調(diào)控中心遠(yuǎn)程投產(chǎn)長輸液體管道實(shí)踐

陳泓君 代文平 于 濤,3

1.中國石油北京油氣調(diào)控中心, 北京 100007；2.北京大學(xué)軟件與微電子學(xué)院, 北京 100871；3.中國石油大學(xué)(華東)儲運(yùn)與建筑工程學(xué)院, 山東 青島 266580

0 前言

近年來,隨著國內(nèi)能源行業(yè)的整體布局發(fā)展,長輸原油成品油管道等配套工程相繼建成投產(chǎn),且隨著自控通信水平的提高,長輸液體管道調(diào)控模式由20世紀(jì)的開式流程、現(xiàn)場人員就地操作發(fā)展到現(xiàn)在更安全、節(jié)能的閉式流程,集中調(diào)控的遠(yuǎn)程操作。目前集中調(diào)控運(yùn)行的長輸液體管道已實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。以調(diào)控中心為核心的投產(chǎn)組織模式,包括投產(chǎn)前期準(zhǔn)備,投產(chǎn)過程運(yùn)行管理等,實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一指揮、集中調(diào)配以及全線協(xié)調(diào)的投產(chǎn)程序。明確管道建設(shè)、管道運(yùn)行等部門投產(chǎn)時(shí)及投產(chǎn)成功后的工作界面,強(qiáng)化調(diào)控人員前期培訓(xùn)及資料準(zhǔn)備工作,建立投產(chǎn)過程上下游協(xié)調(diào)機(jī)制及工況分析處置等內(nèi)容,可為管道成功投產(chǎn)及穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)[1-2]。

長輸液體管道投產(chǎn)前期的自控測試、人員培訓(xùn)及基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備是成功投產(chǎn)的前提,投產(chǎn)過程運(yùn)行管理流程的完善和技術(shù)問題的解決是成功投產(chǎn)的必要條件。經(jīng)過多年的遠(yuǎn)控投產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累,目前已基本形成較完善的投產(chǎn)管理體系,對投產(chǎn)過程常見技術(shù)問題形成了一定的技術(shù)儲備[3-4]。

1 投產(chǎn)前期準(zhǔn)備

長輸液體管道投產(chǎn)前期準(zhǔn)備,主要包括SCADA系統(tǒng)自控測試、基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備、人員培訓(xùn)、其他準(zhǔn)備工作(生產(chǎn)報(bào)表、調(diào)度令模板等)以及管道運(yùn)行工作界面劃分等。

1.1 SCADA系統(tǒng)自控測試

SCADA系統(tǒng)搭建是管道遠(yuǎn)控運(yùn)行和投產(chǎn)的前提條件,長輸液體管道投產(chǎn)前期應(yīng)進(jìn)行相關(guān)測試,主要包括工廠測試(FAT)和現(xiàn)場測試(SAT)。通過對比長輸液體管道沿線各站、遠(yuǎn)控閥室相關(guān)設(shè)備的模擬量和狀態(tài)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)表、描述、運(yùn)行范圍等內(nèi)容,按照初步設(shè)計(jì)、操作原理進(jìn)行邏輯測試,對人機(jī)界面(HMI)的流程和界面進(jìn)行規(guī)劃和確認(rèn),保證自動(dòng)化系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備具備聯(lián)調(diào)條件。主要工作內(nèi)容如下：

1)電動(dòng)閥調(diào)試。保證閥門能夠正確完成全開、全關(guān)操作,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控與現(xiàn)場閥位狀態(tài)和動(dòng)作執(zhí)行的一致性。

2)調(diào)節(jié)閥調(diào)試。測試調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)和比例積分微分控制(PID)命令的執(zhí)行情況,并根據(jù)設(shè)計(jì)要求對PID“手動(dòng)/自動(dòng)”狀態(tài)下的各種調(diào)節(jié)方式進(jìn)行測試。

3)給油泵和輸油泵調(diào)試。對輸油泵狀態(tài)和連鎖啟/停泵、單獨(dú)啟/停泵的連鎖邏輯進(jìn)行測試,對PID“手動(dòng)/自動(dòng)”調(diào)節(jié)的控制方式進(jìn)行重點(diǎn)測試。

4)核對各站模擬量,包括量程和報(bào)警限值。

5)全線遠(yuǎn)程控制閥室的緊急截?cái)嚅y門的遠(yuǎn)傳、開/關(guān)命令測試。

6)全線水擊自動(dòng)保護(hù)邏輯程序的調(diào)試。對各站進(jìn)出站閥門事故關(guān)斷、輸油泵站停電和RTU閥室截?cái)嚅y事故關(guān)斷等事故工況所引起的全線水擊保護(hù)程序進(jìn)行測試。

1.2 基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備

長輸液體管道基礎(chǔ)資料是投產(chǎn)過程及投產(chǎn)成功后安全運(yùn)行及工況處理的主要依據(jù),除設(shè)計(jì)部門提供的初設(shè)、操作原理,投產(chǎn)及調(diào)控人員還需編寫完成其他資料?；A(chǔ)資料需求見表1。

表1基礎(chǔ)資料需求

表1中的管道投產(chǎn)方案主要包括：總論、管道工程概況、投產(chǎn)組織機(jī)構(gòu)、投產(chǎn)必備條件及準(zhǔn)備、管道投產(chǎn)、HSE要求、應(yīng)急預(yù)案及相關(guān)附件等內(nèi)容。其中相關(guān)附件包括管道工藝流程、工藝安裝圖、泵特性曲線、主要工藝計(jì)算、臨時(shí)裝置安裝示意圖、投產(chǎn)所需主要物質(zhì)、備品備件、投產(chǎn)時(shí)間安排表、投產(chǎn)前條件確認(rèn)檢查表、水頭跟蹤記錄表、油頭跟蹤記錄表、油品供銷協(xié)議、水電通信協(xié)議、應(yīng)急預(yù)案等內(nèi)容。

基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備完成后,在投產(chǎn)前期按需打印,以供投產(chǎn)過程及日常運(yùn)行學(xué)習(xí)及資料查詢。

1.3 人員培訓(xùn)

長輸液體管道投產(chǎn)主體是投產(chǎn)人員,主要包括調(diào)控中心和站場的人員。投產(chǎn)前期管道運(yùn)行部門需對相關(guān)人員完成基礎(chǔ)資料、設(shè)備資料、SPS仿真、現(xiàn)場學(xué)習(xí)等培訓(xùn)。

1.3.1 基礎(chǔ)資料培訓(xùn)

由設(shè)計(jì)資料編寫人員對調(diào)控中心的投產(chǎn)調(diào)控人員進(jìn)行管道操作原理、設(shè)計(jì)內(nèi)容、運(yùn)行規(guī)程、投產(chǎn)方案、應(yīng)急預(yù)案培訓(xùn),使其充分了解和掌握管道沿線和站場工藝流程等概況、相關(guān)邏輯程序、運(yùn)行操作工藝,并著重掌握管道經(jīng)河流、人口密集區(qū)等穿跨越風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),牢記管道泄漏等異常緊急工況的應(yīng)急預(yù)案。

1.3.2 設(shè)備資料培訓(xùn)

由設(shè)備廠家對調(diào)控中心的投產(chǎn)調(diào)控人員進(jìn)行管道主要設(shè)備的使用方法、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、故障排查等內(nèi)容的培訓(xùn)。設(shè)備主要包括泵、電機(jī)、加熱爐、調(diào)節(jié)閥、減壓閥、執(zhí)行器、線路截?cái)嚅y、泄壓閥、安全閥、超聲流量計(jì)、容積式流量計(jì)等。

1.3.3 SPS仿真及現(xiàn)場學(xué)習(xí)培訓(xùn)

管道運(yùn)行單位根據(jù)管道基礎(chǔ)資料,利用SPS仿真軟件開發(fā)管道仿真系統(tǒng),利用仿真系統(tǒng)對管道投產(chǎn)過程及投產(chǎn)后運(yùn)行工況進(jìn)行仿真模擬,通過管道仿真系統(tǒng)的模擬演練總結(jié),得出不同外輸流量下相關(guān)泵站的配泵及異常工況的處理方案,指導(dǎo)投產(chǎn)期間管道控制操作,優(yōu)化運(yùn)行方案,并形成管道仿真報(bào)告,掌握管道運(yùn)行控制風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),摸索投產(chǎn)運(yùn)行規(guī)律,為管道順利投產(chǎn)和安全運(yùn)行創(chuàng)造技術(shù)條件。

調(diào)控中心的投產(chǎn)調(diào)控人員需在投產(chǎn)前期做好現(xiàn)場調(diào)研,掌握工藝流程、沿線河流溝渠穿跨越和現(xiàn)場設(shè)備特性；加強(qiáng)與現(xiàn)場人員交流,為投產(chǎn)過程及日常運(yùn)行溝通協(xié)調(diào)奠定基礎(chǔ)。

1.4 其他準(zhǔn)備

1.4.1 生產(chǎn)報(bào)表

根據(jù)管道投產(chǎn)及日常工作需要,投產(chǎn)前期應(yīng)編制管道生產(chǎn)系統(tǒng)工作報(bào)表和管道日常工作報(bào)表、啟停輸操作和交接班記錄格式、調(diào)度令格式。管道生產(chǎn)常用報(bào)表及內(nèi)容見表2。

表2管道生產(chǎn)常用報(bào)表及內(nèi)容

序號項(xiàng)目內(nèi)容備注1生產(chǎn)工作系統(tǒng)報(bào)表管道調(diào)度日報(bào)表首末站庫存、收發(fā)油,站場進(jìn)出站壓力、溫度、流量、地溫、密度,運(yùn)行泵、加熱爐型號管道收輸銷報(bào)表月計(jì)劃、日均輸量、月完成、進(jìn)度超欠、月完成、年累計(jì)站場庫存報(bào)表管道沿線油庫罐位及總庫存量2操作票管道主要操作啟停輸、切泵、增減量、油品切換、分輸、注入等3交接班記錄供交接班使用本班管道操作、工藝調(diào)整等生產(chǎn)運(yùn)行情況,設(shè)備狀況

1.4.2 SCADA系統(tǒng)HMI

SCADA系統(tǒng)終端對象是調(diào)控中心的投產(chǎn)調(diào)控人員工作站的人機(jī)界面(HMI)畫面,主要由系統(tǒng)配置圖、工藝流程圖、參數(shù)一覽表、趨勢圖、報(bào)警總攬、報(bào)警條、設(shè)備操作面板等組成。HMI是調(diào)控中心的投產(chǎn)調(diào)控人員進(jìn)行管道遠(yuǎn)程調(diào)控操作的媒介,通過HMI界面中設(shè)備界面,對現(xiàn)場泵、閥門等設(shè)備的操作控制,以及對現(xiàn)場壓力、流量、溫度、密度等參數(shù)的有效監(jiān)控。投產(chǎn)前期需根據(jù)SCADA系統(tǒng)HMI畫面分級要求,做好畫面分級與圖形繪制。SCADA系統(tǒng)HMI畫面分級見表3,HMI泵控制面板、電動(dòng)閥控制面板見圖1～2。

調(diào)控中心的投產(chǎn)調(diào)控人員通過使用圖1～2中泵、電動(dòng)閥門的控制面板,實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場泵及電動(dòng)閥門設(shè)備的遠(yuǎn)控操作。

1.4.3 職責(zé)界面劃分

投產(chǎn)前期，調(diào)控中心應(yīng)組織建設(shè)部門、地區(qū)公司及上下游相關(guān)部門參與投產(chǎn)及運(yùn)行協(xié)調(diào)會,確認(rèn)投產(chǎn)期間及投產(chǎn)運(yùn)行后各方應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任和義務(wù),劃分各方的工作界面和程序,明確調(diào)度指揮的交接內(nèi)容,并形成管道運(yùn)行業(yè)務(wù)溝通協(xié)調(diào)會議紀(jì)要。

表3SCADA系統(tǒng)HMI畫面分級

序號項(xiàng)目內(nèi)容1一級畫面管網(wǎng)系統(tǒng)綜合信息畫面,主要有管網(wǎng)總覽圖、管網(wǎng)綜合表等,也稱管網(wǎng)級畫面2二級畫面顯示單條或多條管道系統(tǒng)信息的圖形或數(shù)據(jù)表格畫面,也稱管線級畫面3三級畫面顯示單座站或合建站場的工藝流程、設(shè)備狀態(tài)以及運(yùn)行參數(shù)的圖形和表格,也稱站場級畫面4四級畫面顯示設(shè)備控制、邏輯操作及數(shù)據(jù)信息的彈出畫面,也稱面板級畫面

圖1 HMI泵控制面板

圖2 電動(dòng)閥控制面板

2 投產(chǎn)過程信息管理及工況控制

2.1 投產(chǎn)過程信息管理

調(diào)控中心遠(yuǎn)控投產(chǎn)有統(tǒng)籌全局的優(yōu)勢,可及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)和分析投產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題,協(xié)調(diào)解決上下游物資、人員問題,促進(jìn)管道成功投產(chǎn)。如果在整個(gè)投產(chǎn)過程中,調(diào)控中心和現(xiàn)場投產(chǎn)人員所掌握的全線信息不對等,則不利于上下游的組織協(xié)調(diào)。因此,投產(chǎn)過程信息管理主要以調(diào)控中心為核心,包括收集重要工況的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、操作工況,并利用短信或其他媒介下發(fā)重大操作命令，如投產(chǎn),啟停輸?shù)取?/p>

1)調(diào)度令。根據(jù)投產(chǎn)安排,調(diào)控中心的投產(chǎn)調(diào)控人員起草投產(chǎn)調(diào)度令,其中包括投產(chǎn)時(shí)間、具體工作安排等,下發(fā)至管道公司、上下游油田、煉廠及銷售等。

2)投產(chǎn)信息及簡報(bào)。根據(jù)投產(chǎn)前期準(zhǔn)備工作整理投產(chǎn)指揮及主要參與投產(chǎn)運(yùn)行人員手機(jī)號并形成投產(chǎn)通信錄。針對投產(chǎn)過程中重要節(jié)點(diǎn)信息,如清管器運(yùn)行位置,水頭、油頭位置,注水、注油量及里程、重要翻越點(diǎn)等,通過短信系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)人員。此外每天08:00匯總前24 h管道投產(chǎn)進(jìn)展并形成投產(chǎn)簡報(bào)上報(bào)。

2.2 投產(chǎn)過程工況控制

管道投產(chǎn)時(shí)沿線設(shè)備初次使用,處于不穩(wěn)定時(shí)期,超聲流量計(jì)等設(shè)備還需管道內(nèi)充滿油品進(jìn)行調(diào)試,工況不可預(yù)測,且分析處置難度大,對此需根據(jù)以往投產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)管道投產(chǎn)過程的可控,異常工況的快速發(fā)現(xiàn)。

2.2.1 輸量控制

長輸液體管道投產(chǎn)初期沿線無流量參考,調(diào)控中心的投產(chǎn)調(diào)控人員可采用給油泵曲線、泵電流值制定流量控制參考標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合現(xiàn)場跟球人員位置反饋,進(jìn)行短時(shí)間流量控制對比,同時(shí)首站外輸罐應(yīng)盡量選用罐容小的單輸油罐,以利于管輸油品輸量的進(jìn)一步核算,實(shí)現(xiàn)輸量可控。隨著管道投產(chǎn)過程推進(jìn),若首站啟用2臺給油泵,則不推薦利用泵曲線進(jìn)行輸量控制。

如果管道投產(chǎn)后存在2個(gè)壓力遠(yuǎn)傳點(diǎn),且基本判斷該管段為滿管流,應(yīng)盡快通過清管器、首站儲罐液位來建立一定流量,計(jì)算出該管段摩阻,用以指導(dǎo)整個(gè)管道輸量。如利用首站罐位和清管器運(yùn)行速度計(jì)算獲得管道輸量600 m3/h，A站和B站間管段摩阻2 MPa,若該管段摩阻小于2 MPa則輸量小于600 m3/h,該管段摩阻大于2 MPa則輸量大于600 m3/h。此外投產(chǎn)初期為氣液界面,出站壓力主要與管道高程變化有關(guān),不能用來參考控制出站流量[5-6]。

2.2.2 油水界面跟蹤與控制

管道投產(chǎn)時(shí)油水界面的有效跟蹤,有利于安排下游污水接收與排放工作,減少污水量,降低對環(huán)境污染的壓力。實(shí)際油水界面跟蹤除通過管容計(jì)算,還可根據(jù)油水物性差別進(jìn)行沿線監(jiān)測,如油水密度和比熱容相差較大,通過泵壓力變化及過加熱爐油溫變化確認(rèn)油水界面位置。

影響油水混合物體積的因素較多,主要有地形、管道中是否存在氣體及不滿流現(xiàn)象、停輸時(shí)間等。尤其管道沿線起伏較大,形成高點(diǎn)后的空化段、加速段及滿流段等三段流體,加大了管內(nèi)流體的攪拌,增大了混油量[7-9]。對此,投產(chǎn)過程中應(yīng)盡量在油水界面到達(dá)高點(diǎn)前建立背壓,減少混油量,同時(shí)減小不必要的停輸,確保管道平穩(wěn)運(yùn)行。

2.2.3 其他工況識別與控制

1)閥門接線問題。閥門限位開關(guān)接線分為上導(dǎo)式和下導(dǎo)式,若接反可導(dǎo)致閥門開關(guān)信號與實(shí)際狀態(tài)相反,投產(chǎn)過程中若存在閥門開關(guān)接線調(diào)整,應(yīng)咨詢廠家明確接線形式,避免因接反而發(fā)生管線憋壓問題。

2)管內(nèi)水柱。管道建設(shè)需使用水進(jìn)行嚴(yán)密性和強(qiáng)度試壓,試壓完畢后通過吹掃排水,但在管道低洼處可能存在水柱,在投產(chǎn)時(shí)導(dǎo)致下游長時(shí)間無排氣現(xiàn)象。對此,投產(chǎn)前應(yīng)排查管道沿線大型河流穿跨越,若發(fā)生下游長時(shí)間無氣流,需進(jìn)行工況排查分析[10]。

2.3 投產(chǎn)過程注意事項(xiàng)

1)投產(chǎn)過程異常工況發(fā)生較多,且多為投產(chǎn)期獨(dú)有工況,因此應(yīng)關(guān)注報(bào)警投用與分析,查看HMI總參表中進(jìn)出站壓力設(shè)定是否投用,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)處置異常工況。

2)投產(chǎn)前期，現(xiàn)場落實(shí)干線閥門旁通是否關(guān)閉,避免投產(chǎn)過程清管器卡阻[11-12]。

3)投產(chǎn)過程需詳細(xì)記錄各重要工況節(jié)點(diǎn)、異常工況事件等,高頻率截取管道運(yùn)行參數(shù)顯示屏并做好詳細(xì)事件備注[13]。

4)長輸液體管道調(diào)控中心的投產(chǎn)調(diào)控人員應(yīng)具有全局觀,從整體分析各種工況,避免片面分析[14-16]。

5)梳理投產(chǎn)遺留問題,匯總投產(chǎn)過程重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)及異常事件記錄,最終形成投產(chǎn)總結(jié)[17-20]。

3 結(jié)論

長輸液體管道的調(diào)控中心投產(chǎn)具有全局性、系統(tǒng)性,有利于管道投產(chǎn)過程中異常工況的發(fā)現(xiàn)和處置,以及物資和人員的調(diào)配管理。通過多年的調(diào)控中心投產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),逐漸總結(jié)出了投產(chǎn)前自控測試、基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備、人員培訓(xùn)、常用報(bào)表準(zhǔn)備、相關(guān)部門職責(zé)界面劃分等基礎(chǔ)性準(zhǔn)備工作。管道投產(chǎn)時(shí)期設(shè)備處于試運(yùn)狀態(tài),通過輸量控制方法、油水界面跟蹤與控制等、閥門接線異常等工況的識別與控制,提出投產(chǎn)過程注意事項(xiàng),系統(tǒng)全面地對長輸液體管道投產(chǎn)進(jìn)行總結(jié),保證長輸液體管道的安全、高效投產(chǎn)。

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