每種灰料需編的程序在行運(yùn)中所控制元件間的邏輯關(guān)系是相同的，所以工藝編制程序流程是相同的。

2.1 編制程序原理

（1）檢查自動(dòng)吹灰作業(yè)初始條件；DCS控制系統(tǒng)工作正常、儲(chǔ)灰罐灰量清楚并自動(dòng)顯示儲(chǔ)灰罐列表；實(shí)時(shí)測(cè)出風(fēng)壓和露點(diǎn)正常、啟動(dòng)“皮帶輸機(jī)”和“自動(dòng)破袋機(jī)”運(yùn)行正常無(wú)報(bào)警；實(shí)時(shí)測(cè)出空罐、閥門在關(guān)閉狀態(tài)。

（2）分析吹灰工藝特征；儲(chǔ)灰罐“裝料”工況，控制進(jìn)料閥門A 打開(kāi)、除塵閥門C 打開(kāi)，結(jié)合送料流程有關(guān)管道的助吹風(fēng)閥K1K2 打開(kāi)，儲(chǔ)灰罐稱重儀工作，實(shí)時(shí)發(fā)送裝料重量數(shù)據(jù)，壓力發(fā)送器實(shí)時(shí)發(fā)送儲(chǔ)灰罐“裝料”工況壓力數(shù)據(jù)和送灰時(shí)管道壓力數(shù)據(jù)；發(fā)送罐A“裝料”工況，接“自動(dòng)破袋機(jī)”進(jìn)料閥門A打開(kāi)、除塵閥門C 打開(kāi)；發(fā)送罐B“卸料”工況，灰料流化閥門H 打開(kāi)、出料閥E打開(kāi)、送料加壓閥門G打開(kāi)。

（3）標(biāo)定稱重儀，記錄儲(chǔ)存每個(gè)儲(chǔ)灰罐的灰料滿罐噸重，共計(jì)36 個(gè)灰料稱重標(biāo)定重量值。滿罐設(shè)定為程序“1”；空罐/不滿罐為程序“0”。

2.2 吹灰自動(dòng)程序流程

程序檢查自動(dòng)吹灰作業(yè)初始條件，DCS控制系統(tǒng)、灰量，空儲(chǔ)灰罐列表；壓縮風(fēng)的風(fēng)壓和露點(diǎn)、“皮帶輸機(jī)”和“自動(dòng)破袋機(jī)”運(yùn)行正常；實(shí)時(shí)測(cè)出交替連續(xù)工作發(fā)送罐A/B至少有一個(gè)空罐、所閥門在關(guān)閉狀態(tài)、管道正常、除塵系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

程序設(shè)定罐內(nèi)灰料量滿為“1”態(tài)/不滿為“0”態(tài)。判別若是“0”態(tài)，則調(diào)用發(fā)送罐的“裝料子程序”；是“1”態(tài)調(diào)用發(fā)送罐的“卸料子程序”。

卸料子程序或裝料子程序編制是由于在自動(dòng)吹灰作業(yè)中，罐在裝料工況下，控制罐的進(jìn)料閥門開(kāi)、排氣閥開(kāi)、助力吹灰閥門動(dòng)作開(kāi)通邏輯組合是固定的，并會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，其編成子程序(程序塊)可在主程序運(yùn)行中斷，插入控制罐裝料或退出程序塊停止裝料。所以水泥料共有17個(gè)卸料程序塊和17個(gè)裝料程序塊，土粉共有7個(gè)卸料程序塊和7個(gè)裝料程序塊，重晶石共有12(10＋2)個(gè)卸料程序塊和12個(gè)裝料程序塊。

2.2.1 裝罐程序

裝罐程序要使A 發(fā)送罐裝料→料裝滿罐→發(fā)送罐卸料；B發(fā)送罐空罐接著裝料，兩發(fā)送罐裝料、卸料交替工作，儲(chǔ)灰罐連續(xù)不斷裝料；若儲(chǔ)灰罐儲(chǔ)滿，發(fā)信啟動(dòng)第二空儲(chǔ)灰罐接著裝料后，停裝料；當(dāng)該儲(chǔ)灰罐又裝滿，發(fā)信啟動(dòng)第三空儲(chǔ)灰罐裝料后停裝，如此繼續(xù)，直止“袋裝料”儲(chǔ)存計(jì)劃完成，結(jié)束裝罐程序，所有控制回到初始狀態(tài)，閥門全關(guān)閉。

2.2.2 倒罐程序

兩儲(chǔ)灰罐倒罐時(shí)，選擇目標(biāo)“0”態(tài)A儲(chǔ)灰罐倒罐由程序控制插入裝料程序塊和選擇目標(biāo)“1”態(tài)B儲(chǔ)灰罐由程序控制插入卸料程序塊；A 罐B 罐之間管道路由助力吹灰閥門K1K2 打開(kāi)；；啟動(dòng)倒罐程序，開(kāi)始1態(tài)B儲(chǔ)灰罐卸料→路由管道→0態(tài)A儲(chǔ)灰罐卸料→1 態(tài)B 儲(chǔ)灰罐壓力P=P3 時(shí)，發(fā)信→退B 儲(chǔ)灰罐卸料和A儲(chǔ)灰罐裝料，倒罐工作結(jié)束。

2.2.3 混料程序

實(shí)質(zhì)是倒罐程序特殊用法。是在15 個(gè)水泥儲(chǔ)灰罐中取相鄰五個(gè)作為混料倒罐，若某號(hào)儲(chǔ)灰罐裝有多種灰料，灰料需均勻混合，混料程序控制原則與倒罐程序同理，是在控制二罐倒罐的基礎(chǔ)上作循環(huán)的次數(shù)控制編制的。

3 吹灰系統(tǒng)自動(dòng)系統(tǒng)：

3.1 手動(dòng)操作

操作員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作設(shè)備和閥門開(kāi)關(guān)觀察閥位；

3.2 遙控操作

操作員在控制站的人機(jī)界面(HMI)調(diào)出工藝流程圖檢查系統(tǒng)初始條件如閥門(全關(guān)閉)并在遙控狀況、罐稱重(正常)、風(fēng)壓(正常)等元件正常；現(xiàn)場(chǎng)/遙控啟動(dòng)皮帶運(yùn)輸機(jī)、自動(dòng)破袋機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，上述初始條件滿足后，操作員以鼠標(biāo)遙控畫(huà)面閥門，觀察壓力、稱重儀表窗口數(shù)值變化分析后作出判斷，罐的功能是否需要從儲(chǔ)倉(cāng)轉(zhuǎn)變倉(cāng)泵或反之轉(zhuǎn)變，或結(jié)束工作。操作員在控制站的人機(jī)界面(HMI)調(diào)出工藝流程圖上操作員以“鼠標(biāo)/鍵盤”遙控吹灰工藝中相關(guān)閥門開(kāi)通、設(shè)備起/停，實(shí)現(xiàn)三種灰料的裝罐、倒罐、裝船、卸車/船作業(yè)。

3.2.1 吹灰作業(yè)程序自動(dòng)控制

操作員從控制站的人機(jī)界面(HMI)目錄表，根據(jù)任務(wù)(裝船/裝罐/倒罐/混料/車或船卸料)調(diào)出相應(yīng)的工藝流程圖；檢查輔助系統(tǒng)運(yùn)行無(wú)故障報(bào)警；用鼠標(biāo)點(diǎn)激圖上的“符號(hào)元件”設(shè)定參與任務(wù)的“罐”和“吹灰路由”；從程序表中選擇執(zhí)行任務(wù)的控制程序(裝船程序/裝罐程序/倒罐程序/混料程序/車或船卸料程序)。正常運(yùn)行吹灰作業(yè)程序能自動(dòng)完一宗吹灰作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本項(xiàng)目重點(diǎn)研究灰料（水泥、土粉、重晶石）的裝料，卸料，倒罐及混料四種工藝狀況，分析灰料輸送設(shè)備要求，組成流程操作特性，研究灰罐稱重及除塵影響因素，編制吹灰系統(tǒng)DCS 自動(dòng)控制程序，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)控制吹灰，提高吹灰效率，較少人員配置和勞動(dòng)強(qiáng)度。