自動化技術在油氣儲運過程中的應用

劉忠華（西南石油大學，四川省成都市610500）

自動化技術在油氣儲運過程中的應用

劉忠華（西南石油大學，四川省成都市610500）

近年來，社會的進一步發展，對油氣資源的需求也越來越多，在油田實際生產中，通過自動化技術的應用，可實現對油田生產過程的實時監控、集中管理與智能控制。對此，本文首先分析了油氣儲運自動化技術的應用現狀，其次對自動化技術在油氣儲運過程中的作用進行了相應的闡述，以供參考。

自動化技術；油氣儲運；應用

1 引言

油氣產業的發展直接關聯著我國國民經濟的整體發展，但因石油與天然氣資源的危險性較大，這使得該行業成為高危行業之一，特別是油氣資源的儲運，要求較高，運輸距離也相對較長，往往存在諸多安全隱患。為了減少各類安全隱患，提升油氣儲運的安全性，必須不斷提升其自動化水平。

2 油氣儲運自動化技術的應用現狀

2.1 油氣管道自動化技術應用框架

當前，國內油氣管道主要采用以計算機為核心的SCADA系統，即為數據采集與監控系統。當其處于正常運行狀態時，一般由調度控制中心負責工藝過程的操作與管理工作，站場操作人員能夠對此過程進行監視。在調度控制中心授權、調度控制中心故障或是通信中斷時，往往由站場控制系統接過操作權限，監控現場工藝系統與設備的操作。當控制系統發生故障時，可采用就地手動操作。針對特別重要的油氣管道工程，還會設置備用調控中心，當主調控中心發生故障之后，可通過控制權限的方式，完成工藝過程的操作與管理工作。如果是長距離的輸送管理，還能夠根據地域特征，設置地區管理處，通過此來負責轄區內的管道工藝過程的管理與維搶修工作，油氣儲運SCADA系統框架如圖1所示。

各個站場與閥室均采用以PLC+RTU（采用可編程控制器和遠程終端單元控制模式）為核心的站控制系統，即為通過現場監測儀表對工藝過程的各項參數進行監視，通過由PLC處理檢測獲得的數據，驅動現場的動力設備、執行機構等設備，對工藝過程進行合理的調節與控制。整體工藝過程的監控會顯示在安裝有HMI的工作站上，將其提供給運行操作人員。此外，所有的運行參數均上傳至調度控制中心。

2.2 油氣儲運自動化系統的主要組成部分

圖1 油氣儲運SCADA系統框架

根據智能化程度的差異，可將油氣儲運的整體自動化系統分為以下四個層次：①決策層：主要由上位機、路由器、打印機等設備組成。決策層的主要作用在于完整的上傳數據，詳細統計、分析生產數據，同時，管理工作人員還可對這些數據進行全面的分析，以充分了解與掌握油氣儲運當前的狀態，保證決策的科學合理性，落實生產指揮工作。②監控層：主要由PLC控制器、變頻器等設備組成。監控層主要用于采集、顯示、調控、存儲各集輸站庫內的現場數據，然后將這些數據信息發送至上級系統，一旦發生故障，監控層便會報警處理。③數據層：主要是RTU控制器設備。數據層的主要作用在于收集、存儲、分類由集輸站現場檢測獲得的參數與數據。④現場層：主要是變送器、緊急切斷閥、氣體探測器等設備組成。現場層的主要作用在于對油氣儲運過程中的數據進行直接采集與調控，不僅能夠大大提升工作效率，降低勞動強度，還能夠為工作者提供較高的安全保障。

3 自動化技術在油氣儲運過程中的具體應用

3.1 某油庫罐區自動化的實施方案

某油庫有28個儲罐，其中24個油罐（6個汽油罐，9個柴油罐，9個重油罐），2個污水罐，2個消防罐。以上儲罐中12個為內浮頂罐，其他16個為拱頂罐。為了提高儲運生產的效率和安全，提高生產和管理的先進化、自動化水平，該油庫擬實施本自動化方案。此處對罐區自動化的實施方案進行分析探討，具體如下：

油罐庫區要實現區域的綜合自動化，首先是要把這個區域的所有檢測儀表和執行機構的信號（包括液位計、溫度計、液位開關、電動閥、可燃氣體報警器、智能崗位巡檢系統甚至工業電視監視信號）集中由一套控制系統采集和輸出控制。該系統及操作站要能實現以下功能：

3.1.1 生產作業

操作站中可以根據需要預先輸入一些工藝流程，收付油時根據調度的要求可以選擇其中的一個工藝流程，采用自動或人工干預的方法完成該流程。操作站記錄庫區數據，包括各儲罐的液位、溫度、密度、水尺，并算出體積和重量。操作站可以根據指定的時間間隔自動打印出崗位巡檢報表，也可以在任意時刻打印當前的庫區庫存報表。

3.1.2 安全保障

操作站可以根據從現場采集到的各種原始數據提供各種安全保障。收付油時，一方面根據流程要求監視閥門狀態，出現異常情況及時報警防止串油，另一方面根據對液位的監控，防止冒罐或抽空。

靜置時，操作站不斷地檢測重量（指采用HIMS的罐），排除因溫度等引起的液位變化的因素，當重量變化超過設定范圍時及時報警，提醒操作工進行檢查，防止漏油或串油等事故的發生。同時不斷地檢測閥門狀態，在操作站沒有給出閥門控制命令的時候，閥門狀態發生了變化，及時給出報警，如果是操作工現場操作的，可以幫助操作工確認操作是否正確，如果是非操作引起的，可以提醒操作工及時進行檢查，防止跑油事故的發生。

操作站還通過可燃氣體報警器，不斷檢測現場的油氣濃度，當濃度超過警戒值及時給出報警，提醒操作工進行檢查。

3.1.3 操作管理

操作站可以利用權限管理、操作記錄等方法強化操作管理，幫助操作工提高工作責任心，避免因操作失誤引起的事故。

設計出的操作站可以給出各種直觀的操作提示，幫助操作工完成各項功能。操作站提供多幅畫面（包括庫區總貌圖、工藝流程圖、單罐參數圖、可燃氣體報警分布圖、崗位巡檢畫面、報警記錄表、操作記錄表及儀表維護圖等），并采用醒目的圖形提示，幫助操作工了解現場工況。

3.2 自動化技術在油氣儲運行過程中應用的注意事項內容

（1）目前原油的輸送多采用管線輸送，原油在輸送過程中存在著兩方面的能量損失，即摩擦阻力損失和散熱損失，因此實現最優輸送選擇智能自動化設計的主要任務之一。

（2）控制管輸流量可以達到節約燃料油，提高管輸效率的目的。其基本原理是用流量控制系統控制輸油泵站出站原油的流量穩定為定值。基于管輸控制原理，可以采用計算機網絡和自動化技術，優化輸油參數，提高管輸效率。應用網絡技術實施管線實時監控，采集首端、末端壓力、溫度、流量和粘度等參數，通過雙向微波傳送到首末站控制室；編寫優化輸油參數程序，在實際應用中修正常數；計算機根據采集到的參數提供優化的輸油參數，應用流量控制原理，調節加熱爐加熱溫度，控制流量。

3.3 自動化技術在油氣儲運中的作用

3.3.1 促使設備運行效率的提升

在油氣日常儲運過程中，泵的運行效率直接關聯著電量消耗指標，這就要求必須不斷提升大型外輸泵設備的運行效率。對此，可積極運用自動化技術對設備進行適當的改造，以實現對油氣儲運過程的自動化監測。通常情況下，油氣儲運過程的自動化監測系統的工作原理較復雜，往往是先通過能耗計量儀表來準確計量生產電機的實際耗電量，然后再根據泵的進出口流量與壓力確定其實際輸出有用功量。現場的一次儀表所采集到相應的數據之后，會直接傳輸至中央處理機，最后由中央處理機計算出泵的實時泵效。工作人員通過泵的實時泵效，可以分析出泵的工作效率及變化原因。根據一定的實驗結果可知，通過自動化技術的運用，可以使泵類設備的運行效率提高至少5%。

3.3.2 對儲運管線進行動態監控，合理調節管輸參數

在油氣儲運過程中，管道的平穩與安全較為重要，為了實現此目標，通常需要對進入下站的原油進行加熱，此種方法雖然能夠確保油氣儲運過程的平穩與安全，但也會在一定程度上降低輸送管道的運輸量，進而使得進入下一站的原油溫度遠低于安全極限溫度，這就要求必須在油氣儲運過程中應用有效的加熱設備。同時，還可采用正輸與反輸相互交替運行的方式，但會大大增加能源的消耗。所以，要想節約能源、節省成本，可盡量避免反輸運輸，通過降低原油凝點來降低管道輸送的原油進站要求溫度。如果地溫較高，可將中間的部分加熱爐停止，以實現常溫輸送，此種油氣運輸方式較適用于環境惡劣的沙漠、海上管道運輸。

我國當前所應用的主要的油氣運輸管道為含蠟原油管道，此種管道的運行效率較低，所以還需要通過增加經費與提高自動化程度等措施促使其運行效率的提升。為了提高油氣運輸管道的自動化程度，應充分利用自動化技術及計算機技術、網絡技術等高新技術來動態監控儲運管線，實時記錄管線的溫度、粘度、流量及壓力等參數，然后再通過雙向微波將其傳送到控制室內，利用控制室內的計算機對這些參數進行優化，及時修正不合理的常數，合理調節不合適的加熱溫度，以此來對儲運管道內原油流量進行更好的控制。

4 結語

綜上所述，在油氣儲運過程中，自動化技術發揮著至關重要的作用，可有效降低油氣生產過程的危險性，且還能夠促使油氣生產階段、運輸階段工作效率的提高，為油氣儲運過程提供更加有力的安全保證與可靠和保障。因此，必須高度重視自動化技術的應用，充分發揮其在工業生產中的價值，促進我國現代化工業的持續建設與發展。

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TE86

A

2095-2066（2016）35-0129-02

2016-12-3

劉忠華（1982-），男，高級工程師，本科，主要從事石油與天然氣工程項目設計、油氣儲運工程技術研究和油田地面工程建設工作。