張赴先 遲東輝 陳超 胡登艷 張旭 王云鵬

1大慶油田天然氣分公司規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所

2大慶油田天然氣分公司機(jī)關(guān)

近年來(lái)，油田自然資源量減少、人員遞減、設(shè)備設(shè)施落后的總體趨勢(shì)日益突出，大慶油田天然氣分公司的裝置和管網(wǎng)的自動(dòng)化、智能化改造勢(shì)在必行[1]。需采用先進(jìn)的自動(dòng)化、數(shù)據(jù)信息采集分析、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)等數(shù)字化、信息化技術(shù)來(lái)提升油氣處理裝置自動(dòng)化程度，提高閥組及管道的精細(xì)化調(diào)配能力，打造自動(dòng)預(yù)警、科學(xué)判斷、科學(xué)指揮于一體的生產(chǎn)指揮體系，實(shí)現(xiàn)操作、管理智慧化，最終達(dá)到降本增效、提高設(shè)備設(shè)施的本質(zhì)安全能力、管理科學(xué)及高效的目的[2]。

1 數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀

天然氣分公司已建油氣處理裝置29 套（其中輕烴回收裝置17套，天然氣凈化裝置3套，原油穩(wěn)定裝置9套），增壓站5座，輕烴儲(chǔ)庫(kù)2座，計(jì)量閥組間87 座；輸氣、輸烴、輸油管道216 條，合計(jì)2 027 km；受托管理呼倫貝爾分公司二氧化碳采集、液化、注入業(yè)務(wù)；四站儲(chǔ)氣庫(kù)群先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)已投入生產(chǎn)運(yùn)行，在油田天然氣季節(jié)調(diào)峰中已發(fā)揮重要作用。近年來(lái)，天然氣分公司通過(guò)數(shù)字化站場(chǎng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、生產(chǎn)指揮平臺(tái)建設(shè)，使運(yùn)行分析更加及時(shí)準(zhǔn)確，生產(chǎn)指揮更加科學(xué)高效，生產(chǎn)管理水平持續(xù)提高[3]。

1.1 數(shù)字化站場(chǎng)建設(shè)

天然氣分公司生產(chǎn)布局特點(diǎn)決定了數(shù)字化建設(shè)的必要性和緊迫性。2015 年起，天然氣分公司逐步推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)，開(kāi)展了裝置集中監(jiān)控改造工作，目前已完成25 套油氣處理裝置的集中監(jiān)控改造（尚有4 套裝置計(jì)劃改造）。將裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸至中心控制室，生產(chǎn)崗位由原來(lái)的87 個(gè)整合至目前的33 個(gè)，平均每個(gè)站場(chǎng)精減操作人員6人，優(yōu)化了生產(chǎn)組織模式，提高了本質(zhì)安全能力，進(jìn)一步提升了現(xiàn)代化管理水平。同時(shí)完成了10 座油氣加工裝置和計(jì)量間的安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造工作，實(shí)現(xiàn)了事前預(yù)警、事后追蹤、實(shí)時(shí)顯示等功能，為安全生產(chǎn)提供了保障。

2018 年，實(shí)施了4 座計(jì)量間的集中管控改造，將生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、813計(jì)量系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及可燃?xì)怏w報(bào)警器等數(shù)據(jù)傳輸至中央控制室和生產(chǎn)指揮系統(tǒng)，人員精減6 人，2 座計(jì)量間無(wú)人值守，實(shí)現(xiàn)了人員優(yōu)化配置。

2019年，天然氣分公司在北I-2深冷和南八原穩(wěn)裝置試點(diǎn)“自動(dòng)化工廠”建設(shè)，增設(shè)自動(dòng)控制設(shè)備73 處、參數(shù)預(yù)警98 處。投運(yùn)后員工現(xiàn)場(chǎng)操作頻率由每天78 次減少至25 次，不僅降低了員工在室外的操作強(qiáng)度，提高了工作效率，還有效避免了誤操作，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵部位的泄漏預(yù)警，裝置的安全性能得到進(jìn)一步增強(qiáng)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)方面，進(jìn)一步完善了42 個(gè)生產(chǎn)站隊(duì)和計(jì)量閥組的網(wǎng)絡(luò)鏈路，目前27 個(gè)生產(chǎn)站場(chǎng)、24 個(gè)計(jì)量閥組和所有生產(chǎn)輔助單位共78 個(gè)節(jié)點(diǎn)均接入了油田局域網(wǎng)。

1.3 生產(chǎn)指揮平臺(tái)建設(shè)

自2005 年起，從提高生產(chǎn)效率、降低運(yùn)行成本出發(fā)，針對(duì)生產(chǎn)設(shè)施分散的特點(diǎn)，逐步開(kāi)展了數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、管線巡護(hù)、生產(chǎn)運(yùn)行、應(yīng)急管理、管道完整性、崗位報(bào)表、協(xié)同辦公等生產(chǎn)指揮信息化建設(shè)，完成了1.4 萬(wàn)個(gè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、273 個(gè)視頻點(diǎn)信息的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置、儲(chǔ)庫(kù)、計(jì)量閥組間等設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和在線分析，生產(chǎn)數(shù)據(jù)量近100 TB，報(bào)表統(tǒng)計(jì)時(shí)間縮短80%，使運(yùn)行數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，生產(chǎn)指揮更高效，為生產(chǎn)指揮和專業(yè)管理的數(shù)字化、智能化奠定了基礎(chǔ)。

2 數(shù)字化建設(shè)存在的問(wèn)題

天然氣分公司數(shù)字化建設(shè)具有良好的基礎(chǔ)，起步早、重投入，雖然取得了一些成效，但隨著技術(shù)的快速發(fā)展，距離油田公司要求的“集中監(jiān)控、無(wú)人值守、自動(dòng)控制”的要求還存在較大差距，主要體現(xiàn)在數(shù)字化站場(chǎng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、生產(chǎn)指揮平臺(tái)建設(shè)3個(gè)方面。

2.1 數(shù)字化站場(chǎng)

油氣處理裝置自動(dòng)化程度低，目前深冷、淺冷、原穩(wěn)裝置自動(dòng)控制回路數(shù)平均為110、80、16個(gè)，不具備“全自動(dòng)控制”和關(guān)鍵機(jī)組“一鍵啟?！惫δ?，如果實(shí)現(xiàn)該功能，還需分別增加控制回路數(shù)220、160、40個(gè)。關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行智能化監(jiān)測(cè)和分析預(yù)警的應(yīng)用僅處于研究階段。生產(chǎn)裝置過(guò)程控制系統(tǒng)涉及多個(gè)廠家和多個(gè)型號(hào)，控制系統(tǒng)老舊，58套控制系統(tǒng)中有46套使用年限超過(guò)10年，最長(zhǎng)年限達(dá)27年，性能差，故障率高，維修維護(hù)量大，運(yùn)算速度慢，無(wú)法滿足自動(dòng)化工廠的需求。油氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳數(shù)量共計(jì)14 000個(gè)，仍然有1 200個(gè)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行采集，缺少420塊現(xiàn)場(chǎng)一次表。

2.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)施

天然氣分公司網(wǎng)絡(luò)分布范圍廣，網(wǎng)絡(luò)鏈路敷設(shè)環(huán)境復(fù)雜，上聯(lián)油田企業(yè)網(wǎng)出口涉及信息技術(shù)公司15 個(gè)電話站，網(wǎng)絡(luò)完善難度大。由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備老舊、不具備遠(yuǎn)程管理功能，不能滿足中石油對(duì)交換機(jī)安全基線配置要求，存在信息安全隱患。分公司生產(chǎn)裝置工控網(wǎng)交換機(jī)普遍采用電信級(jí)交換機(jī)，穩(wěn)定性、可靠性不足。

2.3 生產(chǎn)指揮平臺(tái)

現(xiàn)有的天然氣業(yè)務(wù)各應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)老舊，不支持云平臺(tái)運(yùn)行環(huán)境，維護(hù)難度大，運(yùn)行效率低，系統(tǒng)功能不全面、數(shù)據(jù)集成度不高，信息安全性低等問(wèn)題日益凸顯。同時(shí)缺乏統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分析、自動(dòng)預(yù)警和智能決策難度較大，需升級(jí)生產(chǎn)指揮系統(tǒng)。

3 數(shù)字化建設(shè)構(gòu)想

3.1 油氣生產(chǎn)裝置智能化工廠建設(shè)

3.1.1 深冷裝置數(shù)字化建設(shè)

深冷裝置主要?jiǎng)澐譃?個(gè)單元，分別為壓縮單元、脫水單元、冷凍分離單元，工藝原理如圖1所示。油田伴生氣通過(guò)集氣閥組進(jìn)入深冷裝置，經(jīng)壓縮單元增壓后去脫水單元進(jìn)行深度脫水，脫水后原料氣去冷凍分離單元，通過(guò)膨脹機(jī)制冷、丙烷輔助制冷和脫甲烷分離得到干氣和輕烴。

圖1 某深冷裝置工藝原理Fig.1 Praess principle of a cryogenic unit

目前，深冷裝置壓縮機(jī)組控制部分存在的問(wèn)題主要有：裝置自動(dòng)化程度低，裝置控制以手動(dòng)為主，報(bào)警功能不完善；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)，只能采用入口閥截流方式調(diào)解流量，壓損嚴(yán)重，能量利用率低且壓力波動(dòng)大，控制難度高；壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)子系統(tǒng)間控制及通信復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一鍵智能啟車(chē)；在啟車(chē)和運(yùn)行維護(hù)時(shí)，需要現(xiàn)場(chǎng)工作人員時(shí)刻關(guān)注機(jī)組變化，進(jìn)行很多人為操作；機(jī)組控制系統(tǒng)中油路系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)外冷卻系統(tǒng)、相關(guān)冷卻系統(tǒng)和站內(nèi)管路等子系統(tǒng)無(wú)法綜合起來(lái)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制功能；受上游工藝來(lái)氣量波動(dòng)影響，三段出口壓力波動(dòng)大，流量波動(dòng)大。

解決以上問(wèn)題，需進(jìn)行以下改造：

（1）壓縮機(jī)調(diào)速控制。壓縮機(jī)組控制由原來(lái)入口閥控制改為變頻調(diào)速控制，入口閥全開(kāi)；壓縮機(jī)性能控制分為入口流量控制和三段出口壓力控制兩種方式，操作人員可通過(guò)操作按鈕進(jìn)行切換選擇，切換選擇過(guò)程中，流量設(shè)定和壓力設(shè)定實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。當(dāng)流量或壓力檢測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)將立刻發(fā)出報(bào)警，并將操作模式從自動(dòng)模式切換為手動(dòng)操作模式[4]。

（2）壓縮機(jī)一鍵啟動(dòng)改造。潤(rùn)滑油冷卻器及干氣密封系統(tǒng)相關(guān)閥門(mén)均更改為氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，干氣密封系統(tǒng)相關(guān)閥門(mén)更改為氣動(dòng)控制閥，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制；潤(rùn)滑油泵、潤(rùn)滑油箱加熱器、主電動(dòng)機(jī)加熱器等低壓電氣設(shè)備的啟停信號(hào)均由壓縮機(jī)控制系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制；在啟機(jī)前模擬檢測(cè)工作方面，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中增加一個(gè)DCS（集散控制系統(tǒng)）滿足啟機(jī)的輸入信號(hào)，包括電動(dòng)機(jī)吹掃、導(dǎo)熱油、分子篩等，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)加減載調(diào)速、自動(dòng)防喘振控制[5]。

除此以外，計(jì)劃開(kāi)展以下兩個(gè)方面的工作：按照壓縮機(jī)的改造方式對(duì)膨脹機(jī)實(shí)施全自動(dòng)控制改造；按照系統(tǒng)—單元—控制點(diǎn)的邏輯順序，以裝置工藝單元為節(jié)點(diǎn)，以單一控制點(diǎn)為要素，分單元逐點(diǎn)對(duì)功能完善、參數(shù)適應(yīng)、操作影響和安全性等4方面進(jìn)行梳理并進(jìn)行自動(dòng)化改造，增加必要的儀器儀表、自動(dòng)化設(shè)備。通過(guò)數(shù)字化建設(shè)，使裝置實(shí)現(xiàn)“一鍵啟停，全自動(dòng)控制”，參數(shù)調(diào)節(jié)更及時(shí)、更精準(zhǔn)，減少員工操作頻率。

3.1.2 原油穩(wěn)定裝置數(shù)字化建設(shè)

原油穩(wěn)定裝置主要分為原油緩沖和進(jìn)料單元、原油換熱和加熱單元、原油閃蒸和三相分離單元、輕烴儲(chǔ)運(yùn)單元、油吸收單元及排污單元共計(jì)6個(gè)單元，工藝流程如圖2所示。主要工藝原理是對(duì)原油進(jìn)行加熱、閃蒸后分離出天然氣、輕烴、原油，原油回到采油廠。

圖2 某原油穩(wěn)定裝置工藝流程Fig.2 Process flow of a crude oil stabilization unit

目前，原油穩(wěn)定裝置存在的問(wèn)題主要有：裝置自動(dòng)化程度低，裝置控制以手動(dòng)為主；報(bào)警功能不完善；裝置進(jìn)料波動(dòng)大，異常工況無(wú)自適應(yīng)功能；來(lái)油高含水的頻率逐年升高且高含水問(wèn)題日益突出。為此，需從裝置的原油進(jìn)料單元、換熱單元、加熱單元、穩(wěn)定和分離單元、不凝氣常溫油吸收單元分別進(jìn)行優(yōu)化控制，再以輕烴產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量、能耗為控制約束，進(jìn)行裝置整體調(diào)控，實(shí)現(xiàn)裝置全流程優(yōu)化控制。

具體措施如下：

裝置投運(yùn)時(shí)采用手動(dòng)控制，達(dá)到平穩(wěn)控制后，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)切換至裝置全流程控制。

引入動(dòng)態(tài)建?？刂萍夹g(shù)，進(jìn)行PID參數(shù)在線整定和單元優(yōu)化控制，有效克服工藝擾動(dòng)及原料屬性變化對(duì)裝置的影響。原油進(jìn)料單元實(shí)現(xiàn)緩沖罐出口流量動(dòng)態(tài)穩(wěn)定；加熱單元實(shí)現(xiàn)加熱爐出口管線防偏流控制，加熱爐出口管線溫度控制；原油穩(wěn)定及分離單元實(shí)現(xiàn)空冷器出口管線溫度控制，穩(wěn)定塔壓力、穩(wěn)定塔溫度、空冷器出口溫度平穩(wěn)；不凝氣油吸收單元實(shí)現(xiàn)入口壓力穩(wěn)定。輕烴儲(chǔ)運(yùn)和污水排放單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

通過(guò)基準(zhǔn)模型理論分析，與現(xiàn)場(chǎng)工況實(shí)際數(shù)據(jù)校核，采用動(dòng)態(tài)建模技術(shù)，含水率3‰以內(nèi)時(shí)，以裝置產(chǎn)量為約束條件，實(shí)現(xiàn)控制加熱爐出口溫度等工藝參數(shù)；原油高含水率（3‰～8‰）時(shí)，實(shí)現(xiàn)加熱爐出口溫度、穩(wěn)定塔塔頂溫度、塔頂壓力、空冷器出口精準(zhǔn)控制，避免高含水對(duì)裝置的影響；原油超高含水率（8‰）以上時(shí)，實(shí)現(xiàn)裝置來(lái)油自動(dòng)越站、站內(nèi)循環(huán)、加熱爐烘爐自動(dòng)控制，原油含水率在設(shè)定時(shí)間后回到8‰以下，自動(dòng)恢復(fù)裝置正常運(yùn)行。

采用動(dòng)態(tài)建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置整體調(diào)控。以輕烴產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量、能耗為約束條件，設(shè)定裝置原油流量輕烴產(chǎn)量后，裝置各工藝單元按照已設(shè)定最優(yōu)控制點(diǎn)，自動(dòng)調(diào)整加熱爐溫度、塔頂溫度、塔頂壓力、空冷器出口溫度、不凝氣壓縮機(jī)入口壓力等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品產(chǎn)量和效益雙提升。

3.1.3 智能化油氣生產(chǎn)裝置建設(shè)

近年來(lái)，隨著員工隊(duì)伍老齡化嚴(yán)重，退休人員增多，新入廠員工減少，給工作安排和人員管理帶來(lái)了很大的困難。因此，提升裝置生產(chǎn)過(guò)程智能化程度，改變安全管理方式，變?nèi)朔罏榧挤溃瑥亩岣哐b置的自動(dòng)化程度，減少員工勞動(dòng)強(qiáng)度與提高工作效率，是數(shù)字化建設(shè)的發(fā)展要求。

建立三維工廠模型，使管理人員可以遠(yuǎn)程漫游并實(shí)時(shí)查看工藝流程與設(shè)備參數(shù)。將采集到的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展示到3D 可視化模型，在該模型中，管理用戶通過(guò)鼠標(biāo)與模型進(jìn)行交互。當(dāng)用戶鼠標(biāo)停留在某個(gè)設(shè)備上時(shí)，該設(shè)備高亮顯示并彈出氣泡提示諸如設(shè)備規(guī)格、型號(hào)、生產(chǎn)廠家、設(shè)備負(fù)責(zé)人等簡(jiǎn)要的設(shè)備信息，單擊該設(shè)備可跳轉(zhuǎn)至設(shè)備詳細(xì)信息頁(yè)面，并可跳轉(zhuǎn)至該設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃管理頁(yè)面，還可設(shè)置模型中某設(shè)備接近維護(hù)時(shí)限時(shí)在圖上動(dòng)態(tài)高亮提示。管理人員可通過(guò)模型遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)觀測(cè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)情況，建立數(shù)據(jù)分析診斷系統(tǒng)，對(duì)歷史運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖譜分析，預(yù)判故障，并自動(dòng)給出決策建議，減少人為分析查找時(shí)間，提高解決故障的效率[6]。

實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化檢測(cè)。采用非接觸紅外檢測(cè)器、振動(dòng)傳感器、聲學(xué)成像儀、燃?xì)鈾z測(cè)等裝置對(duì)廠區(qū)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，代替人工對(duì)運(yùn)行設(shè)備的溫度、聲音、有無(wú)泄漏等的巡檢工作，將設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況與各項(xiàng)參數(shù)上傳到網(wǎng)絡(luò)，使員工和管理人員可以遠(yuǎn)程掌握[7]。

實(shí)現(xiàn)智能視頻巡檢。通過(guò)與廠區(qū)視頻監(jiān)控進(jìn)行聯(lián)動(dòng)或增設(shè)相對(duì)應(yīng)的高清攝像頭，對(duì)站、廠內(nèi)關(guān)鍵巡檢路線進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻巡檢，并且可以對(duì)巡檢關(guān)鍵點(diǎn)與設(shè)備放大進(jìn)行詳細(xì)查看。根據(jù)實(shí)際需要，制定巡檢周期，聯(lián)動(dòng)云臺(tái)視頻對(duì)巡檢路線上的多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定時(shí)放大查看，如果有異常，則報(bào)警告知。利用系統(tǒng)視頻攝像頭聯(lián)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)電子自動(dòng)巡檢，從而代替人工巡檢，保證裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1.4 變電所無(wú)人值守建設(shè)

天然氣分公司目前共有運(yùn)行電工248人、維修電工86 人，如繼續(xù)按照目前人員配置模式，面臨的主要問(wèn)題是缺員，因此進(jìn)行變電所無(wú)人值守建設(shè)勢(shì)在必行。擬按照無(wú)人值守變電所的相關(guān)要求，從變配電所“五遙”、電氣設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)、消防及安全防范裝置完善、電力專用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等方面著手，建立以SCADA 系統(tǒng)為核心的電力集控中心，對(duì)變電所進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)變電所的管理模式由“電力調(diào)度+N座變配電所”向“1座電力集控中心（含電力調(diào)度）+4 個(gè)控區(qū)”模式的轉(zhuǎn)變，變（配）電所區(qū)域劃分如圖3所示。同時(shí)，在變（配）電所增設(shè)電力巡檢機(jī)器人48 臺(tái)，與電力集控中心進(jìn)行雙向信息交互，包括機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)、巡檢任務(wù)采集到的可見(jiàn)光圖像、紅外成像、表針讀數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等信息，并按照巡檢時(shí)間、任務(wù)、設(shè)備名稱等條件進(jìn)行巡檢數(shù)據(jù)查詢，提高電力系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施智能化監(jiān)測(cè)與預(yù)警能力，最終實(shí)現(xiàn)變配電所的無(wú)人值守。

圖3 變（配）電所分區(qū)域操控圖Fig.3 Regional control diagram of substation and distribution station

3.1.5 計(jì)量間無(wú)人值守建設(shè)

對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、RTU等硬件和軟件進(jìn)行完善，采用分區(qū)塊集中監(jiān)控管理的模式，將59座計(jì)量間按6個(gè)區(qū)塊集中監(jiān)控，達(dá)到計(jì)量間無(wú)人值守，區(qū)塊控制室對(duì)轄區(qū)計(jì)量間統(tǒng)一管理、集中監(jiān)控。通過(guò)無(wú)人值守改造，有效緩解倒班人員不足的問(wèn)題，富余員工可在天然氣分公司范圍內(nèi)合理調(diào)配或充實(shí)到業(yè)務(wù)拓展崗位。

3.1.6 設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能完善

天然氣分公司共有各類壓縮機(jī)111臺(tái)，其中離心壓縮機(jī)13臺(tái)，螺桿壓縮機(jī)18臺(tái)，往復(fù)壓縮機(jī)72臺(tái)，膨脹機(jī)（同軸增壓）8 臺(tái)；大型機(jī)泵359 臺(tái)（套），其中原油泵51 臺(tái)，輕烴泵144 臺(tái)，胺液泵14 臺(tái)，空壓機(jī)組45 套，大型高壓電動(dòng)機(jī)105 臺(tái)。這些壓縮機(jī)和機(jī)泵是油氣處理環(huán)節(jié)的大型關(guān)鍵設(shè)備，其資產(chǎn)原值高、規(guī)格龐大、維護(hù)費(fèi)用高、能耗大、安全影響大，急需引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備監(jiān)測(cè)和維護(hù)技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、在線狀態(tài)監(jiān)控。2017 年，集團(tuán)公司信息管理部啟動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)）項(xiàng)目（C11），C11項(xiàng)目建設(shè)能夠提高重點(diǎn)關(guān)鍵設(shè)備健康感知水平，保障裝備安全、平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)警、預(yù)測(cè)性維護(hù)，保障企業(yè)生產(chǎn)平穩(wěn)。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)傳輸、邊緣接入、工業(yè)大數(shù)據(jù)、通用PaaS、統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)、決策支持管理等共12個(gè)模塊。

2020 年，天然氣分公司預(yù)計(jì)將31 臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，剩余80 臺(tái)壓縮機(jī)和359 臺(tái)大型機(jī)泵還需繼續(xù)立項(xiàng)以完善傳感器、網(wǎng)關(guān)和綜合傳輸設(shè)備，并將運(yùn)行參數(shù)接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)完善，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃性維護(hù)向預(yù)防性維護(hù)轉(zhuǎn)變，防止維修不及時(shí)造成故障擴(kuò)大化，杜絕過(guò)度維修及少修漏修；使分散的技術(shù)人員與各層級(jí)設(shè)備管理人員變?yōu)榧斜O(jiān)測(cè)、專項(xiàng)管理人員，提高診斷分析和設(shè)備管理水平。

3.2 油氣管網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)

3.2.1 集氣、調(diào)氣系統(tǒng)自動(dòng)化建設(shè)

喇薩杏油田天然氣主要為喇薩杏油田伴生氣，其集輸系統(tǒng)大致可分為集氣系統(tǒng)和調(diào)氣系統(tǒng)兩個(gè)部分。該油田共建成與天然氣分公司交接的集氣（增壓）站34 座，集氣（增壓）站至天然氣處理裝置集氣管道40條，線路總長(zhǎng)154.9 km。調(diào)氣系統(tǒng)由增壓站、調(diào)氣管道、閥組組成，承擔(dān)區(qū)域內(nèi)及區(qū)域間的調(diào)氣任務(wù)，共建設(shè)增壓站5座，調(diào)氣管道18條。

天然氣分公司共建有13 座同時(shí)具備集氣、調(diào)氣功能的濕氣閥組，典型流程如圖4所示。

圖4 濕氣閥組典型流程Fig.4 Typical process of wet gas valve group

通過(guò)手動(dòng)閥門(mén)控制進(jìn)入氣處理裝置（這里主要指深冷裝置）和調(diào)氣系統(tǒng)的氣量，其中進(jìn)入調(diào)氣系統(tǒng)的手動(dòng)閥門(mén)處于常開(kāi)狀態(tài)。進(jìn)入調(diào)氣系統(tǒng)的氣量主要由氣處理裝置手動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)進(jìn)行控制，一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)度越小，調(diào)氣量越大。存在的問(wèn)題是：當(dāng)調(diào)氣系統(tǒng)壓力較低時(shí)，由于裝置的手動(dòng)閥門(mén)操作不及時(shí)，氣處理裝置負(fù)荷率在未達(dá)到100%的情況下，閥組濕氣就被調(diào)往其他裝置處理，影響天然氣深冷化率和氣烴產(chǎn)量；另外，調(diào)峰裝置（這里主要指淺冷裝置）濕氣閥組內(nèi)各聯(lián)合站來(lái)氣、調(diào)氣系統(tǒng)壓力信號(hào)采集不完善，且未遠(yuǎn)傳，聯(lián)合站來(lái)氣壓力高時(shí)不能及時(shí)啟動(dòng)調(diào)峰裝置調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，未達(dá)到充分集氣、合理調(diào)氣的目標(biāo)，調(diào)峰裝置作用發(fā)揮不充分，調(diào)氣管網(wǎng)運(yùn)行效率不高。綜合以上兩個(gè)方面的問(wèn)題，將建設(shè)可調(diào)控集氣、調(diào)氣系統(tǒng)，保證各深冷裝置負(fù)荷率，并充分發(fā)揮調(diào)峰裝置的作用，保證全部濕氣進(jìn)入裝置。

集調(diào)氣系統(tǒng)自動(dòng)化建設(shè)思路：①更換主要運(yùn)行裝置（深冷裝置）濕氣閥組內(nèi)進(jìn)入調(diào)氣系統(tǒng)的手動(dòng)閥門(mén)為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，閥位反饋至天然氣分公司調(diào)控中心；②完善調(diào)峰裝置閥組內(nèi)各聯(lián)合站來(lái)氣、調(diào)氣系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)采集并遠(yuǎn)傳，用來(lái)氣和調(diào)氣系統(tǒng)兩者的壓力差去控制調(diào)峰裝置入口電動(dòng)閥門(mén)（需新建）的開(kāi)度，來(lái)氣壓力高時(shí)啟動(dòng)調(diào)峰裝置，盡量多集氣；③調(diào)控中心新建濕氣調(diào)控平臺(tái)，將閥組流量、壓力信號(hào)及調(diào)節(jié)閥信號(hào)傳送至調(diào)控中心，實(shí)現(xiàn)在調(diào)控中心遠(yuǎn)程進(jìn)行集氣、調(diào)氣操作。通過(guò)建設(shè)可調(diào)控集氣、調(diào)氣系統(tǒng)，保證深冷裝置高負(fù)荷率，充分發(fā)揮調(diào)峰裝置作用，最終達(dá)到多處理伴生氣、多產(chǎn)深冷烴的目的[8]。

3.2.2 天然氣長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化建設(shè)

A、B 長(zhǎng)輸管線共設(shè)有9 座閥室，各閥室配有帶爆管檢測(cè)系統(tǒng)控制單元的氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可在線監(jiān)測(cè)管線壓力及壓降速率，實(shí)現(xiàn)超壓報(bào)警及自動(dòng)切斷。存在的主要問(wèn)題有：閥室干線壓力、壓降速率及氣液聯(lián)動(dòng)閥閥位反饋等參數(shù)無(wú)法遠(yuǎn)傳至站隊(duì)及大隊(duì)，閥室氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)啟、關(guān)斷；站場(chǎng)控制系統(tǒng)不完善，目前A長(zhǎng)輸管線首站A1 站無(wú)ESD 站控系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)進(jìn)出站氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程開(kāi)啟、關(guān)斷，且無(wú)連鎖放空等功能；A 長(zhǎng)輸管線A2 站、B 長(zhǎng)輸管線B1 站ESD 站控系統(tǒng)無(wú)對(duì)應(yīng)進(jìn)出站氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥位反饋及閥門(mén)控制。為此，將進(jìn)行以下改造：對(duì)A、B 長(zhǎng)輸管線9 座閥室氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)各加設(shè)一套R(shí)TU，包含現(xiàn)場(chǎng)太陽(yáng)能供電設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備及執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程控制設(shè)備；建立A1 站ESD 站控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出站氣液聯(lián)動(dòng)閥、放空閥的遠(yuǎn)程連鎖控制；完善A2、B1 站ESD 站控系統(tǒng)，在系統(tǒng)中增加進(jìn)出站氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥位反饋及閥門(mén)控制功能[9]。

通過(guò)長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)二級(jí)管控：站隊(duì)對(duì)站場(chǎng)所有調(diào)節(jié)閥可遠(yuǎn)程控制，對(duì)所有數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)程監(jiān)控；天然氣分公司調(diào)控中心對(duì)站場(chǎng)關(guān)鍵調(diào)節(jié)閥可遠(yuǎn)程控制，對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)施改造

3.3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提升

在數(shù)據(jù)采集方面，升級(jí)或新增數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，增加數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)備，升級(jí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)平臺(tái)軟件，并對(duì)天然氣分公司現(xiàn)有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行整體升級(jí)、優(yōu)化。

通過(guò)建設(shè)分公司實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行效率、穩(wěn)定性、安全性和擴(kuò)展性進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程、油氣集輸、貿(mào)易交接等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的集中采集和統(tǒng)一管理；通過(guò)系統(tǒng)升級(jí)提高操作的便捷程度和操作效率，為遠(yuǎn)程自動(dòng)預(yù)警、精準(zhǔn)分析、跨平臺(tái)操控等深化應(yīng)用提供技術(shù)支持，讓管理人員能夠隨時(shí)掌握生產(chǎn)情況。

3.3.2 生產(chǎn)網(wǎng)建設(shè)

對(duì)分公司生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的傳輸路由、數(shù)據(jù)流量等情況進(jìn)行充分調(diào)研，制定改造建設(shè)方案，運(yùn)用有線、無(wú)線、衛(wèi)星、5G、6G 多種方式融合，優(yōu)化生產(chǎn)網(wǎng)路由結(jié)構(gòu)，建設(shè)邊界清晰可控、雙鏈路及雙設(shè)備冗余，安全性高、可靠性強(qiáng)、邏輯獨(dú)立的生產(chǎn)網(wǎng)。

通過(guò)建設(shè)，使分公司的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋更加全面，邊界更加清晰可控，可靠性更強(qiáng)，傳輸承載能力、容災(zāi)能力、安全防御能力將進(jìn)一步提升，滿足數(shù)字化管控的網(wǎng)絡(luò)傳輸需要。

圖5 調(diào)控中心平臺(tái)建設(shè)構(gòu)想Fig.5 Conceive of control center platform construction

3.4 調(diào)控中心平臺(tái)建設(shè)

基于中石油勘探與生產(chǎn)信息化頂層設(shè)計(jì)和大慶油田整體規(guī)劃方案，面對(duì)天然氣分公司精細(xì)管理、集中控制的實(shí)際情況和未來(lái)需要，升級(jí)分公司生產(chǎn)指揮系統(tǒng)，依據(jù)中石油統(tǒng)一的技術(shù)框架和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，梳理、整合現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)字資產(chǎn)，建設(shè)生產(chǎn)監(jiān)管、管網(wǎng)調(diào)控、設(shè)備診斷、應(yīng)急指揮、安全環(huán)保、技術(shù)保障、協(xié)同應(yīng)用等于一體的智能化生產(chǎn)管理信息平臺(tái)和數(shù)據(jù)共享中心[10]（即調(diào)控中心），調(diào)控中心平臺(tái)建設(shè)構(gòu)想如圖5所示。

通過(guò)生產(chǎn)管理平臺(tái)建設(shè)，可為探索實(shí)現(xiàn)油田天然氣、輕烴和二氧化碳業(yè)務(wù)的操作集中化、運(yùn)營(yíng)精細(xì)化、決策智能化管理目標(biāo)提供技術(shù)支撐。

4 結(jié)束語(yǔ)

天然氣分公司生產(chǎn)裝置自動(dòng)化程度低，安全風(fēng)險(xiǎn)高，人員遞減嚴(yán)重，信息化設(shè)施落后，亟需加快自動(dòng)化、智能化改造步伐。為此，通過(guò)增加自動(dòng)化設(shè)備、儀器儀表，應(yīng)用三維、智能化巡檢、狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，提升裝置的自動(dòng)化程度，提高管網(wǎng)精細(xì)化調(diào)配能力。力爭(zhēng)在“十四五”期間，站場(chǎng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)二級(jí)調(diào)控，生產(chǎn)指揮平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化、可視化、智能化；“十五五”期間實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)無(wú)人值守，建成天然氣分公司集中操控中心，實(shí)現(xiàn)操作、管理智慧化，最終達(dá)到降本增效、提高設(shè)備設(shè)施的本質(zhì)安全能力、管理科學(xué)高效的目標(biāo)。