海上氣田中控系統的優化

郭永新

(中國海洋石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054)

海上氣田中控系統的優化

郭永新

(中國海洋石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054)

為改善中控系統減少查找報警原因的時間，提高應對緊急關斷的效率，對某氣田中控系統進行了2項優化： 優化火氣關斷系統(FGS)與緊急停車系統(ESD)之間的關聯信號，對中控系統DCS報警事件進行因果分別歸類。在不影響正常生產的情況下，對FGS整個邏輯鏈進行測試，驗證FGS的可靠性；查找緊急關斷的時間由過去的5～10 min縮短至30 s以內，使平臺非計劃生產關斷每次可提前30 min恢復生產，減少了產量損失，提高了平臺的生產時效,為新平臺中控系統設計及老平臺中控系統優化提供了新的思路及參考意見。

海上氣田 中控系統 火氣關斷系統 緊急停車系統

某氣田平臺位于南海珠江口盆地，是一座集油氣處理、生產、計量和輸送、鉆修井、生活、動力為一體的綜合平臺。平臺將海底井流物進行氣、液分離，并分別對天然氣、凝析油脫水，處理合格后混合進入海底管線輸至珠海陸地天然氣終端處理廠作進一步處理。

該平臺的中控系統是整個平臺的控制中心，由1套DCS，2套火氣關斷系統(FGS)，1套緊急停車系統(ESD)組成。DCS對全平臺進行監控、操作，接收并顯示、記錄來自FGS和ESD的監控信息。FGS接收全平臺火氣探頭監控信息，如果發現火情將產生火氣關斷、啟動平臺消防系統，并將關斷信號傳送給ESD，觸發ESD關停，保證平臺安全。由于該FGS監控點數有限，因而采用了2套FGS系統，分別為FGS1和FGS2。ESD監控平臺生產工藝參數，一旦工藝參數達到關停設定值，將會觸發相應級別的ESD關停。

為了便于中控系統日常維護、測試，減少查找報警原因的時間，該平臺對中控系統進行了優化改造。

1 中控系統FGS與ESD關聯優化

1.1 FGS與ESD關聯關系

該平臺FGS現場共有火焰探頭、可燃氣探頭、硫化氫探頭、氫氣探頭、煙霧探頭、熱探頭、甲醇探頭、易熔塞8種探測器，散布在鉆井區、生產區、生活樓等區域；有11個噴淋閥、2臺消防泵、1套固定式CO2滅火系統、3套固定式FM200滅火系統、1套廚房濕粉滅火系統等消防設備。

當某個區域的2個或2個以上探頭監測到火情或者氣體泄漏時，FGS1/FGS2將產生表決結果，啟動消防設備，輸出信號給ESD，觸發ESD關停，切斷生產工藝，放空平臺天然氣，保證平臺安全。該平臺FGS與ESD的關聯關系如圖1所示。

圖1 中控系統FGS與ESD關聯示意

該平臺FGS1和FGS2未設置主從功能，FGS1和FGS2所監控的探頭確認火情時，二者單獨發送信號到ESD，ESD產生ESD2a關停后，ESD又產生1個關停信號到FGS1和FGS2，造成信號反復輸送。一旦發生火情關停，信號反復，無法短時間內確認出是FGS1，FGS2，ESD中的哪個環節出現的報警信息，也無法在第一時間判斷出是硬件故障引發的誤關斷還是存在真實火情。

由于FGS1和FGS2到ESD輸出信號未設置旁通功能，因而對FGS日常維護、測試時無法完成整個邏輯的測試。由于海上氣田連續生產的特殊性，日常維修測試、第三方檢驗測試，只能安排短時停產完成，影響了平臺生產時效。

1.2 增加旁通功能

為了解決FGS與ESD信號之間反復輸送的問題，便于日常測試，將FGS1和FGS2確認火情的信號在ESD上進行確認并設置軟、硬點雙確認旁通功能，具體優化措施如圖2所示。其中軟點旁通是指在軟件中設置旁通按鈕，硬點旁通是指在ESD盤柜上增加旁通開關。軟、硬點雙確認是指兩者同時處于旁通狀態時，才會對FGS的信號進行旁通。設置軟、硬點雙確認，主要目的是防止人員誤操作及硬點故障時造成的誤旁通。

圖2 增加軟、硬點旁通功能后的FGS與ESD關聯示意

該平臺ESD輸入、輸出帶電為正常，掉電為報警狀態。圖2中，當FGS1或FGS2沒有火情時，硬線輸出直流24 V信號，數字信號為“1”；當確認有火情時，硬線輸出信號為“0”。FGS1或FGS2確認有火情，其中一個輸出信號為“0”時，FGS會輸出報警信息，執行消防策略；只有當軟、硬點同時處于旁通狀態時，即同時輸出數字信號“1”時，該火情信號才不會輸送到ESD，否則ESD將接收到該火情信號，執行ESD關停策略。

增設軟、硬點雙確認旁通按鈕的作用主要體現在以下兩個方面：

1) 在正常情況下，軟、硬點旁通按鈕處于正常狀態，不會對FGS火情信號進行旁通。當發生真實火情，FGS及ESD都執行完了相應的策略，在現場火情已經消除，需要進行生產恢復時，將軟、硬點旁通按鈕同時打到旁通位，再分別對FGS1，FGS2，ESD進行系統復位，可以達到3個系統快速復位、報警輸出消除的目的，避免了FGS與ESD反復關聯、報警長時間無法消除的問題。

2) 在對FGS日常維護、測試時，將軟、硬點旁

通按鈕同時打到旁通位，在不影響正常工藝生產的情況下就可以進行現場探頭測試、消防系統啟動等FGS邏輯的測試，保證了平臺消防系統的可靠性、完整性，第三方見證性消防測試也能隨時進行。

2 中控系統DCS報警事件優化歸類

2.1 DCS報警事件分類

該平臺ESD邏輯關系如圖3所示，該平臺生產區、鉆井區和生活樓ESD共分為4個等級：

1) 棄平臺關斷ESD 1，共有9個觸發點。

2) 火氣關斷ESD2a，共有火焰探頭71個、可燃氣探頭83個、房間煙探頭45個、熱探頭34個、房間CO2手動釋放按鈕9個，3層甲板易熔塞回路、現場火氣報警站等。

3) 生產關斷，ESD3a共有15個觸發點；ESD3b(水下生產系統)共有10個觸發點。

4) 生產單元關斷ESD4。

該平臺中控系統DCS將所有的事件點，包括： 生產過程操作、服務器系統內部點及生產關斷及火氣關斷觸發點和結果點共計約2 000個劃分為P1，P2，P3三個區。其中P1區包含所有的事件報警；P2區包含生產系統事件報警，有生產過程事件記錄報警、觸發生產關斷的原因報警及關斷執行的結果事件報警； P3區包含生產區、鉆井區域、生活樓火氣關斷原因事件報警及關斷執行的結果事件報警。

由于系統的不斷升級、擴容、點的重建等原因，點的歸類比較雜亂，后來新建的點基本上都劃分在P1區。一旦產生ESD 2a火氣關斷時，在DCS報警事件記錄里1 min內會產生成百上千條記錄，迅速將產生ESD 2a的觸發原因點覆蓋，當操作人員查找故障原因時與ESD 2a相關事件記錄也在不斷產生，大量的事件報警信號同時涌入，事件記錄不斷刷新。在短時間內將無法快速地查找出產生ESD 2a關斷的源頭，延緩事件的應急處理過程。

圖3 某平臺ESD邏輯關系示意

2.2 區別因果信息

為了便于迅速查找出發生關斷的原因，將關斷信號的因和果重新分配區域，新建P4，P5兩個區。其中，P4區僅記錄ESD1和ESD2a的觸發報警關斷的原因，關斷執行的結果事件報警不記錄在P4區域而是繼續放在P3區域；P5區僅記錄ESD3a和ESD3b生產關斷原因觸發點，關斷執行的結果事件報警不記錄在P5區域而是繼續放在P2區域。

把不同等級關斷的原因和結果分別放在不同事件記錄區域，一旦產生ESD2a或其他級別關斷，在DCS內報警事件記錄里選擇P4或P5就可以立即查看到原因點記錄信息，使操作人員可以在較短的時間內掌握發生關斷的源頭，大幅減少了事件處理的響應時間，為避免事件的進一步擴大贏得時間。

3 結束語

該平臺中控系統進行2項優化后，經過多次測試和實際檢驗，查找緊急關斷的時間由過去的5～10 min縮短至30 s以內；平臺非計劃生產關斷每次可提前30 min恢復生產，大幅減少了產量損失。按平臺日產天然氣量為4.6×106m3計算，30 min的產量約為1.0×105m3，天然氣價格為2元/m3，則直接節省人民幣約80萬元。該次優化改造，可為新平臺中控系統設計及老平臺中控優化提供新的思路及參考建議。

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郭永新，男， 2008年畢業于長江大學自動化專業，獲學士學位，現就職于中國海洋石油(中國)有限公司深圳分公司，從事海上氣田石油天然氣開發工作，任工程師。

TP273

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1007-7324(2017)04-0057-03

稿件收到日期： 2017-03-07，修改稿收到日期： 2017-05-20。