自動(dòng)化技術(shù)在油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的應(yīng)用

劉忠華（西南石油大學(xué)，四川省成都市610500）

自動(dòng)化技術(shù)在油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的應(yīng)用

劉忠華（西南石油大學(xué)，四川省成都市610500）

近年來(lái)，社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)油氣資源的需求也越來(lái)越多，在油田實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)油田生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、集中管理與智能控制。對(duì)此，本文首先分析了油氣儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，其次對(duì)自動(dòng)化技術(shù)在油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的作用進(jìn)行了相應(yīng)的闡述，以供參考。

自動(dòng)化技術(shù)；油氣儲(chǔ)運(yùn)；應(yīng)用

1 引言

油氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展直接關(guān)聯(lián)著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展，但因石油與天然氣資源的危險(xiǎn)性較大，這使得該行業(yè)成為高危行業(yè)之一，特別是油氣資源的儲(chǔ)運(yùn)，要求較高，運(yùn)輸距離也相對(duì)較長(zhǎng)，往往存在諸多安全隱患。為了減少各類(lèi)安全隱患，提升油氣儲(chǔ)運(yùn)的安全性，必須不斷提升其自動(dòng)化水平。

2 油氣儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 油氣管道自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用框架

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)油氣管道主要采用以計(jì)算機(jī)為核心的SCADA系統(tǒng)，即為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)其處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，一般由調(diào)度控制中心負(fù)責(zé)工藝過(guò)程的操作與管理工作，站場(chǎng)操作人員能夠?qū)Υ诉^(guò)程進(jìn)行監(jiān)視。在調(diào)度控制中心授權(quán)、調(diào)度控制中心故障或是通信中斷時(shí)，往往由站場(chǎng)控制系統(tǒng)接過(guò)操作權(quán)限，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)工藝系統(tǒng)與設(shè)備的操作。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可采用就地手動(dòng)操作。針對(duì)特別重要的油氣管道工程，還會(huì)設(shè)置備用調(diào)控中心，當(dāng)主調(diào)控中心發(fā)生故障之后，可通過(guò)控制權(quán)限的方式，完成工藝過(guò)程的操作與管理工作。如果是長(zhǎng)距離的輸送管理，還能夠根據(jù)地域特征，設(shè)置地區(qū)管理處，通過(guò)此來(lái)負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)的管道工藝過(guò)程的管理與維搶修工作，油氣儲(chǔ)運(yùn)SCADA系統(tǒng)框架如圖1所示。

各個(gè)站場(chǎng)與閥室均采用以PLC+RTU（采用可編程控制器和遠(yuǎn)程終端單元控制模式）為核心的站控制系統(tǒng)，即為通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表對(duì)工藝過(guò)程的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，通過(guò)由PLC處理檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)力設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)與控制。整體工藝過(guò)程的監(jiān)控會(huì)顯示在安裝有HMI的工作站上，將其提供給運(yùn)行操作人員。此外，所有的運(yùn)行參數(shù)均上傳至調(diào)度控制中心。

2.2 油氣儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要組成部分

圖1 油氣儲(chǔ)運(yùn)SCADA系統(tǒng)框架

根據(jù)智能化程度的差異，可將油氣儲(chǔ)運(yùn)的整體自動(dòng)化系統(tǒng)分為以下四個(gè)層次：①?zèng)Q策層：主要由上位機(jī)、路由器、打印機(jī)等設(shè)備組成。決策層的主要作用在于完整的上傳數(shù)據(jù)，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)、分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)，管理工作人員還可對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析，以充分了解與掌握油氣儲(chǔ)運(yùn)當(dāng)前的狀態(tài)，保證決策的科學(xué)合理性，落實(shí)生產(chǎn)指揮工作。②監(jiān)控層：主要由PLC控制器、變頻器等設(shè)備組成。監(jiān)控層主要用于采集、顯示、調(diào)控、存儲(chǔ)各集輸站庫(kù)內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)信息發(fā)送至上級(jí)系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，監(jiān)控層便會(huì)報(bào)警處理。③數(shù)據(jù)層：主要是RTU控制器設(shè)備。數(shù)據(jù)層的主要作用在于收集、存儲(chǔ)、分類(lèi)由集輸站現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)獲得的參數(shù)與數(shù)據(jù)。④現(xiàn)場(chǎng)層：主要是變送器、緊急切斷閥、氣體探測(cè)器等設(shè)備組成?，F(xiàn)場(chǎng)層的主要作用在于對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接采集與調(diào)控，不僅能夠大大提升工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，還能夠?yàn)楣ぷ髡咛峁┹^高的安全保障。

3 自動(dòng)化技術(shù)在油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的具體應(yīng)用

3.1 某油庫(kù)罐區(qū)自動(dòng)化的實(shí)施方案

某油庫(kù)有28個(gè)儲(chǔ)罐，其中24個(gè)油罐（6個(gè)汽油罐，9個(gè)柴油罐，9個(gè)重油罐），2個(gè)污水罐，2個(gè)消防罐。以上儲(chǔ)罐中12個(gè)為內(nèi)浮頂罐，其他16個(gè)為拱頂罐。為了提高儲(chǔ)運(yùn)生產(chǎn)的效率和安全，提高生產(chǎn)和管理的先進(jìn)化、自動(dòng)化水平，該油庫(kù)擬實(shí)施本自動(dòng)化方案。此處對(duì)罐區(qū)自動(dòng)化的實(shí)施方案進(jìn)行分析探討，具體如下：

油罐庫(kù)區(qū)要實(shí)現(xiàn)區(qū)域的綜合自動(dòng)化，首先是要把這個(gè)區(qū)域的所有檢測(cè)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)（包括液位計(jì)、溫度計(jì)、液位開(kāi)關(guān)、電動(dòng)閥、可燃?xì)怏w報(bào)警器、智能崗位巡檢系統(tǒng)甚至工業(yè)電視監(jiān)視信號(hào)）集中由一套控制系統(tǒng)采集和輸出控制。該系統(tǒng)及操作站要能實(shí)現(xiàn)以下功能：

3.1.1 生產(chǎn)作業(yè)

操作站中可以根據(jù)需要預(yù)先輸入一些工藝流程，收付油時(shí)根據(jù)調(diào)度的要求可以選擇其中的一個(gè)工藝流程，采用自動(dòng)或人工干預(yù)的方法完成該流程。操作站記錄庫(kù)區(qū)數(shù)據(jù)，包括各儲(chǔ)罐的液位、溫度、密度、水尺，并算出體積和重量。操作站可以根據(jù)指定的時(shí)間間隔自動(dòng)打印出崗位巡檢報(bào)表，也可以在任意時(shí)刻打印當(dāng)前的庫(kù)區(qū)庫(kù)存報(bào)表。

3.1.2 安全保障

操作站可以根據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)采集到的各種原始數(shù)據(jù)提供各種安全保障。收付油時(shí)，一方面根據(jù)流程要求監(jiān)視閥門(mén)狀態(tài)，出現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)警防止串油，另一方面根據(jù)對(duì)液位的監(jiān)控，防止冒罐或抽空。

靜置時(shí)，操作站不斷地檢測(cè)重量（指采用HIMS的罐），排除因溫度等引起的液位變化的因素，當(dāng)重量變化超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)及時(shí)報(bào)警，提醒操作工進(jìn)行檢查，防止漏油或串油等事故的發(fā)生。同時(shí)不斷地檢測(cè)閥門(mén)狀態(tài)，在操作站沒(méi)有給出閥門(mén)控制命令的時(shí)候，閥門(mén)狀態(tài)發(fā)生了變化，及時(shí)給出報(bào)警，如果是操作工現(xiàn)場(chǎng)操作的，可以幫助操作工確認(rèn)操作是否正確，如果是非操作引起的，可以提醒操作工及時(shí)進(jìn)行檢查，防止跑油事故的發(fā)生。

操作站還通過(guò)可燃?xì)怏w報(bào)警器，不斷檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的油氣濃度，當(dāng)濃度超過(guò)警戒值及時(shí)給出報(bào)警，提醒操作工進(jìn)行檢查。

3.1.3 操作管理

操作站可以利用權(quán)限管理、操作記錄等方法強(qiáng)化操作管理，幫助操作工提高工作責(zé)任心，避免因操作失誤引起的事故。

設(shè)計(jì)出的操作站可以給出各種直觀(guān)的操作提示，幫助操作工完成各項(xiàng)功能。操作站提供多幅畫(huà)面（包括庫(kù)區(qū)總貌圖、工藝流程圖、單罐參數(shù)圖、可燃?xì)怏w報(bào)警分布圖、崗位巡檢畫(huà)面、報(bào)警記錄表、操作記錄表及儀表維護(hù)圖等），并采用醒目的圖形提示，幫助操作工了解現(xiàn)場(chǎng)工況。

3.2 自動(dòng)化技術(shù)在油氣儲(chǔ)運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)用的注意事項(xiàng)內(nèi)容

（1）目前原油的輸送多采用管線(xiàn)輸送，原油在輸送過(guò)程中存在著兩方面的能量損失，即摩擦阻力損失和散熱損失，因此實(shí)現(xiàn)最優(yōu)輸送選擇智能自動(dòng)化設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。

（2）控制管輸流量可以達(dá)到節(jié)約燃料油，提高管輸效率的目的。其基本原理是用流量控制系統(tǒng)控制輸油泵站出站原油的流量穩(wěn)定為定值?；诠茌斂刂圃?，可以采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化技術(shù)，優(yōu)化輸油參數(shù)，提高管輸效率。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)施管線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，采集首端、末端壓力、溫度、流量和粘度等參數(shù)，通過(guò)雙向微波傳送到首末站控制室；編寫(xiě)優(yōu)化輸油參數(shù)程序，在實(shí)際應(yīng)用中修正常數(shù)；計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的參數(shù)提供優(yōu)化的輸油參數(shù)，應(yīng)用流量控制原理，調(diào)節(jié)加熱爐加熱溫度，控制流量。

3.3 自動(dòng)化技術(shù)在油氣儲(chǔ)運(yùn)中的作用

3.3.1 促使設(shè)備運(yùn)行效率的提升

在油氣日常儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，泵的運(yùn)行效率直接關(guān)聯(lián)著電量消耗指標(biāo)，這就要求必須不斷提升大型外輸泵設(shè)備的運(yùn)行效率。對(duì)此，可積極運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，以?shí)現(xiàn)對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。通常情況下，油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理較復(fù)雜，往往是先通過(guò)能耗計(jì)量?jī)x表來(lái)準(zhǔn)確計(jì)量生產(chǎn)電機(jī)的實(shí)際耗電量，然后再根據(jù)泵的進(jìn)出口流量與壓力確定其實(shí)際輸出有用功量。現(xiàn)場(chǎng)的一次儀表所采集到相應(yīng)的數(shù)據(jù)之后，會(huì)直接傳輸至中央處理機(jī)，最后由中央處理機(jī)計(jì)算出泵的實(shí)時(shí)泵效。工作人員通過(guò)泵的實(shí)時(shí)泵效，可以分析出泵的工作效率及變化原因。根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用，可以使泵類(lèi)設(shè)備的運(yùn)行效率提高至少5%。

3.3.2 對(duì)儲(chǔ)運(yùn)管線(xiàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，合理調(diào)節(jié)管輸參數(shù)

在油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，管道的平穩(wěn)與安全較為重要，為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，通常需要對(duì)進(jìn)入下站的原油進(jìn)行加熱，此種方法雖然能夠確保油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程的平穩(wěn)與安全，但也會(huì)在一定程度上降低輸送管道的運(yùn)輸量，進(jìn)而使得進(jìn)入下一站的原油溫度遠(yuǎn)低于安全極限溫度，這就要求必須在油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中應(yīng)用有效的加熱設(shè)備。同時(shí)，還可采用正輸與反輸相互交替運(yùn)行的方式，但會(huì)大大增加能源的消耗。所以，要想節(jié)約能源、節(jié)省成本，可盡量避免反輸運(yùn)輸，通過(guò)降低原油凝點(diǎn)來(lái)降低管道輸送的原油進(jìn)站要求溫度。如果地溫較高，可將中間的部分加熱爐停止，以實(shí)現(xiàn)常溫輸送，此種油氣運(yùn)輸方式較適用于環(huán)境惡劣的沙漠、海上管道運(yùn)輸。

我國(guó)當(dāng)前所應(yīng)用的主要的油氣運(yùn)輸管道為含蠟原油管道，此種管道的運(yùn)行效率較低，所以還需要通過(guò)增加經(jīng)費(fèi)與提高自動(dòng)化程度等措施促使其運(yùn)行效率的提升。為了提高油氣運(yùn)輸管道的自動(dòng)化程度，應(yīng)充分利用自動(dòng)化技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)監(jiān)控儲(chǔ)運(yùn)管線(xiàn)，實(shí)時(shí)記錄管線(xiàn)的溫度、粘度、流量及壓力等參數(shù)，然后再通過(guò)雙向微波將其傳送到控制室內(nèi)，利用控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，及時(shí)修正不合理的常數(shù)，合理調(diào)節(jié)不合適的加熱溫度，以此來(lái)對(duì)儲(chǔ)運(yùn)管道內(nèi)原油流量進(jìn)行更好的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，可有效降低油氣生產(chǎn)過(guò)程的危險(xiǎn)性，且還能夠促使油氣生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段工作效率的提高，為油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程提供更加有力的安全保證與可靠和保障。因此，必須高度重視自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，充分發(fā)揮其在工業(yè)生產(chǎn)中的價(jià)值，促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)的持續(xù)建設(shè)與發(fā)展。

[1]付 石，謝海林.油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，32（3）：252～256.

[2]張 勤.油氣儲(chǔ)運(yùn)工程中應(yīng)用的技術(shù)探討[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，33（11）：292.

[3]張國(guó)軍.最優(yōu)化法在油氣儲(chǔ)運(yùn)工程中的應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2015，22（8）：60.

TE86

A

2095-2066（2016）35-0129-02

2016-12-3

劉忠華（1982-），男，高級(jí)工程師，本科，主要從事石油與天然氣工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程技術(shù)研究和油田地面工程建設(shè)工作。