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        油田站場(chǎng)無人值守模式的推廣應(yīng)用

        2023-02-12 04:23:12李秉軍劉玉芳劉貴強(qiáng)石利新劉萬斗
        石油石化節(jié)能 2023年1期
        關(guān)鍵詞:華北油田站場(chǎng)無人

        李秉軍 劉玉芳 劉貴強(qiáng) 石利新 劉萬斗

        (1.華北油田第五采油廠;2.華北油田工程技術(shù)研究院)

        華北油田總部位于河北省任丘市,在著名的“華北明珠”白洋淀之濱,北依首都北京,南望河北省會(huì)石家莊,東接濱海都市天津,西至文化古城保定,毗鄰廊坊、滄州兩座新型城市??碧絽^(qū)域集中在冀中、二連、山西,橫跨京津冀蒙晉五省市,礦權(quán)區(qū)域面積6.9×104km2;開發(fā)管理著56個(gè)油藏、27個(gè)天然氣藏、7個(gè)煤層氣區(qū)塊,有石油資源量37.3×108t、天然氣資源量3 982×108m3、煤層氣資源量1.08×1012m3。有五個(gè)采油廠、山西煤層氣、二連分公司、巴彥勘探分公司8個(gè)油氣生產(chǎn)單位。隨著華北油田自然減員人數(shù)的逐年增多,尤其是2021-2024年將是退休、離職人員高峰。新入職員工的人員又較少,使得人員需求結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了嚴(yán)重不平衡。伴隨油田開發(fā)技術(shù)的日趨完善,數(shù)字化水平的不斷提高和低成本開發(fā)的需要,油田站場(chǎng)快速向無人值守方向發(fā)展[1-3]。目前,華北油田各個(gè)采油廠已基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化改造,通過數(shù)字化管理,優(yōu)化勞動(dòng)模式,可大幅提升油田的管理與運(yùn)行效率,華北油田目前正積極推進(jìn)減員增效,嚴(yán)格控制人工成本,努力提高公司的經(jīng)濟(jì)效益。2021年通過推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),油田戰(zhàn)場(chǎng)無人值守建設(shè)工作全面展開[4-6]。

        1 現(xiàn)狀

        JJ站是華北油田高家堡油田唯一一座轉(zhuǎn)油站,經(jīng)過多次改造,站內(nèi)設(shè)備設(shè)施狀態(tài)較新,配套完整,生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)良好。JJ站站外共有59口油井,目前開井47口,采用單管集油進(jìn)JJ站。JJ站外輸油流程:JJ站輸往C25-1計(jì)閥組,與C15-8計(jì)來油匯合后,再輸往C南聯(lián)合站。目前JJ站每日外輸量290 m3。JJ站站內(nèi)包括集油系統(tǒng)、原油處理系統(tǒng)、外輸系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)以及注水系統(tǒng)。包含的設(shè)備有井口加熱器1臺(tái),井口加熱爐1座,分離緩沖罐2座,高架儲(chǔ)油罐4座,外輸泵2臺(tái),常壓熱水鍋爐2座,熱水泵2臺(tái),外輸加熱爐2座,水源井(電潛泵)1臺(tái),儲(chǔ)水罐1座,注水泵1臺(tái),注水撬1座,水箱1座。JJ站工藝流程見圖1,站內(nèi)設(shè)備主要運(yùn)行參數(shù)見表1。

        圖1 JJ站工藝流程Fig.1 Process flow of JJ station

        表1 JJ站站內(nèi)設(shè)備主要運(yùn)行參數(shù)Tab.1 Main operation parameters in the station equipment of JJ station

        原有的JJ站與無人值守狀態(tài)相比仍存在著許多不足之處,需要進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)。人員不足問題逐漸突出;站內(nèi)設(shè)備可視化程度低,必須現(xiàn)場(chǎng)人工操作;電力消耗嚴(yán)重且意外斷電容易造成安全生產(chǎn)事故;儀表設(shè)備種類較多,維護(hù)復(fù)雜困難;同時(shí)缺乏智能安防系統(tǒng),依靠人員辨別時(shí)間較長(zhǎng),容易將較小事情釀成重大事故。為此,油田公司在2021年初將JJ站作為無人值守建設(shè)試點(diǎn)站場(chǎng)[7-8]。

        2 無人值守設(shè)計(jì)

        2.1 概念

        無人值守是通過對(duì)站場(chǎng)運(yùn)行、崗位設(shè)置、操作頻次等的調(diào)查,對(duì)需人工頻繁操作的環(huán)節(jié)實(shí)施自動(dòng)控制改造,減少操作頻次,達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)少人操作甚至無人操作的狀態(tài)[9-11]。無人值守站場(chǎng)系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、門禁、存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)等[12-14]。這套系統(tǒng)不僅需要對(duì)站場(chǎng)主要儀器設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及防御外來入侵者的破壞,同時(shí)需要配合相關(guān)技術(shù)人員的定期巡檢,形成物防、技防、人防的完整安防監(jiān)控狀態(tài),實(shí)現(xiàn)無人值守的效果[15-17]。

        2.2 技術(shù)要求

        無人值守站場(chǎng)應(yīng)配置數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),負(fù)責(zé)采集站場(chǎng)內(nèi)的遠(yuǎn)控閥門、壓力、溫度、液位、流量、電參、加熱系統(tǒng)等儀器儀表的數(shù)據(jù),各儀表設(shè)備應(yīng)具有就地顯示及信息遠(yuǎn)傳雙重功能。

        無人值守站場(chǎng)應(yīng)配置相應(yīng)的視頻系統(tǒng)和安防系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)運(yùn)行情況監(jiān)視、入侵探測(cè)、防盜報(bào)警、出入口控制、安全檢查等主要功能。視頻和安防系統(tǒng)信號(hào)應(yīng)能夠傳至監(jiān)控中心,并具備遠(yuǎn)程控制、布防、撤防等功能。防區(qū)劃分應(yīng)做到避免盲區(qū)和死角,有利于報(bào)警時(shí)準(zhǔn)確定位,視頻監(jiān)視和安防系統(tǒng)宜緊密集成。條件許可時(shí)可考慮視頻與報(bào)警的聯(lián)動(dòng)。

        2.3 JJ站改造方案

        為實(shí)現(xiàn)JJ站無人值守,實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)的統(tǒng)一管理,對(duì)突發(fā)事件實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一指揮,一鍵實(shí)現(xiàn)流程安全切換。從以下五個(gè)方面進(jìn)行整改與優(yōu)化。

        2.3.1 DCS控制系統(tǒng)

        無人值守對(duì)控制的安全性要求較高,擬采用DCS控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)具有很好的冗余功能,可以實(shí)現(xiàn)多通道熱備功能,可以熱插撥模塊實(shí)現(xiàn)不停機(jī)系統(tǒng)維護(hù)。DCS系統(tǒng)通常采用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)的拓展性與開放性更好,而PLC因?yàn)榛旧隙紴閱蝹€(gè)小系統(tǒng)工作,在與別的PLC或上位機(jī)進(jìn)行通訊時(shí),所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也經(jīng)常與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)不符。DCS系統(tǒng)所有I/O模塊都帶有CPU,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集及輸出信號(hào)品質(zhì)判斷與標(biāo)量變換,故障帶電拔,隨機(jī)更換。依據(jù)JJ站月平均人工操作頻率,劃分遠(yuǎn)程自控范圍與現(xiàn)場(chǎng)操作工作界面,非自控范圍內(nèi)的工作內(nèi)容,仍然采用現(xiàn)場(chǎng)操作。

        2.3.2 可視化操作系統(tǒng)

        通過可視化視頻、AI機(jī)器視覺分析、數(shù)據(jù)視頻融合,以采集數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能分析、高度集成、統(tǒng)一展示的理念為核心,構(gòu)建數(shù)據(jù)中心、設(shè)備間、設(shè)備、路由、設(shè)備接口的逐級(jí)立體可視化,將數(shù)據(jù)和概念轉(zhuǎn)化為圖形,將復(fù)雜信息以立體、直觀的方式傳遞給運(yùn)維人員,使其快速消化和理解。運(yùn)用傳統(tǒng)軟件與硬件設(shè)備的集成,把規(guī)模龐大的信息化建設(shè)、智能化管理工具集中構(gòu)建為3D可視化操作系統(tǒng)。在控制室實(shí)現(xiàn)猶如身臨其境的遠(yuǎn)程操作(看著現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像,用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖像上的虛擬按鈕,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟停),它的操作方式是以視頻為導(dǎo)向,橋接貫通各個(gè)系統(tǒng),在視頻圖像上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作,即遠(yuǎn)程“就地”操控。實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井遠(yuǎn)程啟停、電泵井遠(yuǎn)程控制、氣井遠(yuǎn)程關(guān)斷、注水自動(dòng)調(diào)節(jié)控制、自動(dòng)倒井計(jì)量控制等,用戶可綜合考慮生產(chǎn)需求、管理需求和安全需求,選擇實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。極大降低現(xiàn)場(chǎng)用工人數(shù),使得設(shè)備操作更加便捷、高效。

        2.3.3 智能電源系統(tǒng)

        現(xiàn)階段JJ站依舊采用傳統(tǒng)用電系統(tǒng),還處于無網(wǎng)絡(luò)化、無智能化的用電設(shè)備分散獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài),后臺(tái)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)前端用電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)測(cè)。實(shí)行JJ站用電智能化管理,提出以下要求:

        1)智能管理,監(jiān)測(cè)JJ站用電負(fù)荷的變化以及預(yù)防和控制由于超負(fù)荷運(yùn)行引起的火災(zāi)隱患。

        2)當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí),0 s切換至UPS供電,確保事故狀態(tài),流程切換電動(dòng)閥門動(dòng)作暢通,同時(shí)切換至發(fā)電機(jī)組供電,恢復(fù)生產(chǎn)。

        3)確保有效的監(jiān)、管、控站內(nèi)用電不合理現(xiàn)象。

        4)通過對(duì)各用電回路及設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)化管理,建立高效的預(yù)防、報(bào)警、跳閘保護(hù)機(jī)制,減少人身傷亡,財(cái)產(chǎn)損失。

        平臺(tái)軟件充分利用設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù),采用先進(jìn)的軟件開發(fā)技術(shù),為用電場(chǎng)所提供強(qiáng)弱電集中管理、分析決策、數(shù)據(jù)安全的有力支撐,真正實(shí)現(xiàn)了安全用電、規(guī)范用電、節(jié)能用電、智慧用電的目標(biāo)。

        2.3.4 儀表、設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)

        MS儀表管理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì):多種儀表設(shè)備統(tǒng)一管理,操作簡(jiǎn)單方便;遠(yuǎn)程管理快速、便捷;在線監(jiān)測(cè)與診斷提高設(shè)備可靠性;預(yù)測(cè)性維護(hù)降低維護(hù)費(fèi)用、提高設(shè)備利用率;文檔管理全面提升管理水平;使用先進(jìn)技術(shù)保護(hù)原有投資;將維修時(shí)間降低到最短:MS可以準(zhǔn)確定位事故發(fā)生的原因,可以準(zhǔn)確確定設(shè)備是否需要維護(hù)及進(jìn)行時(shí)間。MS的診斷功能可以在故障發(fā)生之前監(jiān)測(cè)到問題的所在,提示工作人員在故障造成重大事故前,及時(shí)采取措施。無縫集成DCS系統(tǒng),管理平臺(tái)為決策者提供依據(jù),現(xiàn)場(chǎng)處理問題的次數(shù)降到最少:MS提供必要的信息,使工作人員無需抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng),從PC機(jī)上就可以檢查設(shè)備狀態(tài)、組態(tài)設(shè)備參數(shù)、調(diào)整量程以及執(zhí)行診斷等。MS提供設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù),從而使維護(hù)人員可以進(jìn)行有目的的維護(hù)。

        2.3.5 智能虛擬布防監(jiān)控平臺(tái)

        智能虛擬布防監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)機(jī)器視覺監(jiān)控闖入、火災(zāi)、泄漏等情況,基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的AI人工智能分析技術(shù),通過設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算單元來模擬生物神經(jīng)元,進(jìn)一步構(gòu)造人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過訓(xùn)練學(xué)習(xí)后,能夠?qū)τ诮o定的圖像輸入,實(shí)時(shí)分析圖像中的目標(biāo)對(duì)象類型及其狀態(tài),確認(rèn)預(yù)警結(jié)果,進(jìn)行分級(jí)報(bào)警管理。在聯(lián)合站、庫(kù)房等場(chǎng)站的圍墻、大門和站內(nèi)區(qū)域進(jìn)行布防預(yù)警;在泵房、庫(kù)房、罐區(qū)、油區(qū)、加熱爐等區(qū)域?qū)崿F(xiàn)火災(zāi)、油氣泄露報(bào)警;同時(shí)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、管網(wǎng)泄露、高溫爐壁擊穿前,發(fā)出預(yù)警以及對(duì)場(chǎng)站內(nèi)吸煙、勞保穿戴不全、外來人員闖入等發(fā)出報(bào)警,真正做到24 h全天候監(jiān)控。

        2.3.6 站控流程改進(jìn)

        基于HAZOP分析方法,系統(tǒng)分析了站內(nèi)流程的安全現(xiàn)狀與潛在風(fēng)險(xiǎn),對(duì)JJ站可能面臨的不同場(chǎng)景進(jìn)行流程改進(jìn),增加了越站流程、越站加熱流程、高架罐事故流程,并針對(duì)不同流程進(jìn)行連鎖控制設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)JJ站在正常狀況、事故過程以及緊急狀態(tài)下的流程切換,提高了JJ站工藝流程的穩(wěn)定性、安全性和可操作性。JJ站站內(nèi)流程改進(jìn)見圖2。

        圖2 JJ站站內(nèi)流程改進(jìn)Fig.2 Process improvement in the station of JJ station

        3 推廣后效果

        2021年中期,JJ站經(jīng)過無人值守設(shè)計(jì)改造,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化崗位用工人數(shù),由四班三倒實(shí)現(xiàn)無人值守。JJ站原有員工37人,優(yōu)化后減到20人,減少了用工人數(shù),大大降低用工成本,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)JJ站實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人值守,能夠滿足環(huán)境敏感區(qū)與綜治復(fù)雜區(qū)安全環(huán)保要求,為同類型無人值守站建設(shè)提供借鑒,帶來了可觀的社會(huì)效益。

        根據(jù)JJ站無人值守推廣成功經(jīng)驗(yàn),2022年初華北油田又先后在南部油田多個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行了推廣,南部油田戰(zhàn)場(chǎng)先后有17個(gè)計(jì)量站、22個(gè)拉油點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了無人值守,效果明顯,成效顯著。

        4 結(jié)論

        通過對(duì)JJ站DCS控制系統(tǒng)、可視化操作系統(tǒng)、智能電源系統(tǒng)、儀表設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)、智能虛擬布防監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)場(chǎng)無人值守,可以得出如下結(jié)論:

        1)有效提高生產(chǎn)運(yùn)行效率。轉(zhuǎn)變了原有生產(chǎn)組織方式,工作直接由中心站協(xié)調(diào),減少了中間環(huán)節(jié),組織機(jī)構(gòu)更加精簡(jiǎn),資源配置更加合理,生產(chǎn)組織效率大大提升。

        2)降低勞動(dòng)強(qiáng)度。規(guī)模配套自動(dòng)化設(shè)備,大大縮減員工每天現(xiàn)場(chǎng)工作量并將員工從資料填報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)巡檢等日常繁瑣的工作中解放出來。

        3)降低安全隱患。將頻繁人工操作改為自動(dòng)控制,降低員工進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的頻次,物的不安全狀態(tài)和人的不安全行為使?jié)撛诎踩[患得到控制,有效降低了員工的安全風(fēng)險(xiǎn)。

        4)盤活了勞動(dòng)用工。面對(duì)今后油田生產(chǎn)一線人員運(yùn)行壓力,通過積極推行無人值守站運(yùn)行,盤活站內(nèi)操作員工,大大降低了人工成本支出。

        5)重要參考價(jià)值。對(duì)其他場(chǎng)站的無人值守改造工作以及將來實(shí)現(xiàn)智慧油田中無人值守具有重要的指導(dǎo)意義。

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