油氣田集氣站數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)?

王帥 張乃祿； 王萌 劉旭東 許磊

1西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院2西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院

油氣田集氣站數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)?

王帥1張乃祿1；2王萌1劉旭東2許磊1

1西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院2西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院

針對蘇里格氣田集氣站安全生產(chǎn)和數(shù)字化應(yīng)急管理需求，以蘇11—2集氣站為對象，研究油氣田集氣站數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)。系統(tǒng)通過站內(nèi)運行參數(shù)以及狀態(tài)視頻在線實時監(jiān)控，整合數(shù)據(jù)信息，診斷危險等級，自動啟動響應(yīng)程序，集預(yù)警、準備、響應(yīng)、恢復(fù)各應(yīng)急環(huán)節(jié)一體化運行管理，實現(xiàn)集氣站生產(chǎn)運行異常自動診斷和事故自動響應(yīng)。實際運行表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了油氣田集氣站安全隱患有效控制和突發(fā)事件高效處置。

集氣站；數(shù)字化；事故診斷；自動響應(yīng)；應(yīng)急管理

油氣田集氣站內(nèi)管道縱橫、容器密布、工藝復(fù)雜，生產(chǎn)和儲運高溫高壓、易燃易爆天然氣，具有潛在的重大危險，是油氣生產(chǎn)的高危場所，集氣站安全隱患與事故的預(yù)警和應(yīng)急管理是生產(chǎn)管理重中之重。隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展，油氣田生產(chǎn)已實現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)控與優(yōu)化管理[1]，集氣站安全管理與事故應(yīng)急救援面臨新的要求，安全狀態(tài)信息與工藝數(shù)據(jù)的整合、故障診斷、事故預(yù)警、應(yīng)急處置、統(tǒng)一協(xié)調(diào)與及時有效管理是應(yīng)急管理系統(tǒng)重點解決的問題[2]。結(jié)合蘇里格氣田蘇11—2集氣站工藝特點與應(yīng)急救援流程，研究油氣田集氣站數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)地監(jiān)控生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和安全狀態(tài)視頻圖像，進行危險等級診斷、應(yīng)急自動響應(yīng)與應(yīng)急處置管理，以實現(xiàn)集氣站安全隱患有效控制和突發(fā)事故高效處置。

1 集氣站與安全應(yīng)急管理流程

1.1 蘇11-2集氣站生產(chǎn)工藝

蘇里格氣田蘇11—2集氣站包括進站區(qū)、分離區(qū)、壓縮區(qū)、閃蒸區(qū)，污水罐區(qū)和外輸區(qū)六大生產(chǎn)區(qū)域，其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，其中C1～C9為集氣站生產(chǎn)過程主要工藝參數(shù)。

圖1 蘇11—2集氣站生產(chǎn)工藝流程

1.2 安全應(yīng)急管理流程

應(yīng)急管理分為預(yù)警、準備、響應(yīng)、恢復(fù)四個階段，蘇11—2集氣站應(yīng)急管理流程如圖2所示。

圖2 蘇11—2集氣站安全應(yīng)急管理流程

2 數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)構(gòu)架

集氣站數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)的總體構(gòu)架如圖3所示。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層。該層系統(tǒng)運行的軟硬件支撐平臺，硬件包括計算機網(wǎng)絡(luò)、移動通信、監(jiān)控服務(wù)器、管理服務(wù)器、支撐子系統(tǒng)、聲光報警設(shè)備等，其中支撐子系統(tǒng)包括現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)與狀態(tài)視頻采集系統(tǒng)、事故診斷與預(yù)警報警系統(tǒng)、應(yīng)急自動響應(yīng)調(diào)度系統(tǒng)、事后評估系統(tǒng)等；軟件包括實時數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序平臺等。

（2）業(yè)務(wù)應(yīng)用層。業(yè)務(wù)應(yīng)用層的功能包括數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、事故診斷、預(yù)警報警、應(yīng)急演練、應(yīng)急預(yù)案、自動響應(yīng)、指揮調(diào)度、事后評估等。

（3）集中管理層。該層是系統(tǒng)運行的管理平臺，包括集氣站生產(chǎn)指揮中心與作業(yè)區(qū)。

圖3 集氣站數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)構(gòu)架

3 系統(tǒng)運行

3.1 實時采集與監(jiān)控

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)利用OPC接口通信技術(shù)采集集氣站實時生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)后臺運行歸類，錄入實時數(shù)據(jù)庫，自動生成報表，可網(wǎng)絡(luò)共享；視頻采集子系統(tǒng)運用高清攝像機在線監(jiān)控與抓拍圖像，采用有線傳輸，將視頻服務(wù)器輸入的模擬信號數(shù)字化處理，以數(shù)字信號的模式傳送至網(wǎng)絡(luò)。

3.2 事故診斷

事故診斷子系統(tǒng)分析集氣站運行狀態(tài)參數(shù)與預(yù)定值偏離程度及狀態(tài)視頻圖像特征，結(jié)合專家?guī)臁㈩A(yù)案庫等，依據(jù)預(yù)先設(shè)定的事故診斷標準[3]，自動診斷事故危險等級，進而啟動相應(yīng)預(yù)警、應(yīng)急程序。事故診斷模型如圖4所示，分為底層驅(qū)動、數(shù)據(jù)處理、人機界面模塊，其中數(shù)據(jù)處理模塊包括實時數(shù)據(jù)采集、視頻庫、數(shù)據(jù)庫、專家?guī)?、預(yù)案庫。

3.3 預(yù)警報警

預(yù)警報警子系統(tǒng)接收到診斷結(jié)果異常信息，即集氣站生產(chǎn)運行狀態(tài)參數(shù)超出預(yù)設(shè)限值或監(jiān)控視頻異常，集氣站作業(yè)區(qū)和生產(chǎn)指揮中心聲光報警器第一時間發(fā)出警報，同時通過手機告知平臺，以圖、表、文檔等形式發(fā)送預(yù)警信息，形成預(yù)警報警過程記錄，并導(dǎo)入應(yīng)急自動響應(yīng)與事后評估子系統(tǒng)。

圖4 事故診斷模型

3.4 響應(yīng)準備

3.4.1 制定應(yīng)急預(yù)案

（1）判識集氣站工藝、設(shè)備及站內(nèi)外可能發(fā)生的事故，并進行影響范圍和后果分析，評估現(xiàn)有應(yīng)急能力與物資需求。

（2）編制應(yīng)急預(yù)案，與集氣站事故危險等級相結(jié)合，制定事故判識標準，并明確規(guī)定每位應(yīng)急人員在緊急狀況下的職責(zé)。

（3）建立數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案庫，實施預(yù)案庫動態(tài)管理，不斷更新完善。

3.4.2 建立應(yīng)急物資

（1）針對可能發(fā)生的事故與歷史記錄，制定相應(yīng)物資儲備、調(diào)用、購買目錄，建立物資儲備信息數(shù)據(jù)庫，及時補充儲備不足的物資，并納入集氣站日常管理，實現(xiàn)物資儲備動態(tài)管理。

（2）優(yōu)化應(yīng)急物資配送體系和集成診斷子系統(tǒng)，依據(jù)事故診斷結(jié)果，明確事故應(yīng)急物資需求，快速高效地整合儲備物資，及時有效地配送到指定地點，重點地區(qū)重點安排，重要物資優(yōu)先配送，有效配合應(yīng)急響應(yīng)[4]。

3.5 自動響應(yīng)

手機告知平臺是將應(yīng)急響應(yīng)子系統(tǒng)與智能手機集成，平時員工可實時查詢站內(nèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運轉(zhuǎn)情況。當(dāng)應(yīng)急響應(yīng)子系統(tǒng)收到事故預(yù)警信息后，通過手機告知平臺向應(yīng)急人員手機立即發(fā)送預(yù)警信息，應(yīng)急人員手機會報警響鈴，告知事故發(fā)生[5]。同時，依據(jù)診斷結(jié)果，系統(tǒng)自動給出預(yù)案中確定的應(yīng)急人員資料，并通過此平臺自動分配各專業(yè)人員應(yīng)急救援任務(wù)及地點，并需有關(guān)員工回復(fù)，確保收到應(yīng)急通知，在第一時間趕赴現(xiàn)場進行救援。

3.6 指揮調(diào)度與事后評估

指揮員按預(yù)先設(shè)定的應(yīng)急流程下達處置指令，流程框圖化顯示，避免響應(yīng)調(diào)度中主次顛倒和處置環(huán)節(jié)的遺漏，有序調(diào)動應(yīng)急人員、物資到指定點，變被動為主動。現(xiàn)場指揮平臺實時跟蹤反饋，與集氣站生產(chǎn)指揮中心進行雙向數(shù)據(jù)通信，為加速事故的應(yīng)急處置提供及時有效的數(shù)據(jù)信息。在所有搶險結(jié)束后，自動生成應(yīng)急全程的數(shù)據(jù)信息和行動記錄，對其評估分析，進而修訂和改進預(yù)案，為日后事件預(yù)案提供決策依據(jù)。

4 系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)具有以下特點：①數(shù)據(jù)自動采集與視頻在線監(jiān)控，實時監(jiān)控集氣站內(nèi)外、工藝及設(shè)備的生產(chǎn)運行狀況；②自動診斷與應(yīng)急自動響應(yīng)，使站場隱患與事故得到及時的預(yù)警、報警，保證預(yù)警與處置的充分銜接，使集氣站事故得到及時的處置，大大降低事故的嚴重程度；③應(yīng)急工作流的數(shù)字化和應(yīng)急人員、物資調(diào)度的自動化，使緊張繁瑣的應(yīng)急管理工作變得簡潔明了，提高了應(yīng)急救援的效率。

5 結(jié)論

（1）針對油氣田安全管理與事故應(yīng)急的新要求，建立了數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)構(gòu)架，將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于預(yù)警、準備、響應(yīng)、恢復(fù)等應(yīng)急環(huán)節(jié)，使其變成了一體化運行管理系統(tǒng)，各級應(yīng)急人員在統(tǒng)一平臺上協(xié)同工作，提高了集氣站應(yīng)急管理效率。

（2）系統(tǒng)實時采集集氣站工藝、設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)，集成站場狀態(tài)視頻在線監(jiān)控，整合統(tǒng)計多方數(shù)據(jù)，診斷事故危險等級，自啟響應(yīng)程序，實現(xiàn)集氣站運行異常自動診斷和事故自動響應(yīng)，充分銜接應(yīng)急管理工作的各環(huán)節(jié)。

（3）實現(xiàn)了集氣站安全隱患的有效控制和突發(fā)事件的高效處置，保障了蘇11—2集氣站安全運營，提升了集氣站管理水平，具有典型的應(yīng)用示范作用。

[1]徐文龍，郭建春，單吉全，等．蘇里格氣田數(shù)字化應(yīng)急管理的發(fā)展方向[J]．油氣田地面工程，2011，30（9）：82-83．

[2]龐誠，張乃祿，賀安武，等．油田數(shù)字化井場建設(shè)與施工[J]．油氣田地面工程，2011，30（11）：79-80．

[3]李峰，張超，張正輝．中國石油數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)研究[J]．中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2013，9（9）：142-147．

[4]SteveHeckler，MelissaQuick．UsingDigitalOilfieldPrinciplesto EnhanceSafety[J]．SocietyofPetroleumEngineers，2012（3）：27-29．

[5]朱迅，韓興剛，高玉龍，等．蘇里格氣田數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J]．天然氣工業(yè)，2012，32（5）：78-80．

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.3.021

基金論文：陜西省重大科技創(chuàng)新項目（2014ZKC(一）03-02）。