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)代國家能源建設的重要組成部分，具有距離長、范圍廣、生產指揮難度大的特點。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)控方式因反應過緩、任務過重，已難以滿足密閉輸送協(xié)調運行、供需變化及安全經濟運行的要求。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，提高生產調度速度，實現(xiàn)生產調度快速化、數(shù)字化、信息化戰(zhàn)略，從而確保管線安全、平穩(wěn)、經濟的運行。

[關鍵詞]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 輸油自動調控現(xiàn)狀

1.1 輸油調控難點

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單位生產狀況和迅速下達指令十分困難，而且生產操作人員的生產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越來越需要依靠自動化技術提高生產的效率和效益。

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)場主要設備實現(xiàn)自動控制，節(jié)省人力并極大地降低了生產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)通過網絡傳達，實現(xiàn)各站到調度中心、調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，極大地提高了生產和運行管理的及時性和準確性； SCADA系統(tǒng)的應用，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；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，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濟運行。因此對與輸油泵機組安全運行關系重大的變量進行檢測并采用報警裝置進行預報警；泵機組控制包括啟、?？刂?，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） 壓力調節(jié)與水擊控制系統(tǒng)

對密閉輸送管道來說，壓力調節(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)、火災報警與消防、污水處理等控制系統(tǒng)【2】。

3 基于調控目標的系統(tǒng)組成

（1）泵機組是輸油管道核心設備。泵的安全運行直接關系到生產的平穩(wěn)安全運行。因此，需要對泵的運行設計控制方案，保證泵在允許限度范圍內運行。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。泵機組上安裝有關閉（OFF）手動（HAND）—自動（AUTOMATIC）三個檔位的現(xiàn)場選擇開關。當現(xiàn)場有人進行維護時，將選擇開關置于“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，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，減少結蠟，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，適應流量變化的靈活性差，有爐管過熱原油結焦的危險；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，設備簡單、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：學術交流，2016（1）：256-257.

[2]龔學恒.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用[J].石油工程建設，2010，36（2）：47-50+ 68.