集輸泵站設備節點化自控系統建設構想

陳鵬 孫玥 姚婷

摘 要：隨著工業計算機自動控制技術的發展和普及，構建油田集輸泵站關鍵安全節點自動控制系統已成為可能。本文從降低現場操作人員操作強度，提高站庫安全生產的角度出發，介紹目前油田基層泵站自動監控系統的使用現狀，討論確立油田基層集輸泵站關鍵監控節點的原則，并提出構建節點自動控制系統的方法，從而實現泵站突發事件的響應和處理自動化，確保集輸泵站的生產安全。

關鍵詞：集輸泵站；關鍵節點；自動響應

前言

作為油田油氣生產的重要一環，集輸泵站有著工藝流程相對復雜，現場設備種類繁多，站內生產工藝環環相扣的特點，生產環節中出現問題時，會對整個上下游油水井的生產造成較大影響。

近年來，隨著計算機自動監控技術的不斷發展，各采油廠在基層泵站均不同程度推廣使用了計算機自動監控系統，實現了泵站生產現場數據的遠程實時監測，大大提升了現場操作人員對現場設備運行狀態的實時掌握程度，有效保證了集輸泵站的安全運行。

本文從油田泵站現有計算機監控系統出發，討論構建泵站內關鍵生產節點自動控制系統的方案，達到泵站內生產節點事故自動判斷、自動響應，自動處理的目標，提高泵站運行安全性。

泵站自動監控系統使用現狀

油氣集輸泵站是油田油氣生產過程中的重要一環，由于是24小時連續生產，在生產運行過程中難免會遇到電網掉電、現場運行設備故障等現象。泵站上游環節的采油隊計量站故障，可能影響到數口油水井生產，而集輸泵站故障則可能影響到數個采油隊數百口油水井的生產，甚至釀成重大事故。因而，油氣集輸泵站的安全生產歷來都被各個采油廠作為安全重點加以監控。

隨著計算機自動監控技術的發展，目前油田各基層集輸泵站都不同程度推廣了計算機遠程監控系統，實現了泵站現場設備壓力、液位、流量、溫度及電機運行狀態的實時監測，大大提高了生產安全性。

基層泵站計算機監控系統的開發上大致經歷了兩個過程：監測控制與數據采集系統（SCADA）和現場總線控制系統（FCS）。

1.SCADA（監測控制與數據采集系統）

SCADA系統采用了“查詢—處理”模式，由設在調度中心的計算機監控系統，通過數據傳輸系統對設在生產現場的控制系統進行定期巡回查詢，連續采集各現場操作設備的數據和狀態信息，并向現場發出操作和調整指令，采用對點式及多點式的查詢——處理方式。

該系統在布線時采用點對點布置，抗干擾性較強，但存在掉電后現場數據丟失的問題，需要設置不間斷電源。隨著設置的監控點增多，對計算機性能要求也相應提高。此外，由于數據采用的是對點式的專用傳輸系統，安裝成本較高，數據共享的實現較為困難，現已基本淘汰。

2.FCS（現場總線控制系統）

FCS系統采用了總線通信方式，打破了傳統模擬控制系統采用的一對一設備連線模式。控制功能可不依賴控制室計算機而直接在現場完成，實現了系統分布控制。

現場總線控制系統由測量系統、控制系統、管理系統三個部分組成。與傳統分散控制系統相比，硬件數量減少，便于安裝維護。同時具有高度分散性，它可以由現場設備組成自治回路，可完成控制的基本功能，并可以隨時診斷設備的運行情況，便于分析故障原因并及時排除。

自動響應調控節點的選擇原則

常規集輸泵站主要分為油、水、氣三套基本流程。各個流程間的相關性都較強，但各個設備在生產過程中的重要程度卻不盡相同，因而，應當對站內自動調控點進行級別劃分。劃分響應級別的目的，是為了根據泵站內油、水、氣的特性和故障可能造成的危害后果，設置相應的響應級別，從而構建出合理的節點控制系統，達到突發故障的分級響應。

在響應級別劃分上，我們可以根據故障危害，將響應級別劃分為高、中、低三級，如電網掉電的級別響應應設為高級，泵故障停運的級別設定為中級，其它故障設為低級，具體劃分可依據各站實際流程來確定。

例如，出現原油脫水泵故障停運時，常規人工操作步驟為：停運加熱爐→關閉故障脫水泵→啟運備用泵→運行加熱爐→分析排除故障。此時，應考慮將加熱爐與脫水泵作為一個控制節點。根據各泵站實際工藝流程，劃分出合理的控制節點和節點響應級別，有針對地開發出相應節點自動控制系統，才能提高泵站運行的安全性和自動化程度。

構建節點自動控制系統

構建出合理的控制節點，我們可以設計出節點自動控制系統的工作原理。從操作智能化的角度考慮，還可以在人工檢查完成后增加自動啟運程序。

以泵站原油處理鏈中的脫水泵故障停運為例，我們可以構建如下響應流程：脫水泵故障停運→控制系統采樣判斷→系統發出報警→自動切斷加熱爐供油供電→自動關閉脫水泵出口→顯示系統當前狀態并記錄。

在對應的硬件改造方面，同樣以上述故障為例，在不對現有生產流程進行大規模改造的基礎上，可通過在脫水泵出口管線上增加旁通電磁閥，加熱爐供油電磁閥與電路斷路器等方式，達到脫水泵加熱爐控制節點的事故自動響應。

節點控制系統的構建，關鍵問題是要實現不同流程、不同崗位的數據共享，其目的是實現不同崗位間的響應協調。

由于現場總線控制系統（FCS）在通訊協議上是公開的，不同廠家的設備之間可以進行互聯并實現信息交換，用戶可以按自己的需要和對象把來自不同供應商的產品組成大小隨意的系統。同時，可以通過工業PC機內總線插槽的PC接口板與現場總線網段連接，通過擴展PCI接口卡的方式組成總線系統，實現總線網段的擴展，達到不同協議間的多臺計算機現場數據共享。采用這種方式，還可以實現多臺計算機聯動，擴充生產現場參數的監測數目，實現現場數據的自動共享。

節點自動控制系統的發展方向

可以預見，隨著計算機自動監控技術的進一步完善和發展，節點自動控制系統可以在油田油氣生產過程中發揮出色的作用。用發展的觀點審視節點自動控制系統，該系統未來的發展方向有以下幾個：

1.系統小型化、專業化及智能化

從發展趨勢上看，節點自動控制系統應當向著系統小型化、專業化和智能化的方向發展。

目前油氣集輸泵站自動監控系統功能相對單一，僅能完成自動監測功能，擴展相應的控制功能，一方面會增加計算機系統的運行負荷，另一方面，實現站內所有現場設備參數的完全監控也有一定困難。因而，針對特殊流程和關鍵流程，可以開發制作出專門的節點控制系統，例如采用單板機微處理芯片對特殊工藝流程實現智能程序控制，可以大大縮小設備體積，提高功能針對性，節約開發使用成本。

根據集輸泵站的常規工藝設備，可以嘗試設計開發有針對性的通用控制系統，增加系統的通用性，便于后期整個控制系統的維護。

2.實現站內全流程的系統響應和自動處理

由于泵站內工藝流程的系統相關程度較高，除構建如脫水泵—加熱爐這樣的基本節點控制系統外，還可根據泵站實際情況將節點概念擴大化。

例如，將站內整個原油處理流程、整個污水處理流程分別作為一個節點考慮，結合每個基本節點控制系統，整合全站的自動控制系統。這樣設計開發出的節點自動控制系統，將更具有全局調控性，會大大提升整個泵站的生產協調。

3.實現采油隊—泵站、泵站—輸氣隊、泵站—注水隊的聯動響應

由于集輸泵站在整個油氣生產過程中起著承上啟下的作用，采油隊、輸氣隊、注水隊等泵站的上下級流程具有相互影響，相互制約的特點。

從提高油氣生產全局自動化的角度出發，未來節點自動控制系統的發展，應將泵站的上下級相關流程均作為一個系統中加以考慮，增加采油隊、輸氣隊、注水隊等相關生產單位的的故障響應，從而達到整個油氣生產系統的響應自動化。

結束語

隨著計算機自動監控技術的發展，充分發揮計算機自動監控系統在油田油氣集輸泵站的作用，可以減輕現場操作人員的操作強度，避免人為操作失誤導致的事故發生，確保整個油氣生產流程鏈的正常運行。

構建節點自動響應控制系統，實現集輸泵站故障響應和應急處理自動化，可以大幅提高集輸泵站現場運行安全性，提高現場設備操作自動化，在油田保油增產過程中發揮出重要的作用。