輸油控制系統(tǒng)控制要點及系統(tǒng)組成

滿明石++吳振寧++田寒月

[摘 要]成品油管道作為現(xiàn)代國家能源建設(shè)的重要組成部分，具有距離長、范圍廣、生產(chǎn)指揮難度大的特點。為保證管道安全平穩(wěn)運行，必須對管道輸油進行適時的操作監(jiān)督與精準的運行控制。傳統(tǒng)的電話指揮、人工記錄、逐級匯報的長輸管道監(jiān)控方式因反應(yīng)過緩、任務(wù)過重，已難以滿足密閉輸送協(xié)調(diào)運行、供需變化及安全經(jīng)濟運行的要求。因此，必須建立成品油管道數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition，簡稱SCADA），確保輸油管道集中指揮和統(tǒng)一管理，提高生產(chǎn)調(diào)度速度，實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度快速化、數(shù)字化、信息化戰(zhàn)略，從而確保管線安全、平穩(wěn)、經(jīng)濟的運行。

[關(guān)鍵詞]輸油控制 SCADA 數(shù)字化管理

中圖分類號：F524 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）19-0148-01

1 輸油自動調(diào)控現(xiàn)狀

1.1 輸油調(diào)控難點

長輸管道企業(yè)單位地理位置分布分散，與管理部門之間距離較遠。長輸管道所處地理環(huán)境，一般來說比較惡劣，常處在野外的山谷階地、黃土塬、沙漠、海灘、草原、沼澤中，需要跨越河流、山谷、鐵道、公路、村莊等，而且有些海拔相對較高。這些特點使管理部門及時準確了解基層生產(chǎn)單位生產(chǎn)狀況和迅速下達指令十分困難，而且生產(chǎn)操作人員的生產(chǎn)和生活條件十分艱苦。雖然管道的中間站比首末站需要監(jiān)測、操作、控制的參數(shù)少，方法也簡單一些，但也有一些不依靠自動化技術(shù)難以解決的問題如密閉輸油管道水擊保護控制、全線緊急停車、站控系統(tǒng)遠程維護、爐泵聯(lián)鎖等，使得油品輸送管道的生產(chǎn)越來越需要依靠自動化技術(shù)提高生產(chǎn)的效率和效益。

1.2 SCADA系統(tǒng)簡介

SCADA系統(tǒng)對輸油過程工藝變量進行自動采集、計算、數(shù)據(jù)處理和對現(xiàn)場主要設(shè)備實現(xiàn)自動控制，節(jié)省人力并極大地降低了生產(chǎn)人員面臨惡劣工作環(huán)境的可能性，保證了工作在第一線的人員的安全；各項數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳達，實現(xiàn)各站到調(diào)度中心、調(diào)度中心到公司的實時數(shù)據(jù)采集；系統(tǒng)實時在線監(jiān)測現(xiàn)場裝置和儀表的運行狀況，極大地提高了生產(chǎn)和運行管理的及時性和準確性； SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用，為管道運行管理自動化提供了硬件體系和底層運行自動化的基礎(chǔ)；實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)控傳輸系統(tǒng)的開發(fā)將進一步完善輸油管道數(shù)字化建設(shè)，改進輸油企業(yè)信息管理的模式，真正達到輸油企業(yè)數(shù)據(jù)信息資源的共享【1】。

2 輸油站自動控制要求

（1） 輸油泵機組控制。輸油泵機組直接影響到管道安全和經(jīng)濟運行。因此對與輸油泵機組安全運行關(guān)系重大的變量進行檢測并采用報警裝置進行預(yù)報警；泵機組控制包括啟、停控制，聯(lián)鎖保護控制等。

（2） 加熱爐（或稱熱交換系統(tǒng)）控制：靖咸管道原油輸送時，通過加熱爐加熱提高原油溫度使油品粘度降低，減少摩阻損失，降低管輸壓力；使管內(nèi)最低油溫維持在凝點以上，保證安全輸送。在加熱輸送過程中為保證加熱爐運行安全可靠，滿足輸油工藝對原油熱溫度的要求，提高熱效率，降低能耗，需要對加熱爐運行過程變量進行檢測，對主要過程變量進行控制。自動點火（啟動）和停爐控制、報警與停爐聯(lián)鎖保護控制、爐出口溫度控制（燃油流量控制）、燃燒控制（煙道氣含氧量控制）、爐膛負壓控制系統(tǒng)等。

（3） 油罐液位控制

油罐液位超高限、超低限時，發(fā)出信號進行流程切換，避免溢罐或抽空；油溫低限報警則啟動加熱系統(tǒng)。

（4） 原油計量及標定

原油計量及標定系統(tǒng)的主要監(jiān)測及報警量有：流量、流量計后壓力、流量計后溫度、過濾器前后差壓、密度、含水等。

（5） 清管器收、發(fā)系統(tǒng)控制

清管器收、發(fā)系統(tǒng)控制包括首站清管器發(fā)送、末站接收，中間站收、發(fā)或通過的順序控制。操作程序由站控計算機系統(tǒng)控制。操作過程可在站控室或控制中心的CRT上顯示。清管器收、發(fā)及通過也可以通過手動來完成。

（6） 壓力調(diào)節(jié)與水擊控制系統(tǒng)

對密閉輸送管道來說，壓力調(diào)節(jié)與水擊控制是必須予以重視的問題。它們是保證輸油主泵和管道安全運行所必不可少的措施。楊山站壓力自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)用于控制泵站的進泵壓力不低于泵允許的最低吸入壓力，出站壓力不高于管線的最高允許操作壓力。所謂水擊，是指在有壓管道中運動著的液體，由于閥門或水泵突然關(guān)閉，或其他因素使得液體速度和動量發(fā)生急劇變化，從而引起液體壓力的驟然變化，這種現(xiàn)象稱為水擊。水擊所產(chǎn)生的增壓波和減壓波交替進行，對管壁或閥門的沖擊作用猶如錘擊一樣，故又稱為水錘。楊山站采用三級保護方案抑制水擊：泵入口壓力高泄放保護、泵入口壓力超高泄放保護和硬線停泵保護，此外，還有供配電系統(tǒng)、火災(zāi)報警與消防、污水處理等控制系統(tǒng)【2】。

3 基于調(diào)控目標的系統(tǒng)組成

（1）泵機組是輸油管道核心設(shè)備。泵的安全運行直接關(guān)系到生產(chǎn)的平穩(wěn)安全運行。因此，需要對泵的運行設(shè)計控制方案，保證泵在允許限度范圍內(nèi)運行。泵機組的控制包括：泵機組的啟、停操作，聯(lián)鎖保護等。泵機組的啟、停操作。泵機組上安裝有關(guān)閉（OFF）手動（HAND）—自動（AUTOMATIC）三個檔位的現(xiàn)場選擇開關(guān)。當現(xiàn)場有人進行維護時，將選擇開關(guān)置于“OFF”位置，使泵機組處于閉鎖狀態(tài)，不能進行啟、停操作，以保護維護人員的安全；在進行現(xiàn)場維護時，需要啟停泵時，將選擇開關(guān)置于“HAND”位置，進行現(xiàn)場人工啟停機泵。為了避免遠程操作給現(xiàn)場人員帶來傷害或損壞機泵，在上述兩種位置時，站控系統(tǒng)的遠程控制功能將被禁止。只有選擇開關(guān)在“AUTOMATIC”位置時，才允許在站控或中心控制室遠程啟、停泵機組。泵機組的遠程啟、停操作，通過繼電器系統(tǒng)以編制好的程序由站控系統(tǒng)或控制中心的人機界面發(fā)出控制指令。此外，每臺泵機組還安裝有緊急停車裝置。該裝置安裝在站控室內(nèi)，一旦發(fā)生意外情況，可以遠方手動緊急停車。泵機組的聯(lián)鎖保護系統(tǒng)。當泵吸入壓力低低報警、泵排出壓力高高報警、泵殼溫度高高報警、泵及電機軸承溫度高高報警、電機定子溫度高高報警、泵殼及電機軸承振動量高高報警、電源故障報警、接地嚴重故障報警、泵排出流量低低報警中的任何一項報警時立即停泵。并且，在上述參量值恢復(fù)正常之前保護系統(tǒng)將禁止泵機組重新啟動【3】。

（2）為把原油順利地從油田輸往各地，需要給原油以動能和熱能。靖咸輸油管線采用采用加熱輸送的辦法。通過加熱使原油溫度升高，防止輸送過程中原油管道中凝結(jié)，減少結(jié)蠟，降低動能損耗。按油流是否通過加熱爐管，加熱爐分為直接加熱與間接加熱兩種方。前者在加熱爐中直接加熱油流，后者是使熱媒通過加熱爐提高溫度后，進入換熱器中加熱原油。直接加熱方式不如間接加熱方式安全，適應(yīng)流量變化的靈活性差，有爐管過熱原油結(jié)焦的危險；在間接加熱系統(tǒng)中，熱媒泵要消耗額外動力，原油與熱媒在換熱器中二次換熱將降低系統(tǒng)效率。隨著加熱爐的自動控制、運行監(jiān)測、超限報警、自動點火及停爐等系統(tǒng)的完善，直接加熱爐的安全性、靈活性更為切實可行，這種加熱方式具有加熱爐熱負荷大，升溫速度快、加熱溫度高，不需中間傳熱介質(zhì)，設(shè)備簡單、耗鋼少、投資省等優(yōu)點。

（3）為保證加熱爐安全、可靠、高效的運行，必須對加熱爐運行過程變量進行檢測，對主要過程變量進行控制。為操作運行方便，每臺爐設(shè)置一套單獨的控制系統(tǒng)，獨立對該爐進行監(jiān)控。楊山站加熱爐溫度監(jiān)控參數(shù)有：爐入口溫度；爐出口溫度；爐管壁溫度；爐膛溫度等。流量參數(shù)有：燃氣流量；空氣流量；原油流量。此外，還有煙道氣含氧量監(jiān)控；爐膛火焰監(jiān)視；爐膛負壓監(jiān)控。

參考文獻

[1]楊峰，楊灝，張琛.基于 SCADA 系統(tǒng)的數(shù)字化集成增壓裝置在插輸模式下平穩(wěn)輸油的實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流，2016（1）：256-257.

[2]龔學(xué)恒.長輸管道電氣系統(tǒng)與輸油站自動化[J].油氣儲運，1994，13（2）： 23-29.

[3]趙名師，趙銘超，楊海鵬，等.自動化控制在臨邑輸油站原油精密配輸中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2010，36（2）：47-50+ 68.