李祖壯，郭永新

(中海石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518000)

隨著采油技術(shù)的進(jìn)步，海洋已經(jīng)越來(lái)越成為油氣勘探開(kāi)發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)。在油氣生產(chǎn)處理過(guò)程中，所使用的控制閥、變送器、關(guān)斷閥等現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備通常多達(dá)數(shù)百臺(tái)，是整個(gè)油氣處理流程中的核心設(shè)備，它們的穩(wěn)定運(yùn)行直接決定了生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性和安全性。與在陸地環(huán)境相比，在高鹽度、高濕度和高腐蝕性的海洋環(huán)境下，上述現(xiàn)場(chǎng)儀表的維保周期大幅縮短，維保頻率大幅加快。

南海東部海域某油氣田生產(chǎn)流程中使用近200臺(tái)變送器，150臺(tái)控制閥和220臺(tái)關(guān)斷閥，根據(jù)海上油氣田常規(guī)維保策略，該類儀表設(shè)備由專業(yè)人員建立維保臺(tái)賬，根據(jù)維保周期維護(hù)保養(yǎng)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，常規(guī)維保方式缺少針對(duì)性，導(dǎo)致多種情況下，會(huì)出現(xiàn)故障后再維修，維護(hù)人員被動(dòng)執(zhí)行，部分設(shè)備欠保養(yǎng)、過(guò)度保養(yǎng)的情況。

為了確?？茖W(xué)、客觀地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)儀表周期性預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)，提高現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備的穩(wěn)定性，在該油氣田中心控制室分散控制系統(tǒng)(DCS)中創(chuàng)建現(xiàn)場(chǎng)儀表智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表一對(duì)一差異化、維保預(yù)警提醒等功能。

1 DCS與現(xiàn)場(chǎng)儀表連接架構(gòu)

DCS與現(xiàn)場(chǎng)儀表架構(gòu)如圖1所示，DCS由輸輸出卡件(I/O卡件)、控制器、服務(wù)器、操作站等組成。服務(wù)器主要用于DCS系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)保存等。操作站主要用于操作員的日常操作，包括： 現(xiàn)場(chǎng)工藝流程的監(jiān)控、報(bào)警處理、流程調(diào)節(jié)等。控制器用于收集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并輸出系統(tǒng)指令。I/O卡件主要有模擬量輸入卡(AI)， 數(shù)字量輸入卡(DI)， 模擬量輸出卡(AO)， 數(shù)字量輸出卡(DO)。

圖1 DCS與現(xiàn)場(chǎng)儀表連接架構(gòu)示意

2 現(xiàn)場(chǎng)儀表維保策略

該油氣田現(xiàn)場(chǎng)儀表維保一般采用定期預(yù)防性維護(hù)(PM)和故障檢修相結(jié)合的方式，以壓力變送器為例，維保周期一般分為季檢、半年檢、年檢等，由專業(yè)人員根據(jù)設(shè)備維護(hù)要求以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)需要確定。上述維保任務(wù)采用了IBM公司開(kāi)發(fā)的一款集工單創(chuàng)建、審批、執(zhí)行、關(guān)閉為一體的MAXIMO系統(tǒng)。按計(jì)劃自動(dòng)推動(dòng)到現(xiàn)場(chǎng)維保人員，維保人員按照工作安排及作業(yè)窗口，擇機(jī)維?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，維保工作完成以后，手動(dòng)更新紙質(zhì)記錄和電子檔記錄。現(xiàn)場(chǎng)儀表常規(guī)維保流程，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)儀表常規(guī)維保流程示意

與陸地環(huán)境相比，海上設(shè)施處于特殊環(huán)境，變送器容易因進(jìn)水汽引起內(nèi)部電路板腐蝕，從而導(dǎo)致變送器故障失效，控制閥和關(guān)斷閥等容易因腐蝕結(jié)垢導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡滯，閥體動(dòng)作不順暢，帶來(lái)生產(chǎn)隱患。鑒于以上原因，現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)維保人員需要縮短預(yù)防性維護(hù)的周期頻率，以保證現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備處于良好運(yùn)行狀態(tài)，但是現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備數(shù)量龐大，縮短設(shè)備維護(hù)頻率就意味著工作量的增加。通過(guò)MAXIMO系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)維保策略，存在如下不足之處：

1)人員問(wèn)題。由于海上設(shè)施采用的是人員倒班制度，可能因?yàn)槿藛T倒班或者按月、季的方式維保，會(huì)出現(xiàn)設(shè)備在某個(gè)周期內(nèi)過(guò)度維保，另一個(gè)周期內(nèi)維保不足的情況，不利于設(shè)備的穩(wěn)定性。

2)信息不全。MAXIMO系統(tǒng)推送的一張作業(yè)單包括了某個(gè)區(qū)域或撬塊內(nèi)的多臺(tái)儀表設(shè)備，可能會(huì)導(dǎo)致某臺(tái)儀表維保的遺漏。

3)針對(duì)性不足。在MAXIMO系統(tǒng)里無(wú)法快速查找單臺(tái)儀表歷史維保記錄，無(wú)法對(duì)單臺(tái)儀表進(jìn)行針對(duì)性的保養(yǎng)及維護(hù)。

4)工作量大。全面增加設(shè)備維護(hù)頻率，以及維護(hù)后的信息記錄，專業(yè)維護(hù)人員的工作量大幅增加。

3 現(xiàn)場(chǎng)儀表智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場(chǎng)儀表智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

利用DCS單點(diǎn)報(bào)警功能，設(shè)計(jì)創(chuàng)建了現(xiàn)場(chǎng)儀表智能管理系統(tǒng)，如圖3所示。在DCS后臺(tái)PLC模塊中編寫(xiě)程序，并在操作站增加控制界面，管理該油氣田關(guān)鍵區(qū)域液位計(jì)、控制閥、關(guān)斷閥等保養(yǎng)工作。為現(xiàn)場(chǎng)安全考慮，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于DCS內(nèi)一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，不會(huì)引發(fā)任何開(kāi)關(guān)動(dòng)作或邏輯輸出，僅在DCS內(nèi)部做報(bào)警提示工作。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)儀表智能管理系統(tǒng)示意

通過(guò)該系統(tǒng)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)域變送器、控制閥、關(guān)斷閥等設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性、差異化臺(tái)賬管理，每臺(tái)設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)維保倒計(jì)時(shí)，時(shí)間可以人為設(shè)置。當(dāng)維保倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，觸發(fā)報(bào)警，提醒管理人員，實(shí)現(xiàn)儀表設(shè)備維保預(yù)警功能，維保結(jié)束后，通過(guò)復(fù)位，可以自動(dòng)更新保存維保記錄并在界面顯示。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)儀表智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用

該系統(tǒng)可針對(duì)不同類型的儀表，采取針對(duì)性的維保策略。現(xiàn)場(chǎng)儀表智能管理系統(tǒng)維保流程如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)儀表智能管理系統(tǒng)維保流程示意

3.2.1液位變送器的維保

磁致伸縮液位計(jì)是該油氣田使用最多的一種液位變送器，利用磁致伸縮原理設(shè)計(jì)而成，由浮筒、磁性浮球、探桿和遠(yuǎn)傳裝置組成，探桿內(nèi)磁致伸縮線的脈沖電流向下傳送產(chǎn)生環(huán)形磁場(chǎng)，和磁性浮球的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生扭力波，浮筒與容器相連，浮筒內(nèi)部浮球跟隨容器內(nèi)部介質(zhì)液位同步動(dòng)作，探桿安裝于浮筒側(cè)面，通過(guò)檢測(cè)扭力波傳輸?shù)臅r(shí)間可以判斷浮球的位置，從而檢測(cè)出容器液位。

由于油品性質(zhì)原因，若液位計(jì)浮筒內(nèi)部油品長(zhǎng)期停留，會(huì)在浮筒內(nèi)壁和浮球表面結(jié)垢，導(dǎo)致浮球在浮筒內(nèi)部動(dòng)作不順暢，以致于浮球不能準(zhǔn)確同步容器實(shí)時(shí)液位，檢測(cè)出現(xiàn)偏差，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)波動(dòng)。因此，當(dāng)出現(xiàn)浮球卡滯時(shí)，就需要專業(yè)維護(hù)人員拆洗液位計(jì)，清潔浮筒內(nèi)部和浮球表面，該項(xiàng)作業(yè)工作量大，效率低，同時(shí)會(huì)增加作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

為便于液位計(jì)的沖洗，避免增加維護(hù)作業(yè)人員拆裝液位計(jì)的工作量，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)分離器、中壓壓縮機(jī)、低壓壓縮機(jī)、段塞流捕集器等關(guān)鍵設(shè)備的液位變送器增加排殘管線。

維護(hù)操作人員根據(jù)流程實(shí)際情況以及液位計(jì)浮子卡滯現(xiàn)象，差異化設(shè)定維保周期，當(dāng)該系統(tǒng)提示液位變送器維保報(bào)警后，現(xiàn)場(chǎng)操作人員只需打開(kāi)排液閥門(mén)即可完成液位變送器沖洗工作，可以大幅減少現(xiàn)場(chǎng)接管排液等工作量，提高作業(yè)效率。

通過(guò)對(duì)不同區(qū)域的液位變送器進(jìn)行針對(duì)性管理、設(shè)置不同的維保頻率，做到設(shè)備分級(jí)管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精細(xì)化管理。

3.2.2控制閥的維保

壓力、液位等輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)DCS的PID運(yùn)算后，由AO卡件輸出4～20 mA電流信號(hào)作用到控制閥，控制閥執(zhí)行動(dòng)作，完成系統(tǒng)控制。

當(dāng)維護(hù)人員收到該系統(tǒng)預(yù)警，即可進(jìn)行主動(dòng)維保。在完成現(xiàn)場(chǎng)流程旁通以后，在DCS中對(duì)控制閥進(jìn)行一鍵自動(dòng)行程校驗(yàn)，確認(rèn)閥門(mén)功能狀態(tài)良好。然后進(jìn)行外觀、控制氣源壓力、電纜和接線狀態(tài)等常規(guī)檢查保養(yǎng)。

3.2.3關(guān)斷閥的維保

現(xiàn)場(chǎng)關(guān)斷閥增加部分行程測(cè)試功能(PST)，可以在不影響正常使用的情況下，通過(guò)操作站輸出一個(gè)電流信號(hào)到關(guān)斷閥的閥門(mén)定位器，使關(guān)斷閥在原有的位置上移動(dòng)10%～15%，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)小行程動(dòng)作。

采用該系統(tǒng)，針對(duì)上一次維保結(jié)束后對(duì)單個(gè)關(guān)斷閥設(shè)定的維保報(bào)警提示，操作站可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)PST功能，并作周期性動(dòng)作，測(cè)試閥門(mén)，以便更好地檢查閥門(mén)動(dòng)作情況，判斷該功能是否正常，可以解決大部分閥門(mén)長(zhǎng)期處于某個(gè)位置不動(dòng)，導(dǎo)致卡滯問(wèn)題。通過(guò)該功能也能夠發(fā)現(xiàn)閥門(mén)使用中存在的隱蔽故障問(wèn)題，降低設(shè)備故障率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

3.2.4應(yīng)用分析

基于DCS創(chuàng)建的現(xiàn)場(chǎng)儀表智能管理系統(tǒng)與原MAXIMO系統(tǒng)對(duì)比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

1)簡(jiǎn)化了維保周期推送程序，可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的維保周期差異化管理，增加了針對(duì)性。

2)由原MAXIMO系統(tǒng)推送后的被動(dòng)執(zhí)行變?yōu)橹鲃?dòng)進(jìn)行，增加了維保周期設(shè)定的靈活性。

3)該系統(tǒng)可以自動(dòng)保存維保記錄，減少了手動(dòng)錄入工作，降低了錯(cuò)誤率，畫(huà)面顯示更加直觀。

4 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)的應(yīng)用可為陸上油氣處理、化工流程、海上油氣田處理流程中現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)提供新的思路，可提高專業(yè)維保人員維保設(shè)備的針對(duì)性和差異化的管理，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同區(qū)域、不同流程、不同重要等級(jí)情況下的設(shè)備管理，從而減少現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急情況的發(fā)生?？梢酝茝V應(yīng)用到任何需要周期性維護(hù)的設(shè)備，具有較高的推廣意義。