DCS系統(tǒng)在天然氣處理裝置中的優(yōu)化設(shè)計(jì)

屠永龍

摘要：針對(duì)天然氣的應(yīng)用是非常重要的一項(xiàng)工序，其處理裝置控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性直接關(guān)系到天然氣處理工藝的最終效果。傳統(tǒng)的天然氣處理裝置控制系統(tǒng)存在著許多缺陷，如功能不夠全面、組態(tài)受到較多限制等，而集散控制系統(tǒng)的出現(xiàn)則為解決該類問題提供了新的思路。本文簡單分析了某天然氣處理裝置控制系統(tǒng)應(yīng)用，為從事該行業(yè)的人員提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：分散控制系統(tǒng)：天然氣處理裝置

天然氣處理是指天然氣通過過濾、脫烴、脫硫、脫碳、脫水等工藝，得到符合管輸標(biāo)準(zhǔn)的商品氣，涉及有高溫高壓、易燃易爆的有毒介質(zhì)等工藝過程。由于設(shè)計(jì)上可能存在不足和缺陷，若裝置建成投運(yùn)將會(huì)導(dǎo)致在裝置中存在各種潛在的安全隱患。新型的集散控制系統(tǒng)應(yīng)用于天然氣處理裝置中，不僅能夠解決傳統(tǒng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題，還能夠保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，提高系統(tǒng)可靠性，對(duì)天然氣處理質(zhì)量有著極為重要的意義，因此對(duì)該類系統(tǒng)的分析與研究是十分有必要的。

1系統(tǒng)現(xiàn)狀

某油田天然氣處理裝置自控系統(tǒng)采用RS3-DCS，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)裝置生產(chǎn)過程的監(jiān)控和保護(hù)，包括過程控制（PCS）、緊急關(guān)斷控制（ESD）、火氣探測（F&G）和消防控制。①控制卡運(yùn)行負(fù)荷重，容易出錯(cuò)。隨著工藝的不斷改造以及控制規(guī)模的增大使控制卡運(yùn)行負(fù)荷加重。其閑空時(shí)間百分比現(xiàn)已降低到5% - 8%，這時(shí)控制卡中的程序及數(shù)據(jù)內(nèi)容備份時(shí)出錯(cuò)，當(dāng)冗余控制卡切換時(shí)會(huì)使數(shù)據(jù)丟失，從而造成生產(chǎn)運(yùn)行不平穩(wěn)，并給安全帶來嚴(yán)重的不利影響;②無法離線組態(tài)及組態(tài)受限制。該系統(tǒng)無法進(jìn)行離線組態(tài)并進(jìn)行邏輯測試。控制卡之間變量引用連接有著嚴(yán)格的控制，每塊控制卡的卡間連接為80條，這為組態(tài)中的變量引用帶來不方便，使組態(tài)受到較大的限制;③功能不完善，無法滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。ROS操作站現(xiàn)通過NetDDE功能進(jìn)行DCS數(shù)據(jù)上傳。無Web數(shù)據(jù)發(fā)布功能，無法適應(yīng)“管控一體化”的發(fā)展趨勢(shì)。天然氣孔板流量計(jì)只能采用人工計(jì)算流出系數(shù)及普通溫壓補(bǔ)償公式，不能實(shí)時(shí)反映正確的標(biāo)況流量，將影響天然氣流量的測量精度。

2某天然氣處理裝置概述

某天然氣地面工程系統(tǒng)，下設(shè)第一處理廠和第二處理廠，處理的天然氣主要來源于西集氣干線、東集氣干線等。盡管該系統(tǒng)的工藝流程不很復(fù)雜，但要求裝置長期連續(xù)運(yùn)行。一旦發(fā)生大型事故，其政治經(jīng)濟(jì)影響涉及面寬、影響范圍廣、損失嚴(yán)重。現(xiàn)以第一處理廠的TEG吸收塔為例。第一處理廠DCS采用了Honevwell公司的PKS系統(tǒng)，ESD系統(tǒng)采用了該公司的FSC系統(tǒng)，F(xiàn)SC系統(tǒng)具備的功能可滿足AK6級(jí)及SIL3級(jí)要求。受控工藝介質(zhì)為油水混合物，從9.5MPa操作壓力下通過LVOI調(diào)節(jié)閥限流降至0.6MPa，然后進(jìn)入TEG加熱再生的低壓系統(tǒng)，工藝介質(zhì)壓降達(dá)8.9MPa。從工藝操作安全方面考慮，不允許9.5MPa 工藝介質(zhì)失控泄人設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa的低壓系統(tǒng)，否則會(huì)造成低壓系統(tǒng)的設(shè)備或管線嚴(yán)重超壓發(fā)生爆裂，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此TEG吸收塔的低低液位成為一個(gè)重要的控制參數(shù)，需要加強(qiáng)其控制系統(tǒng)的安全性。

3升級(jí)方案

遵循的主導(dǎo)思想：利用新技術(shù)、新設(shè)備，結(jié)合實(shí)際，充分利用現(xiàn)有設(shè)備減少投資，盡量降低對(duì)生產(chǎn)的影響，努力實(shí)現(xiàn)自控系統(tǒng)安全可靠、功能強(qiáng)大、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，為“管控一體化”的生產(chǎn)管理模式打下堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。①采用DeltaV冗余控制器及冗余RS31/0接口模塊來代替RS3系統(tǒng)的ControlFile控制器，以充分利用DeltaV的先進(jìn)性及可靠性;②充分保留原RS31/0模塊，不能保留的可用DeltaVI/O模塊進(jìn)行替代。這樣可以節(jié)省投資，減少工作量，并可降低對(duì)生產(chǎn)的影響程度。

4新型系統(tǒng)構(gòu)成

①工作站：工作站一般配置了三臺(tái)操作員站，三臺(tái)操作員站中還包括了一臺(tái)工程師站，將其作為一般的操作站配置的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的作用在于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理、組態(tài)、對(duì)運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)督，還可以將工廠管理的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)進(jìn)行信息通信，并在Web技術(shù)的支持下進(jìn)行遠(yuǎn)程瀏覽;②控制站：控制站由高性能的冗余MD控制器、冗余DeltaVforRS31/0接口模塊、DeltaVI/O卡件以及原來的RS31/0模塊所組成。MD控制器提供現(xiàn)場設(shè)備與控制網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)之間的通訊和控制。DeltaV系統(tǒng)創(chuàng)建的控制策略和系統(tǒng)組態(tài)也可以在這個(gè)功能更強(qiáng)的控制器中使用。功能強(qiáng)大的MD控制器通過底板與10卡件連接;③RS31/O接口模塊：采用RS31/O接口模塊可把RS3系統(tǒng)的ControlFile控制器升級(jí)到DeltaV系統(tǒng)的MD控制器。RS31/O接口模塊與ConLrolFile的串行通訊協(xié)議兼容。

5結(jié)語

綜上所述，目前該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠，通過對(duì)該系統(tǒng)的升級(jí)，解決了原系統(tǒng)中存在的問題，發(fā)揮DeltaV系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，提高了天然氣處理裝置控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、實(shí)用性以及先進(jìn)性，并提高自動(dòng)化運(yùn)用水平。今后還可以充分發(fā)揮PlantWeb的功能及性能，擴(kuò)展工藝參數(shù)的應(yīng)用范圍并融人生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)“管控一體化”。

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