原油集輸自動化系統(tǒng)優(yōu)化改造

沈中華 遼河油田興隆臺采油廠

原油集輸自動化系統(tǒng)優(yōu)化改造

沈中華 遼河油田興隆臺采油廠

針對現(xiàn)行原油集輸處理系統(tǒng)運行過程中所存在的問題，結(jié)合現(xiàn)實需求，對原油集輸處理系統(tǒng)、設備設施流程自控系統(tǒng)進行相應的調(diào)整和改進，確保各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)性及有序性；改善事故緊急處理系統(tǒng)，發(fā)生現(xiàn)場事故立即報告事故地點和原因，按照層級自動切斷相應生產(chǎn)流程，防止事故和環(huán)境污染擴大化；強化不同崗位操作人員之間的快速準確連接，為生產(chǎn)及管理創(chuàng)造便利條件，最大限度地確保生產(chǎn)操作的安全性與穩(wěn)定性。

原油集輸；自動化系統(tǒng)；優(yōu)化改造；系統(tǒng)升級

1 存在的問題

委內(nèi)瑞拉MPE3區(qū)塊是中國石油拉美公司下屬管理項目區(qū)塊，采用的是整裝油田的自動化系統(tǒng)。MPE3項目合同區(qū)位于世界著名的奧利諾科重油帶東端Carabobo（原名Cerro Negro）油田范圍內(nèi)，采用稠油摻稀生產(chǎn)方式。油田隨著開采時間的延長，單井采出油中的含水率越來越高，新井投產(chǎn)越來越多，集輸系統(tǒng)經(jīng)歷了含水、處理液量和系統(tǒng)壓力波動劇烈，設備滿負荷處理等一系列生產(chǎn)階段。

原油集輸系統(tǒng)自動化系統(tǒng)存在一定的局限性，所存在的問題和不足主要體現(xiàn)在：自動化運行控制方案簡單，集輸系統(tǒng)運行狀態(tài)不夠穩(wěn)定，操作過程復雜，工作任務重，系統(tǒng)效率不高，不能很好地解決集輸系統(tǒng)上的各種控制管理問題；事故處理緊急停車系統(tǒng)不夠完善，參數(shù)簡單，實用性差；自動報警功能不完善，多數(shù)緊急狀況無法及時通知相關(guān)工作人員；系統(tǒng)節(jié)能效果不夠理想，資源浪費問題依然嚴重，不能實現(xiàn)最優(yōu)控制；生產(chǎn)數(shù)據(jù)流通性不強，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源有效共享；流程切換自動化控制程度低，人工操作比重依然較大；自動化水平參差不齊，缺乏統(tǒng)一標準，從而在一定程度上加大了管理難度。

2 改造優(yōu)化方案

針對現(xiàn)行原油集輸處理系統(tǒng)運行過程中所存在的問題，結(jié)合現(xiàn)實需求，對原油集輸處理系統(tǒng)、設備設施流程自控系統(tǒng)進行相應的調(diào)整和改進，確保各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)性及有序性[1]；改善事故緊急處理系統(tǒng)，發(fā)生現(xiàn)場事故立即報告事故地點和原因，按照層級自動切斷相應生產(chǎn)流程，防止事故和環(huán)境污染擴大化；強化不同崗位操作人員之間的快速準確連接，為生產(chǎn)及管理創(chuàng)造便利條件，最大限度地確保生產(chǎn)操作的安全性與穩(wěn)定性；利用過程控制系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)的緊密結(jié)合，實現(xiàn)控制和管理一體化，減輕員工任務負擔，有效節(jié)約能源，優(yōu)化生產(chǎn)效率，促進原油集輸處理系統(tǒng)生產(chǎn)能力及管理水平的進一步提升[2]。

2.1 實現(xiàn)原理

建立原油摻稀動態(tài)模型、油氣分離數(shù)學模型、電脫水脫鹽數(shù)學模型、罐位與泵流量的對應線性關(guān)系、集輸系統(tǒng)多變量約束動態(tài)矩陣，以及設備設施工藝安全參數(shù)和流程事故故障樹層級對應關(guān)系等[3]。

在自動化系統(tǒng)原有裝置基礎上增加自動遠程控制設備及測量設備，系統(tǒng)流程增加快速閘門、氣動或電動閘門及報警監(jiān)測檢測裝置；測量參數(shù)在原有溫度、壓力、液位、流量等基礎上，增加新的測量參數(shù)，如油罐在液位及界面的基礎上增加罐壁溫度、等高壓力、上下限液位報警等；加熱爐在燃燒用天然氣壓力和流量、原油進出口壓力和溫度基礎上，增加煙囪出口氧氣含量、煙囪出口溫度、進風板自動控制裝置等；電脫水脫鹽器在原油壓力、流量、油水界面的基礎上，增加溫度、電流梯度、電壓梯度、含水梯度檢測等；系統(tǒng)流程改造時加裝可遠程操控的氣動或電動調(diào)節(jié)閥及快速閘門；密閉場所加裝可燃性氣體報警器和煙霧報警器；關(guān)鍵場所如罐區(qū)和密閉壓力容器區(qū)域加裝紅外溫度報警器。

原油集輸處理系統(tǒng)自動化改造優(yōu)化方案中絕大部分防爆等級屬于二級防爆場所，防爆等級為EX（ia）IIBT4。

2.2 安全措施

通過壓力傳感器、溫度傳感器及可燃氣體傳感器的探測，可以使HSE自動化系統(tǒng)在對比預先設置的安全系數(shù)之后，判斷當前的壓力數(shù)值、溫度數(shù)值及可燃氣體在空氣中的濃度是否已經(jīng)超出了安全范圍，按照層級實施自動緊急停車系統(tǒng)，對流程進行自動切斷、切換，以及噴淋降溫、泡沫滅火等多種有效消防安全措施?？刂剖业娘@示器可以實時顯示報警信息；控制系統(tǒng)通過中控室設定數(shù)據(jù)程序，在相關(guān)數(shù)值達到或超出極限值的情況下同時發(fā)出聲光警報信號，基于3G移動網(wǎng)絡的信號發(fā)送站向安全管理員以及部門負責人進行短信報警，便于相關(guān)工作人員在第一時間采取有效處理措施，將故障所導致的不利后果控制在最低限度。

2.3 設備情況

（1）檢測儀表。用來檢測壓力、液位、界面、溫度及含水等相關(guān)數(shù)值的檢測儀表。

（2）主控設備。系統(tǒng)主要由站控系統(tǒng)、調(diào)度控制中心主計算機系統(tǒng)（主站）和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)三大部分組成。站控系統(tǒng)主要由遠程終端裝置RTU/PLC、站控計算機、通訊設施及相應外部設備組成，具有獨立運行的能力，實現(xiàn)了儀表、電氣、數(shù)據(jù)處理、外部通訊及遠程操控的有效集成；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以脈沖方式，借助相應的輸入模塊、模擬量輸入模塊、熱電阻輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊等將數(shù)據(jù)向普通端子底座模塊進行傳輸，再利用光纜和無線傳輸方式實現(xiàn)站控系統(tǒng)與主站的局域網(wǎng)連接。系統(tǒng)對不同的應用型軟件（如控制類、檢測類、操作類、診斷類、圖形繪制類、數(shù)據(jù)打印類）均可兼容，既可以獨自應用，也可以與其他系統(tǒng)配合，對系統(tǒng)大小無特殊限制。糾錯系統(tǒng)擁有自動診斷性能及模擬操作功能，在診斷過程中一旦發(fā)現(xiàn)異常狀況會自動進行處理；系統(tǒng)配置有完全冗余模塊，可有效防止系統(tǒng)因站點故障出現(xiàn)崩潰現(xiàn)象，確保了系統(tǒng)的容錯性能。

（3）電源選擇。系統(tǒng)涉及直流電源及交流電源兩種電源類型：其中直流電源選擇的是線性、24 V、額定電流5 A的直流電源；交流電源借助凈化電源、UPS及其電池通過串聯(lián)方式組建交流供電系統(tǒng)。一旦出現(xiàn)外供電源停止供應的突發(fā)狀況，UPS便會在第一時間將UPS電池組啟動，此時該原油集輸處理系統(tǒng)的電源主要靠UPS電池組后備電源來供應。一般情況下，后備電源供電時長都在8 h以上，最長可以達到24 h。

3 系統(tǒng)優(yōu)化改造效果

（1）集輸處理工藝水平顯著提升。升級改造之后的原油集輸處理系統(tǒng)可以根據(jù)實際需求自動控制油氣分離器、電脫水脫鹽器和污水凈化系統(tǒng)。通過精確控制緩沖罐出口泵排量、氣液界面、油水界面等參數(shù)，確保分離處理設備受到的液量、含水率和壓力的波動減緩到可控范圍以內(nèi)，始終保持良好水平，實現(xiàn)對油氣分離和油水分離的有效控制，提高處理原油的精度。借助站控系統(tǒng)與主站進行數(shù)據(jù)傳輸，可以遠程監(jiān)視與控制設備的操作情況，實現(xiàn)全油田各個生產(chǎn)系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)督與管理。

（2）安全性及穩(wěn)定性顯著提升。系統(tǒng)針對的是原油集輸處理系統(tǒng)全過程，系統(tǒng)以事先設定的預警值為主要參考和依據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)越值突發(fā)意外狀況便會及時通過聲音、光線或者圖像等不同方式發(fā)出警報，這樣可確保相關(guān)工作人員在第一時間采取有效應對措施，將損失控制在最低限度；也可根據(jù)實際情況及現(xiàn)場需求，采取人為手動方式進行報警上限及下限的設置；對各類異常突發(fā)狀況，還可自動將警報及相關(guān)數(shù)據(jù)進行存儲，便于開展事故分析時進行調(diào)取，提供準確資料，大大提高了靈活性及便捷性，有效降低了相關(guān)人員的勞動強度。

（3）自動化生產(chǎn)管理性能顯著提升。系統(tǒng)可及時將信息反饋給操作人員，可更加準確地掌握生產(chǎn)過程中每一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)情況，生產(chǎn)操作的自動化性能有了顯著提升，操作更為簡便，大部分操作僅坐在中控室即可完成，操作人員的任務負擔大大降低；與生產(chǎn)直接相關(guān)的人員數(shù)量也大大減少，僅需要值守人員、生產(chǎn)設備維修人員及自動化設備維修人員，且后兩種維修人員可進行全油田的維修任務。

（4）系統(tǒng)運行效率顯著提升。通過對系統(tǒng)升級改造，系統(tǒng)總體運行效率大大提升，對于系統(tǒng)運行相關(guān)參數(shù)可以根據(jù)實際需求進行調(diào)整，確保生產(chǎn)集輸系統(tǒng)運行效率保持最佳狀態(tài)；報表數(shù)據(jù)管理功能能夠自動存儲各個操作環(huán)節(jié)所涉及的全部數(shù)據(jù)，且能夠?qū)Ω袷竭M行更改，根據(jù)實際需求將所保存的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示或者打印出來，通過計算機可以連接任意以太局域網(wǎng)通訊接口，對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行查詢，根據(jù)賬戶操作權(quán)限可以進行遠程管理，相比之前的工作方式，工作效率顯著提升。

[1]段忠軍．當前油氣集輸處理工藝發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[J]．科技創(chuàng)新與應用，2013（2）：45-46.

[2]薛鵬飛，初立國，張川，等．原油集輸脫水處理工藝優(yōu)化措施探析[J]．遼寧化工，2013（5）：76-78.

[3]曾昭英，周嶠，吳新果．原油集輸系統(tǒng)能耗分析軟件開發(fā)與應用[J]．科學技術(shù)與工程，2012（2）：90-95.

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.033