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分析中控仪表系统工作原理和流程及其控制效能校验要点

来源: (中海石油(中国)有限公司天津分公司 作者:秦常威 发布日期:2020-09-15 15:40:38

 摘要 :中控仪表系统是海洋石油平台施工的核心环节,在施工中有着举足轻重的地位。基于海洋石油平台中控仪表系统工作和检验要点的分析,成为当前海洋石油平台施工领域的热点项目之一。本文概述了中控仪表系统工作原理及其流程、分析了中控仪表系统自动控制效能,进一步引出了 I/O 柜和现场仪表变送器,并着重分析了海洋石油平台中控仪表系统检验要点,以为海洋石油平台中控仪表系统的有序工作提供技术支持。

 
据《2019-2025 年中国海洋石油开采行业全景调研及前景趋势报告》结果显示,世界范围内陆上油气资源已日渐枯竭,60%~70% 的新增石油储量均源自于海洋,其中近半数分布于 500 m 以上的深海。随着海洋采油平台自动化技术和采油技术的同步发展,越来越多地需要应用中控仪表系统作为海洋采油平台工作的管控核心,才能更好地满足海洋平台石油开采能力和开采质量要求。
 
1  中控仪表系统工作原理及其流程
基于中控仪表系统所取得的成就,我国西部大开发将海洋石油平台开发建设项目作为重点开发项目加以推行,子平台构件主要涵盖过程控制系统 (PCS)、应急关断系统 (ESD) 和火气探测系统 (FGS)3 套控制系统。中控仪表系统平台控制,发挥了系统硬件供货、安装、组态、调试等自动化管理优势。以 DCS 平台水处理工艺及其拓补结构中的集散控制系统为例,分别由中央控制工作站、I/O 柜、现场仪表(变送器)三部分构成,具体内容如图 1 所示。
DCS 平台水处理工艺及其拓补结构DCS 系统架构
如图 2 所示,DCS 系统架构包括总线、总线逻辑环、总线三级复合型拓扑结构,层级表述分别为信息管理层、DH+ 网实时监控层、远程 I/O 链路现场控制层三级。具体施工工艺为 :海水提升泵——粗滤器(98% 以上粒径> 100μm 悬浮固体过滤)——加药装置给药(混凝剂和絮凝剂化学反应)——重力分离——细滤器双介质滤层拦截后超重力脱氧——二级气水分分离出溶解在海水中的天然气——注水罐气水分离后——注水罐——输送
到各井组平台。
 
2  自动控制效能分析
自动控制流程 :中控工作站仪器现场处理数据信号——预先审定阈值并对现场工况进行逻辑判断——发号指令——调节现场——自动控制。在现场总线上,FF 总线仪表以嵌入微处理器、实时嵌入式操作系统和 FF 现场总线协议栈,具有传感测量、数字通信、自动补偿、自动诊断、分散控制、信息存储等功能价值。PROFIBUS-DP 和 PROFIBUS-PA、PROFIBUS-DP 设计用于代替传统 24v 并行信号传输、过程自动化中的4~20 ma 或 Hart 模拟信号传输。
 
在实际的海洋石油开采中,系统内置智能管理系统(AMS)以其远程诊断、预维护、故障少、中断率低、长生命周期、生产平稳等特点,为海上石油开采事业经济收益提升提供了保障;在生产实践中,通过系统安装、组态、维护的便捷性,达到了自动化、识别性强的应用要求。
 
3  I/O 柜和现场仪表变送器
现场仪表与中控之间的数据传输主要依靠 I/O 柜作为接口部分来实现。一方面可隔离中控和现场仪表,达 到 保 护 效 果 ;另 一 方 面,PCS(Processing Control System,过程控制系统)、ESD(Emergence Shutdown,紧急关机)和 FGS(Fire&Gas system,消防系统)共同组成了 I/O 柜。
 
在现场信号确认中,以其即插即用、自动识别、带电插拔的通讯效能实现了中控系统的智能化应用。
 
4  海洋石油平台中控仪表系统检验要点
海洋石油平台中控仪表系统检验环节,主要就其工作流程跟踪、实际检验要求需求、I/O 柜本身检测等内容进行分析。具体为以下几方面。
 
4.1  中央系统工作站
中央系统工作站的管理,承担着采油现场数据信号模拟、传输、逻辑分析和判断等任务 ;在日常信息工作处理实践中,常因系统故障而对设备运维造成不良影响。基于此,从中央系统工作站的检验环节出发,以专业性、技术性、实际参与检验维护等检验要求,整体上提升维修检验人员的素养,从系统检验工作平台建设实际出发,实现各项检验记录工作逻辑编辑价值。
 
在检验环节,日常检验和维护具体检验细则可从系统维护、项目参数设定、固定板型设定、检测、数据数据查询和处理、综合报告、质控功能、报告格式、输出设备等重点项目上进行有序运行。
 
4.2  I/O 柜
仪表回路调试和 I/O 口调试定额参数为回路调试 :10-301~310,I/O 调试:10-544~549。以西门子SIMATIC PLC 分布式 I/O 为例,主要设计模块为电源模块 +simatic 300 cpu315-2pn/dp +AI 模块 +AI 模块 +AI模块 +AI 模块 ;分布式 IO 模块 ET200M/Link +AI 模 块 +AI 模块 +AI 模块 +DI 模块 +DI 模块 +DI 模块 +DO模块。该配置用 Profibus-dp 扩展了一个分布式 IO 模块ET200M/Link ;在 cpu 模块上面继续扩展 AI、DI、AO、DO 功能模块。该部分作为海上石油仪表系统控制的重点,是检验环节的着重关注对象,需要从电源卡、接线部分、排列位置、密封性、线路、接地等方面严格控制。
 
4.3  仪表
日常检验中,压力表校验器,即通过手摇压力发生器(常称为校验泵)和连通管路、供油装置、操控阀门等着手检测。压力标准器配用可构成压力检定装置或承压试验装置、压力标准装置。压力表校验器可提供十分灵活的标准器配置,其精度、测量范围、类型均可选。选择精密压力表作为标准器、选择精密数显压力表或其他类型的标准器。作为精度衡量指标。如 :0.4 级、0.25 级、0.16 级、0.1 级或更高。以液体作为其工作介质为实践应用重点,如 :6 MPa(包括 6 MPa)以下一般选用变压器油,6 MPa(不包括6 MPa)。检验具体流程为 :线路检查工作——铭牌检查——安全区域管理——日常记录与标记——系统仪表管正确安装等。
 
5  结语
综上所述,海洋石油平台中控仪表系统工作中受中央系统工作站、I/O 柜、仪表等检验要点影响,成为其使用中精度的重要衡量指标。上文概述了中控仪表系统的工作原理,并在检验要点中加以控制,以为其顺利运行和有序工作提供依据。

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