海上平臺(tái)通風(fēng)系統(tǒng)控制探討

王成甲，張勇青，張方源，劉 鵬

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽 300451；2.海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

海上平臺(tái)通風(fēng)系統(tǒng)控制探討

王成甲1，張勇青1，張方源1，劉 鵬2

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽 300451；2.海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

基于某國際油氣項(xiàng)目通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，結(jié)合國內(nèi)常規(guī)海洋油氣開發(fā)項(xiàng)目中通風(fēng)系統(tǒng)的控制，介紹了通風(fēng)系統(tǒng)通過對(duì)系統(tǒng)內(nèi)空氣流量、溫度、壓力等參數(shù)的監(jiān)測(cè)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)控制的幾種控制方案，并探討這些自動(dòng)控制方案的優(yōu)勢(shì)以及在海洋油氣開發(fā)項(xiàng)目中未來發(fā)展趨勢(shì)。

通風(fēng)系統(tǒng)；自動(dòng)控制；空氣流量；空氣溫度

1 風(fēng)機(jī)主備用切換控制

1.1 流量自動(dòng)控制

在風(fēng)機(jī)出口設(shè)置流量變送器，采集主管道的通風(fēng)流量，流量信號(hào)傳送至控制柜PLC，與流量設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較，流量設(shè)定點(diǎn)一般為設(shè)計(jì)流量的70%～75%，當(dāng)采集的流量低于設(shè)定點(diǎn)時(shí)，PLC輸出指令停止正在運(yùn)行的風(fēng)機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，并發(fā)出報(bào)警，以通知控制人員及時(shí)對(duì)流量達(dá)不到設(shè)定點(diǎn)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行及備用關(guān)系，避免停機(jī)造成相關(guān)連鎖事件。

1.2 壓差自動(dòng)控制

在風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口設(shè)置壓差變送器，采集風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的進(jìn)出口壓差，將壓差信號(hào)傳送到系統(tǒng)控制柜PLC，與設(shè)定的壓差進(jìn)行比較，當(dāng)采集的壓差低于設(shè)定點(diǎn)時(shí)，PLC輸出指令停止正在運(yùn)行的風(fēng)機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，并發(fā)出報(bào)警。

1.3 本地控制

每臺(tái)風(fēng)機(jī)設(shè)置本地按鈕盒，按鈕盒有運(yùn)行狀態(tài)指示燈和啟停按鈕，同時(shí)也可設(shè)置運(yùn)行信號(hào)遠(yuǎn)傳功能，把運(yùn)行信號(hào)同步到控制室。主備用風(fēng)機(jī)切換通過操作人員在本地操作按鈕盒實(shí)現(xiàn)控制。

設(shè)置備用風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)，主要是考慮避免無備用風(fēng)機(jī)情況下出現(xiàn)故障時(shí)影響相關(guān)服務(wù)區(qū)人員和設(shè)備的正常工作，主備用風(fēng)機(jī)的自動(dòng)化切換能夠保證通風(fēng)系統(tǒng)不間斷工作。相對(duì)來說，1.1和1.2條介紹的對(duì)流量與壓差進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的流體運(yùn)行直接監(jiān)測(cè)，真實(shí)反映設(shè)備是否正常運(yùn)行。1.3條介紹的本地按鈕盒的風(fēng)機(jī)狀態(tài)指示，是對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和反饋，并不能直接反映出風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，比如電機(jī)在正常運(yùn)行，但風(fēng)機(jī)因軸承或其他機(jī)械故障而沒有真正輸送空氣的情況。

因此，在自動(dòng)控制主備用風(fēng)機(jī)切換時(shí)，選擇1.1和1.2條的方案更為直接準(zhǔn)確。

2 溫度監(jiān)測(cè)與空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制

2.1 冬季空調(diào)風(fēng)加熱啟?？刂?/h3>

在新風(fēng)進(jìn)氣主管路設(shè)置2個(gè)溫度變送器，將采集到的進(jìn)風(fēng)溫度信號(hào)傳送至系統(tǒng)控制柜PLC，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值（10℃）時(shí)，PLC輸出指令啟動(dòng)空調(diào)加熱器HTF（heat transfer fluid）回水管線三通閥門開啟，使空調(diào)系統(tǒng)開始對(duì)進(jìn)入的新風(fēng)加熱，提高房間溫度，反之采集到的進(jìn)風(fēng)溫度信號(hào)高于設(shè)定值（10℃）時(shí)，將關(guān)閉HTF回水管線三通閥門。

2.2 冬季空調(diào)風(fēng)加熱量控制

房間內(nèi)部設(shè)置溫度變送器，將采集到的房間溫度信號(hào)傳送至系統(tǒng)控制柜PLC，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值（10℃）時(shí)，同時(shí)確認(rèn)空調(diào)器風(fēng)機(jī)進(jìn)出口壓差變送器采集的信號(hào)指示風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，以及空調(diào)器進(jìn)出口設(shè)置的關(guān)斷風(fēng)閘為開啟狀態(tài)，PLC輸出指令增加空調(diào)加熱器HTF回水管線三通閥門開啟度，同時(shí)控制盤會(huì)監(jiān)測(cè)該三通閥的位置反饋信號(hào)，將該反饋信號(hào)與給出的控制指令進(jìn)行對(duì)比，如果反饋信號(hào)反饋三通閥開啟度小于控制指令要求的開啟度80%，控制盤會(huì)發(fā)出公共報(bào)警信號(hào)并開啟備用空調(diào)機(jī)組。當(dāng)高于設(shè)定值（27℃）時(shí)，PLC輸出指令減小空調(diào)加熱器HTF回水管線三通閥門開啟度，以減少空調(diào)對(duì)房間加熱量。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制加熱量，維護(hù)房間溫度的同時(shí)，控制過熱造成能源浪費(fèi)。

2.3 冬季空調(diào)風(fēng)加熱量控制冗余監(jiān)測(cè)

在空調(diào)送風(fēng)出口主管道設(shè)置溫度變送器，當(dāng)房間內(nèi)的溫度變送器故障時(shí)，該溫度變送器采集送風(fēng)溫度信號(hào)送至系統(tǒng)控制柜PLC，PLC將該信號(hào)與浮動(dòng)設(shè)定點(diǎn)（浮動(dòng)設(shè)定點(diǎn)由新風(fēng)口溫度變送器傳送的信號(hào)經(jīng)過計(jì)算后設(shè)定，如新風(fēng)口溫度為-42℃時(shí)，浮動(dòng)設(shè)定點(diǎn)溫度計(jì)算值為+15.9℃，如新風(fēng)口溫度為+10℃時(shí)，浮動(dòng)設(shè)定點(diǎn)溫度計(jì)算值為+10℃）進(jìn)行對(duì)比，如果該溫度低于浮動(dòng)設(shè)定點(diǎn)，則PLC給出指令，調(diào)節(jié)HTF回水管線三通閥的開度。

以上系統(tǒng)在3個(gè)位置設(shè)置的溫度變送器在溫度控制的同時(shí)，PLC通過其采集的信號(hào)，同時(shí)會(huì)對(duì)比設(shè)定點(diǎn)并在超出設(shè)定點(diǎn)時(shí)進(jìn)行報(bào)警。PLC會(huì)把變送器監(jiān)測(cè)到的房間溫度值并發(fā)出高（27℃）/低（10℃）報(bào)警，監(jiān)測(cè)到的供風(fēng)溫度值并發(fā)出低溫報(bào)警（如果溫度低于10℃），監(jiān)測(cè)新風(fēng)口溫度值。

通過對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)不同部位溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱系統(tǒng)的啟停控制、流量精細(xì)控制，以及相應(yīng)報(bào)警、記錄，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的同時(shí)，確保系統(tǒng)啟動(dòng)及時(shí)，節(jié)能高效。

3 空調(diào)HTF耗能量計(jì)算

通過在供熱系統(tǒng)送回主管路設(shè)置溫度變送器采集送回水溫度計(jì)算溫差，在回水主管上設(shè)置流量變送器采集系統(tǒng)流量。系統(tǒng)控制盤PLC將通過從溫度和流量變送器采集的信號(hào)計(jì)算系統(tǒng)能量消耗。

系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)的累積，為將來的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用分析等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也可以通過數(shù)據(jù)分析得出系統(tǒng)運(yùn)行逐年的能耗變化情況。存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)意義重大，結(jié)合大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，有可能為將來優(yōu)化或研發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)束語

簡(jiǎn)單介紹了通風(fēng)系統(tǒng)中，通過對(duì)系統(tǒng)內(nèi)空氣流量、溫度、壓力等參數(shù)的監(jiān)測(cè)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)控制的幾種控制方案。并通過對(duì)方案的簡(jiǎn)單分析，可以看出自動(dòng)控制在海洋油氣領(lǐng)域空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用是目前國際項(xiàng)目的主流設(shè)計(jì)方案，具有明顯的功能和使用優(yōu)勢(shì)，是國內(nèi)同領(lǐng)域項(xiàng)目通風(fēng)系統(tǒng)控制的未來發(fā)展趨勢(shì)。

[1] 聶炳林,劉英超,李小龍.關(guān)于修訂《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》的建議[J]. 石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2013,29(9)：45-47.

Discussion on Ventilation System Control of Offshore Platform

Wang Cheng-jia，Zhang Yong-qing，Zhang Fang-yuan，Liu Peng

Based on the automatic control of the ventilation system of an international oil and gas project and the control of the ventilation system in the conventional marine oil and gas development project，this paper introduces the ventilation system to realize the system operation by monitoring the parameters such as air flow，temperature and pressure in the system.Control several control programs.And to explore the advantages of these automatic control programs and marine oil and gas development projects in the future development trend.

ventilation system；automatic control；air flow；air temperature

TE54

A

1003-6490（2017）12-0028-02

2017-10-16

王成甲（1984—），男，遼寧大連人，工程師，主要從事海洋石油平臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)方面工作與研究。