“長(zhǎng)青”號(hào)FPSO船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)研究

李麗年　馬 磊

（中海油能源發(fā)展油田建設(shè)工程設(shè)計(jì)研發(fā)中心 塘沽300452）

“長(zhǎng)青”號(hào)FPSO船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)研究

李麗年馬 磊

（中海油能源發(fā)展油田建設(shè)工程設(shè)計(jì)研發(fā)中心 塘沽300452）

在“長(zhǎng)青”號(hào)FPSO系統(tǒng)改造中，首次將船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)。根據(jù)船控臺(tái)系統(tǒng)特點(diǎn)，將過(guò)程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)和火氣系統(tǒng)分別并入中控系統(tǒng)中，最終可通過(guò)中控系統(tǒng)統(tǒng)一動(dòng)態(tài)顯示生產(chǎn)流程、主要工藝參數(shù)及主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以聲光報(bào)警形式顯示FPSO生產(chǎn)和安全的異常狀態(tài)，并定期打印生產(chǎn)報(bào)表。在發(fā)生事故的情況下能確保FPSO人員和生產(chǎn)設(shè)施的安全，防止環(huán)境污染，將事故造成的影響限制到最小,并能及時(shí)準(zhǔn)確地探測(cè)到可能發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的火情或可燃?xì)怏w泄漏，采取相應(yīng)的安全措施(如報(bào)警、關(guān)斷、消防等)，以保護(hù)FPSO人員和設(shè)備的安全。

FPSO；船控臺(tái)；中控系統(tǒng)；控制方法

引 言

“長(zhǎng)青”號(hào)FPSO原服役于渤中34-2/4油田，現(xiàn)為投產(chǎn)的渤中28-2南油田使用，并更名為“海洋石油102”。將FPSO中原有的船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 就是在“長(zhǎng)青”號(hào)大修改造的背景下，為解決“長(zhǎng)青”號(hào)原有中控系統(tǒng)控制功能分散而提出的一套全新的解決方案。渤海“長(zhǎng)青”號(hào)FPSO中控盤(pán)系統(tǒng)位于浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置的中央控制室內(nèi)，它的作用主要是便于集中監(jiān)測(cè)和控制。在控制室內(nèi)，除了船本身的控制盤(pán)外，工藝部分是由后期新增儀表控制盤(pán)部分組成。就浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置工藝生產(chǎn)系統(tǒng)而言，為保證其安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。其儀表控制系統(tǒng)由自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、報(bào)警指示系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)共同組成。它們既相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系。

1　船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)的具體實(shí)施方案

在此次改造中，“長(zhǎng)青”號(hào)的中控系統(tǒng)按照控制功能的不同，分為生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)和火氣系統(tǒng)三個(gè)系統(tǒng)。其中，用于全船工藝生產(chǎn)流程參數(shù)監(jiān)控、狀態(tài)顯示及報(bào)警的控制系統(tǒng)，稱(chēng)為生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)（Process Control System， 簡(jiǎn)稱(chēng)“PCS”）；用于全船工藝生產(chǎn)流程參數(shù)異常工況下緊急關(guān)斷相關(guān)設(shè)備以排除險(xiǎn)情、降低損失的控制系統(tǒng)，稱(chēng)為緊急關(guān)斷系統(tǒng)（Emergency Shutdown System， 簡(jiǎn)稱(chēng)“ESD”）；用于探測(cè)全船火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏情況，并對(duì)之采取相應(yīng)消防措施的控制系統(tǒng)，稱(chēng)為火氣系統(tǒng)（Fire and Gas System， 簡(jiǎn)稱(chēng)“FGS”）。這三個(gè)系統(tǒng)既相互獨(dú)立（每個(gè)系統(tǒng)都有自己獨(dú)立的控制器），又相互聯(lián)系（各控制系統(tǒng)之間可通過(guò)上部網(wǎng)絡(luò)相互通訊）。將船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)，便是將船控臺(tái)上的IO點(diǎn)位按照功能不同分別納入中控的PCS、ESD和FGS系統(tǒng)，從而形成一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)全船的集中控制［1-3］。

1.1船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控PCS系統(tǒng)方案

（1）將船控臺(tái)系統(tǒng)中與船體設(shè)備狀態(tài)顯示、報(bào)警及啟/?？刂朴嘘P(guān)的信號(hào)點(diǎn)并入中控PCS系統(tǒng)，在具體實(shí)施過(guò)程中，首先要注意的一點(diǎn)是：原有在船控臺(tái)進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示的指示燈或用來(lái)控制設(shè)備啟/?？刂频陌粹o，往往是從MCC（Motor Control Center， 馬達(dá)控制中心）過(guò)來(lái)的有源觸點(diǎn)信號(hào)，這些信號(hào)通常無(wú)法直接并入中控系統(tǒng)；其次，還需注意的一點(diǎn)是：某些原本在船控臺(tái)監(jiān)控的大型成撬設(shè)備在改造過(guò)程中如要求更新PLC（Programmable Logic Controller， 可編程邏輯器）控制，可考慮將原有在船控臺(tái)硬線監(jiān)控的信號(hào)點(diǎn)改為RS485信號(hào)上傳至中控PCS顯示。

（2）在將船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)的過(guò)程中，面臨的首要難題就是，原本在船控臺(tái)進(jìn)行狀態(tài)顯示的一些風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)等的運(yùn)行指示信號(hào)，在船控臺(tái)全為指示燈，指示燈的電源由電氣MCC直接提供；而且，原有船控臺(tái)上一些控制設(shè)備（如風(fēng)機(jī)或泵類(lèi)等）啟/停的控制信號(hào)，也是直接以按鈕的形式串在電氣MCC的控制回路里的。如果將這些信號(hào)點(diǎn)直接并入中控系統(tǒng)，由于現(xiàn)場(chǎng)過(guò)來(lái)的信號(hào)不是純粹的干觸點(diǎn)信號(hào)，而是有源觸點(diǎn)信號(hào)，就有可能燒壞中控的IO卡件。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，首先確定出原有船控臺(tái)上與電氣相關(guān)的信號(hào)點(diǎn)中哪些信號(hào)為有源觸點(diǎn)信號(hào)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，在確定下來(lái)的原船控臺(tái)有源觸點(diǎn)信號(hào)點(diǎn)中，有一部分信號(hào)點(diǎn)在MCC是有與之功能相近的備用干觸點(diǎn)的（如部分風(fēng)機(jī)或泵類(lèi)的運(yùn)行指示信號(hào)），對(duì)于這些信號(hào)點(diǎn)，將其原有的有源觸點(diǎn)信號(hào)點(diǎn)改為干觸點(diǎn)形式，信號(hào)可直接并入中控。而另外一些無(wú)法改為干觸點(diǎn)的有源觸點(diǎn)信號(hào)，通過(guò)在中控增加隔離繼電器的辦法予以解決。

（3）在將船控臺(tái)系統(tǒng)中的有關(guān)信號(hào)點(diǎn)并入中控PCS系統(tǒng)的過(guò)程中，面臨的另外一個(gè)問(wèn)題便是某些原本在船控臺(tái)監(jiān)控的大型成撬設(shè)備，如熱介質(zhì)鍋爐，在船控臺(tái)上保留了大量的硬線信號(hào)（共24個(gè)，其中不包括ESD應(yīng)急關(guān)斷點(diǎn)），這些信號(hào)大多是與熱介質(zhì)鍋爐狀態(tài)指示、操作指示及相關(guān)工藝參數(shù)顯示相關(guān)的信號(hào)，如果直接并入中控系統(tǒng)，勢(shì)必會(huì)占用中控系統(tǒng)相當(dāng)數(shù)量的IO通道；而且，在此次長(zhǎng)青號(hào)改造中要求熱介質(zhì)鍋爐更新為PLC控制，如果將熱介質(zhì)鍋爐原本在船控臺(tái)的硬線信號(hào)（ESD點(diǎn)除外）照搬并入中控PCS系統(tǒng)，熱介質(zhì)鍋爐更新PLC控制的優(yōu)勢(shì)也就無(wú)法充分發(fā)揮。

鑒于以上兩點(diǎn)，現(xiàn)推出一種將熱介質(zhì)鍋爐原本在船控臺(tái)的硬線信號(hào)（ESD點(diǎn)除外）通過(guò)RS485上傳至中控PCS顯示，在ESD系統(tǒng)保留熱介質(zhì)鍋爐硬線應(yīng)急切斷的改造要求，并確保熱介質(zhì)鍋爐PLC與中控PCS的RS485通信協(xié)議一致。以上方案的實(shí)施省去了熱介質(zhì)鍋爐原本在船控臺(tái)系統(tǒng)的很多硬線，也省去了中控PCS系統(tǒng)的很多卡件，更重要的是，它使得熱介質(zhì)鍋爐與中控的界面暢通和清晰（2臺(tái)熱介質(zhì)鍋爐、2臺(tái)PLC、2根RS485通訊纜和2個(gè)ESD硬線，僅此而已）。以上改造方案符合現(xiàn)行大型成撬設(shè)備的設(shè)計(jì)理念：整個(gè)撬塊采用就地盤(pán)控制，少數(shù)重要信號(hào)采用硬線上傳，其他參數(shù)采用RS485信號(hào)上傳，中控與現(xiàn)場(chǎng)就地盤(pán)之間僅通過(guò)少數(shù)的幾根硬線和1根RS485通訊纜便可建立起穩(wěn)定的信號(hào)傳輸和監(jiān)控功能。

1.2船控臺(tái)系統(tǒng)并入ESD系統(tǒng)方案

船控臺(tái)系統(tǒng)中與設(shè)備緊急關(guān)停相關(guān)的信號(hào)點(diǎn)，需要并入ESD系統(tǒng)。在將信號(hào)點(diǎn)并入ESD系統(tǒng)的過(guò)程中，尤其要注意的一點(diǎn)是要保證中控提供的ESD觸點(diǎn)形式與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需要的觸點(diǎn)形式相一致。按照現(xiàn)行的設(shè)計(jì)理念，ESD系統(tǒng)給出的關(guān)斷點(diǎn)通常為常閉點(diǎn)，系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)，觸點(diǎn)斷開(kāi)，關(guān)斷設(shè)備。這樣，即便在線路發(fā)生斷路的情況下，ESD系統(tǒng)也可立即關(guān)斷相應(yīng)設(shè)備，從而保證了系統(tǒng)關(guān)斷的安全性，即故障安全性設(shè)計(jì)。

“長(zhǎng)青”號(hào)船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控ESD系統(tǒng)的主要關(guān)斷點(diǎn)有熱介質(zhì)鍋爐的應(yīng)急關(guān)斷點(diǎn)、蒸汽鍋爐的應(yīng)急關(guān)斷點(diǎn)以及外輸總關(guān)斷閥（CV-76閥）與2臺(tái)原油外輸泵和2臺(tái)掃艙泵的聯(lián)鎖關(guān)斷點(diǎn)等。其中，原油外輸主干管線的應(yīng)急關(guān)斷閥CV-76閥與機(jī)泵艙兩臺(tái)原油外輸泵及2臺(tái)掃艙泵的聯(lián)鎖關(guān)斷，簡(jiǎn)稱(chēng)為“CV76閥與4臺(tái)泵聯(lián)鎖”。該聯(lián)鎖邏輯要求原油外輸時(shí)首先打開(kāi)CV-76閥，在該閥未打開(kāi)的情況下，外輸泵和掃艙泵均不能啟動(dòng)；同時(shí)要求外輸結(jié)束時(shí)，CV-76閥和外輸泵/掃艙泵要全部關(guān)斷。

針對(duì)以上邏輯，閥門(mén)遙控臺(tái)中用于控制CV-76閥關(guān)斷的電磁閥要求中控為之提供1路24V DC、1.5A的供電電源，且在正常情況下，要求該路電源不帶電；當(dāng)需要關(guān)斷CV-76閥時(shí)，中控帶電，為電磁閥供電，即可關(guān)斷CV-76閥，即要求CV-76閥的關(guān)斷按常開(kāi)回路設(shè)計(jì)。將中控關(guān)斷CV-76閥的輸出改為有源（24V DC，2A），常開(kāi)輸出，從而順利地解決了CV-76閥的關(guān)斷問(wèn)題。至于4臺(tái)泵（2臺(tái)原油外輸泵和2臺(tái)掃艙泵）的緊急關(guān)停，原本是通過(guò)船控臺(tái)在電氣高壓盤(pán)上實(shí)現(xiàn)的，要求為常閉觸點(diǎn)，與現(xiàn)行設(shè)計(jì)理念相一致，為安全起見(jiàn)，在中控端加隔離繼電器后，可直接并入中控ESD系統(tǒng)。

1.3船控臺(tái)系統(tǒng)并入火氣系統(tǒng)方案

船控臺(tái)系統(tǒng)中，與火氣消防相聯(lián)系的信號(hào)點(diǎn)需并入火氣系統(tǒng)，主要有應(yīng)急關(guān)斷風(fēng)機(jī)和油泵的5路關(guān)斷信號(hào)（生活樓1路，ES1；泵艙1路，ES2；生產(chǎn)甲板1路，ES3；機(jī)艙1路，ES4；廚房1路，ES5）以及與消防相關(guān)的泵類(lèi)（1臺(tái)主泡沫泵FPUX-801P、1臺(tái)艙底消防泵FPU-P-231、2臺(tái)電動(dòng)消防泵FPU-P-800A/B和1臺(tái)柴油消防泵FPU-P-800C）啟/?？刂菩盘?hào)。

由于此次改造中要求儀控系統(tǒng)升級(jí)更新，配電系統(tǒng)也要求進(jìn)行維修且按原功能恢復(fù)，所以要提前確認(rèn)電氣實(shí)際需要的觸點(diǎn)形式及容量，確認(rèn)好中控方面能否滿(mǎn)足其要求，并著重協(xié)商解決雙方不能兼容的一些問(wèn)題。此次改造中，關(guān)于泵類(lèi)的啟/?？刂埔约皩?duì)于風(fēng)機(jī)和油泵的關(guān)斷接口，兼容性滿(mǎn)足要求。

船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)的控制框圖見(jiàn)下頁(yè)圖1。

2　創(chuàng)新點(diǎn)

將FPSO的船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)由中控系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控的控制理念，既打破了以往FPSO設(shè)計(jì)中將船體控制部分與工藝生產(chǎn)控制部分分開(kāi)設(shè)計(jì)、分開(kāi)控制的格局，又與現(xiàn)行海上大規(guī)模油田控制系統(tǒng)中由中控實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控的設(shè)計(jì)理念相吻合，可以說(shuō)是基于以往FPSO設(shè)計(jì)理念上的一次突破［4-5］。

圖1　“長(zhǎng)青”號(hào)FPSO中控系統(tǒng)改造框圖

3　經(jīng)濟(jì)效益

將船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了中控系統(tǒng)的集中控制，又節(jié)省了因更新、維修整套船控臺(tái)系統(tǒng)而產(chǎn)生的大量費(fèi)用。將船控臺(tái)系統(tǒng)并入中控系統(tǒng)而引起的費(fèi)用增加，主要體現(xiàn)在中控系統(tǒng)因引入船控臺(tái)系統(tǒng)中的相關(guān)點(diǎn)位而引起的IO點(diǎn)數(shù)的增加，相對(duì)于船控臺(tái)維修而產(chǎn)生的大筆費(fèi)用而言，此項(xiàng)成果的經(jīng)濟(jì)效益是不言而喻的。

4　結(jié) 論

文中所提方案是將“長(zhǎng)青”號(hào)FPSO船控臺(tái)并入中控系統(tǒng)，并與單獨(dú)升級(jí)船控臺(tái)系統(tǒng)相比較后得到如下結(jié)果：

（1）實(shí)現(xiàn)船控、中控的統(tǒng)一控制，增加控制的可靠性；

（2）淘汰船控臺(tái)原有老舊控制系統(tǒng)，提高了控制的安全性；

（3）對(duì)于浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪改造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中控的高度集中控制；

（4）省去更新、維修船控臺(tái)費(fèi)用，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。

在滿(mǎn)足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的前提下，在項(xiàng)目具體實(shí)施過(guò)程中，針對(duì)實(shí)際遇到的復(fù)雜工況進(jìn)行優(yōu)化處理，成功實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)青”號(hào)船控臺(tái)并入中控系統(tǒng)。

［1］ 胡壽松.自動(dòng)控制原理［M］.第4版.北京：科學(xué)出版社.2001.

［2］ 吳鑫，劉儉飛，姜明軍，等. OPC UA技術(shù)及其在海上采油平臺(tái)的應(yīng)用［J］. 自動(dòng)化與儀表，2011（12）：33-36.

［3］ 何衍慶.集散控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用［M］.第3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2009.

［4］ 高志剛. 海洋石油平臺(tái)控制系統(tǒng)概況與分析［J］. 科技傳播，2010（19）：99-121.

［5］《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì).海洋石油工程設(shè)計(jì)指南［M］.北京：石油工業(yè)出版社， 2007.

On integration of control console system into central control system for Changqing FPSO vessel

LI Li-nian MA Lei
(CNOOC Energy Technology & Services-Oilfi eld Construction Engineering Co. Research & Design Center, Tanggu 300452, China)

During the reformation of Changqing FPSO system, the control console system has been integrated into the central control system for the first time. According to the characteristics of the control console system, Process Control System, Emergency Shutdown System and Fire & Gas System are incorporated into the central control system. Finally, the central control system can dynamically display the production process, main technology parameters and operation condition of main equipments, show abnormal situation of production and safety of FPSO in the form of sound and light alarm, and print production report regularly. At the time of accident, this system can ensure the safety of staff and production facilities on FPSO, prevent environment pollution, minimize the harmful effects of the accident, and timely and accurately detect fire or combustible gas leakage that possibly or already occurred. Then, the corresponding security measures can be imposed to protect the staff and the equipments on FPSO, such as alarm, shutdown, fi re protection, etc.

FPSO; control console; central control system; control method

TP273

A

1001-9855（2015）02-0090-04

2014-09-02；

2014-09-30

李麗年（1983-），男，碩士，工程師，研究方向：儀表設(shè)計(jì)。馬 磊（1988-），男，碩士，助理工程師，研究方向：儀表設(shè)計(jì)。