SCADA系統(tǒng)在普光氣田的應(yīng)用

趙延平 楊永欣 熊紅武

摘要：普光氣田是我國迄今為止規(guī)模最大、豐度最高的特大型整裝海相氣田，位于四川省宣漢縣境內(nèi)，構(gòu)造上屬于川東斷褶帶東北段雙石廟—普光NE向構(gòu)造帶上的一個鼻狀構(gòu)造，上報可動用儲量2583.06×108m3，是國家“十一五”期間重點建設(shè)工程——“川氣東送”工程的主要組成部分。普光氣田地面集輸工程SCADA系統(tǒng)由中原油田普光分公司、美國霍尼韋爾公司共同開發(fā)，該系統(tǒng)于2009年5月開始安裝調(diào)試，2009年10月正式試運行。

關(guān)鍵詞：SCADA系統(tǒng);普光氣田;地面集輸

1 、集輸工藝流程簡介

普光氣田地面集輸工程采用全濕氣加熱保溫混輸工藝，站場配有四項生產(chǎn)系統(tǒng)：加熱、計量、集輸、加藥。單井采出的天然氣經(jīng)井口籠套式節(jié)流閥降壓至19～29MPa，然后通過站內(nèi)的水浴式加熱爐兩級節(jié)流（分別為11～19MPa、8.5～11MPa），兩級加熱后進入生產(chǎn)或計量分支管。其中經(jīng)生產(chǎn)分支管直接進入外輸管線外輸，經(jīng)計量分支管進入計量分離器進行單井分離計量后流入外輸管線，通過集輸管線輸送至集氣總站分水，生產(chǎn)污水輸送至污水站處理后回注地層。加藥系統(tǒng)主要在井口、加熱爐、外輸管線上進行甲醇、緩蝕劑加注。

2 、普光氣田SCADA系統(tǒng)簡介

2.1普光氣田SCADA系統(tǒng)組成

普光氣田地面集輸工程SCADA系統(tǒng)分為三大部分：站控系統(tǒng)（SCS）、閥室控制系統(tǒng)（BSCS）及調(diào)度中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中站控系統(tǒng)包括過程控制系統(tǒng)（PCS）、安全儀表系統(tǒng)（SIS），閥室控制系統(tǒng)包括過程RTU（遠程終端）、安全儀表系統(tǒng)（SIS），調(diào)度中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括安全儀表系統(tǒng)（SIS）、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（包括實時服務(wù)器、歷史服務(wù)器、仿真服務(wù)器等）。

2.2 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

SCADA系統(tǒng)采用冗余光纖環(huán)網(wǎng)作為主干網(wǎng)，5.8G無線網(wǎng)絡(luò)作為備用網(wǎng)絡(luò)。5.8G無線網(wǎng)絡(luò)采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）和點對多點、點對點的組網(wǎng)方式，單扇區(qū)的速率高達54Mbps。5.8G的系統(tǒng)一般采用的直接序列擴頻技術(shù)，它的信道較多頻率較高，所以抗干擾能力相對要強一些。它可以滿足高帶寬應(yīng)用支持大量用戶的需要—8個不重疊信道使部署的可擴展性和靈活性更高，能支持同一地區(qū)的多個用戶。5.8GHZ也采用基于IP或基于電路的無線傳輸技術(shù)：基于IP的技術(shù)信令協(xié)議簡單，實現(xiàn)容易，開銷低，頻譜利用率高，業(yè)務(wù)種類多，接口簡單統(tǒng)一，升級容易，特別適合于非連接的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù);基于電路的技術(shù)時延小，適合于進行傳統(tǒng)的語音傳送和基于連接的傳輸業(yè)務(wù)。它的應(yīng)用范圍很廣：就頻段而言5.8G的設(shè)備可以用于城市或者郊區(qū)，5.8G無線接入的業(yè)務(wù)提供者可以是傳統(tǒng)的運營商也可以是大型的企事業(yè)單位;就系統(tǒng)要求的傳輸環(huán)境而言，5.8G無線接入系統(tǒng)在采用比較低的調(diào)制效率時對信噪比的要求比較低可以滿足一定的非可視傳輸要求。

站控系統(tǒng)、閥室控制系統(tǒng)通過冗余光纖環(huán)網(wǎng)或5.8G無線網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通信，均為100BASE-T總線結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)，TCP/IP協(xié)議。

2.3系統(tǒng)的主要設(shè)計功能

2.3.1 站控系統(tǒng)（SCS）功能

站控系統(tǒng)主要包括PCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)。其中PCS系統(tǒng)可實現(xiàn)壓力、溫度、流量、閥位等數(shù)據(jù)的實時顯示;閥門遠程啟停;更改參數(shù)（如計量參數(shù)、氣體組分、報警閾值、儀表量程等）;調(diào)節(jié)P、I、D值，閥門自/手動切換;歷史數(shù)據(jù)、報警記錄的記錄調(diào)用;流量的自動累計，避免人為誤差導(dǎo)致的計量輸差;SIS系統(tǒng)實時監(jiān)控單一集氣站關(guān)鍵參數(shù)（如井口壓力、出站壓力、站場硫化氫含量、站場煙火等），如參數(shù)異常且達到關(guān)斷條件，立即自/手動采取關(guān)斷井口、放空等安全措施。

2.3.2 調(diào)度中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)功能

調(diào)度中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)可實現(xiàn)壓力、溫度、流量、閥位等數(shù)據(jù)的實時顯示;閥門遠程啟停;更改參數(shù);調(diào)節(jié)P、I、D值，閥門自/手動切換;歷史數(shù)據(jù)、報警記錄的記錄調(diào)用;配有仿真服務(wù)器和仿真工作站實現(xiàn)在線模擬培訓(xùn);配有操作員站和工程師站，實現(xiàn)操作、監(jiān)控安全分離;SIS系統(tǒng)實時監(jiān)控全氣田各集氣站及各閥室關(guān)鍵參數(shù)。如參數(shù)異常且達到關(guān)斷條件，立即自/手動采取關(guān)斷全氣田、單集輸管線等安全措施。

2.3.3 閥室控制系統(tǒng)（BSCS）功能

閥室RTU（遠程終端）可實現(xiàn)壓力、溫度、閥位等數(shù)據(jù)的實時顯示;閥門遠程自/手動啟停;更改參數(shù);歷史數(shù)據(jù)、報警記錄的記錄調(diào)用;SIS系統(tǒng)實時監(jiān)控集輸管線關(guān)鍵參數(shù)（壓力、溫度、閥池硫化氫含量、煙火等）。如參數(shù)異常且達到關(guān)斷條件，立即自/手動采取關(guān)斷閥池閥門等安全措施。

2.4主要硬、軟件

硬件：調(diào)度中心包括AB公司的ControLogix控制器、OPC服務(wù)器、實時服務(wù)器、歷史服務(wù)器、仿真服務(wù)器、報警打印機&報表打印機、操作員站&工程師站&工作站;集氣站包括BB公司的ControlWave混合控制器、AB公司的ControlLogix 控制器、服務(wù)器兼操作員站、報警打印機&報表打印機;閥室包括RTU、AB公司的ControlLogix 控制器、PV1040T觸摸屏。

軟件：Windows 2003、Display Builder、HMIWeb Display Builder、Quick Builder。

3、 SCADA系統(tǒng)在普光氣田的主要應(yīng)用

3.1實時數(shù)據(jù)采集與記錄

普光氣田SCADA系統(tǒng)利用高速動態(tài)緩存區(qū)采集實時數(shù)據(jù)，提供報警、顯示操作、歷史數(shù)據(jù)采集、報表報告等服務(wù)功能，調(diào)度中心、站場控制系統(tǒng)的操作人員均可通過操作員站實時監(jiān)視現(xiàn)場生產(chǎn)情況，高效安全控制生產(chǎn)。同時調(diào)取生產(chǎn)情況的歷史數(shù)據(jù)，保障了分析數(shù)據(jù)的完整性。

3.2實時顯示設(shè)備運行狀態(tài)、閥門開度

調(diào)度中心、站場控制系統(tǒng)配有操作員站，可在計算機上進入生產(chǎn)畫面，監(jiān)視全站工藝流程、設(shè)備運行狀態(tài)、自控閥門的開關(guān)狀態(tài)。在需要調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài)時，可在站控室遠程自/手動調(diào)整自控設(shè)備、閥門的狀態(tài)，實現(xiàn)集氣站的自動化管理。

3.3生產(chǎn)過程的自動化控制

普光氣田SCADA系統(tǒng)自動化水平高，可實現(xiàn)集氣站的自動排污、單井自動輪換計量、水浴式加熱爐自動控制天然氣外輸溫度。其中分酸分離器分離出的殘酸按設(shè)定的高度自動排放收集。水浴式加熱爐可自動調(diào)整燃氣燃燒量進而控制外輸溫度在恒定區(qū)間。氣井產(chǎn)量可通過加熱爐二、三級節(jié)流閥開度自動控制產(chǎn)氣量。單井生產(chǎn)氣可通過集氣站自動倒換生產(chǎn)流程進入計量分離器進行氣液分離后計量。提高計量的準確度，同時分離出的液體可按設(shè)定的高度進行自動排液。

3.4流量的自動累計

普光氣田采用的儀表在精度方面高于常規(guī)儀表，均為魯格、羅斯蒙特等進口儀表，如壓力表精度為1.5%，壓力變送器精度為1‰，系統(tǒng)有短于常規(guī)儀器采集周期的特點，在錄取方式上也能避免由于環(huán)境因素造成的數(shù)據(jù)中斷，有效保障了測量數(shù)據(jù)的真實性、連續(xù)性、準確性。在生產(chǎn)氣計量方面，基于儀表的高精度特點，采取計量參數(shù)的連續(xù)累計，且配有當(dāng)日、總累積流量補償，提高生產(chǎn)氣、自耗氣累積量的準確性，避免儀表損壞、誤差等偶然因素導(dǎo)致的計量輸差。

3.5異常情況報警、緊急事件處理的記錄

根據(jù)設(shè)計要求設(shè)定工藝參數(shù)的報警上、下限值，一旦測量值超出報警值，系統(tǒng)立即發(fā)出報警聲，同時在人機界面顯示報警原因，提醒值班人員緊急處理異常情況，避免事故的發(fā)生，同時記錄報警原因，記錄處置動作，保證了事故的可追溯性。

結(jié)束語：

目前，普光氣田SCADA系統(tǒng)運行良好，滿足了生產(chǎn)需求，過程控制部分極大地減輕了勞動強度，避免了人員在高含硫化氫現(xiàn)場操作設(shè)備帶來的安全風(fēng)險;火氣監(jiān)測與緊急關(guān)斷系統(tǒng)確保高含硫化氫生產(chǎn)現(xiàn)場處于可控。