“長青”號FPSO船控臺系統并入中控系統研究

李麗年　馬 磊

（中海油能源發展油田建設工程設計研發中心 塘沽300452）

“長青”號FPSO船控臺系統并入中控系統研究

李麗年馬 磊

（中海油能源發展油田建設工程設計研發中心 塘沽300452）

在“長青”號FPSO系統改造中，首次將船控臺系統并入中控系統。根據船控臺系統特點，將過程控制系統、緊急關斷系統和火氣系統分別并入中控系統中，最終可通過中控系統統一動態顯示生產流程、主要工藝參數及主要設備運行狀態，以聲光報警形式顯示FPSO生產和安全的異常狀態，并定期打印生產報表。在發生事故的情況下能確保FPSO人員和生產設施的安全，防止環境污染，將事故造成的影響限制到最小,并能及時準確地探測到可能發生或已經發生的火情或可燃氣體泄漏，采取相應的安全措施(如報警、關斷、消防等)，以保護FPSO人員和設備的安全。

FPSO；船控臺；中控系統；控制方法

引 言

“長青”號FPSO原服役于渤中34-2/4油田，現為投產的渤中28-2南油田使用，并更名為“海洋石油102”。將FPSO中原有的船控臺系統并入中控系統設計， 就是在“長青”號大修改造的背景下，為解決“長青”號原有中控系統控制功能分散而提出的一套全新的解決方案。渤海“長青”號FPSO中控盤系統位于浮式生產儲油裝置的中央控制室內，它的作用主要是便于集中監測和控制。在控制室內，除了船本身的控制盤外，工藝部分是由后期新增儀表控制盤部分組成。就浮式生產儲油裝置工藝生產系統而言，為保證其安全生產和產品質量。其儀表控制系統由自動檢測系統、報警指示系統、自動調節系統和應急關斷系統共同組成。它們既相互獨立，又相互聯系。

1　船控臺系統并入中控系統的具體實施方案

在此次改造中，“長青”號的中控系統按照控制功能的不同，分為生產過程控制系統、緊急關斷系統和火氣系統三個系統。其中，用于全船工藝生產流程參數監控、狀態顯示及報警的控制系統，稱為生產過程控制系統（Process Control System， 簡稱“PCS”）；用于全船工藝生產流程參數異常工況下緊急關斷相關設備以排除險情、降低損失的控制系統，稱為緊急關斷系統（Emergency Shutdown System， 簡稱“ESD”）；用于探測全船火災或可燃氣體泄漏情況，并對之采取相應消防措施的控制系統，稱為火氣系統（Fire and Gas System， 簡稱“FGS”）。這三個系統既相互獨立（每個系統都有自己獨立的控制器），又相互聯系（各控制系統之間可通過上部網絡相互通訊）。將船控臺系統并入中控系統，便是將船控臺上的IO點位按照功能不同分別納入中控的PCS、ESD和FGS系統，從而形成一個有機整體，實現全船的集中控制［1-3］。

1.1船控臺系統并入中控PCS系統方案

（1）將船控臺系統中與船體設備狀態顯示、報警及啟/停控制有關的信號點并入中控PCS系統，在具體實施過程中，首先要注意的一點是：原有在船控臺進行設備運行狀態顯示的指示燈或用來控制設備啟/停控制的按鈕，往往是從MCC（Motor Control Center， 馬達控制中心）過來的有源觸點信號，這些信號通常無法直接并入中控系統；其次，還需注意的一點是：某些原本在船控臺監控的大型成撬設備在改造過程中如要求更新PLC（Programmable Logic Controller， 可編程邏輯器）控制，可考慮將原有在船控臺硬線監控的信號點改為RS485信號上傳至中控PCS顯示。

（2）在將船控臺系統并入中控系統的過程中，面臨的首要難題就是，原本在船控臺進行狀態顯示的一些風機和泵類等的運行指示信號，在船控臺全為指示燈，指示燈的電源由電氣MCC直接提供；而且，原有船控臺上一些控制設備（如風機或泵類等）啟/停的控制信號，也是直接以按鈕的形式串在電氣MCC的控制回路里的。如果將這些信號點直接并入中控系統，由于現場過來的信號不是純粹的干觸點信號，而是有源觸點信號，就有可能燒壞中控的IO卡件。

針對這個問題，首先確定出原有船控臺上與電氣相關的信號點中哪些信號為有源觸點信號，經現場調研，在確定下來的原船控臺有源觸點信號點中，有一部分信號點在MCC是有與之功能相近的備用干觸點的（如部分風機或泵類的運行指示信號），對于這些信號點，將其原有的有源觸點信號點改為干觸點形式，信號可直接并入中控。而另外一些無法改為干觸點的有源觸點信號，通過在中控增加隔離繼電器的辦法予以解決。

（3）在將船控臺系統中的有關信號點并入中控PCS系統的過程中，面臨的另外一個問題便是某些原本在船控臺監控的大型成撬設備，如熱介質鍋爐，在船控臺上保留了大量的硬線信號（共24個，其中不包括ESD應急關斷點），這些信號大多是與熱介質鍋爐狀態指示、操作指示及相關工藝參數顯示相關的信號，如果直接并入中控系統，勢必會占用中控系統相當數量的IO通道；而且，在此次長青號改造中要求熱介質鍋爐更新為PLC控制，如果將熱介質鍋爐原本在船控臺的硬線信號（ESD點除外）照搬并入中控PCS系統，熱介質鍋爐更新PLC控制的優勢也就無法充分發揮。

鑒于以上兩點，現推出一種將熱介質鍋爐原本在船控臺的硬線信號（ESD點除外）通過RS485上傳至中控PCS顯示，在ESD系統保留熱介質鍋爐硬線應急切斷的改造要求，并確保熱介質鍋爐PLC與中控PCS的RS485通信協議一致。以上方案的實施省去了熱介質鍋爐原本在船控臺系統的很多硬線，也省去了中控PCS系統的很多卡件，更重要的是，它使得熱介質鍋爐與中控的界面暢通和清晰（2臺熱介質鍋爐、2臺PLC、2根RS485通訊纜和2個ESD硬線，僅此而已）。以上改造方案符合現行大型成撬設備的設計理念：整個撬塊采用就地盤控制，少數重要信號采用硬線上傳，其他參數采用RS485信號上傳，中控與現場就地盤之間僅通過少數的幾根硬線和1根RS485通訊纜便可建立起穩定的信號傳輸和監控功能。

1.2船控臺系統并入ESD系統方案

船控臺系統中與設備緊急關停相關的信號點，需要并入ESD系統。在將信號點并入ESD系統的過程中，尤其要注意的一點是要保證中控提供的ESD觸點形式與現場設備需要的觸點形式相一致。按照現行的設計理念，ESD系統給出的關斷點通常為常閉點，系統動作時，觸點斷開，關斷設備。這樣，即便在線路發生斷路的情況下，ESD系統也可立即關斷相應設備，從而保證了系統關斷的安全性，即故障安全性設計。

“長青”號船控臺系統并入中控ESD系統的主要關斷點有熱介質鍋爐的應急關斷點、蒸汽鍋爐的應急關斷點以及外輸總關斷閥（CV-76閥）與2臺原油外輸泵和2臺掃艙泵的聯鎖關斷點等。其中，原油外輸主干管線的應急關斷閥CV-76閥與機泵艙兩臺原油外輸泵及2臺掃艙泵的聯鎖關斷，簡稱為“CV76閥與4臺泵聯鎖”。該聯鎖邏輯要求原油外輸時首先打開CV-76閥，在該閥未打開的情況下，外輸泵和掃艙泵均不能啟動；同時要求外輸結束時，CV-76閥和外輸泵/掃艙泵要全部關斷。

針對以上邏輯，閥門遙控臺中用于控制CV-76閥關斷的電磁閥要求中控為之提供1路24V DC、1.5A的供電電源，且在正常情況下，要求該路電源不帶電；當需要關斷CV-76閥時，中控帶電，為電磁閥供電，即可關斷CV-76閥，即要求CV-76閥的關斷按常開回路設計。將中控關斷CV-76閥的輸出改為有源（24V DC，2A），常開輸出，從而順利地解決了CV-76閥的關斷問題。至于4臺泵（2臺原油外輸泵和2臺掃艙泵）的緊急關停，原本是通過船控臺在電氣高壓盤上實現的，要求為常閉觸點，與現行設計理念相一致，為安全起見，在中控端加隔離繼電器后，可直接并入中控ESD系統。

1.3船控臺系統并入火氣系統方案

船控臺系統中，與火氣消防相聯系的信號點需并入火氣系統，主要有應急關斷風機和油泵的5路關斷信號（生活樓1路，ES1；泵艙1路，ES2；生產甲板1路，ES3；機艙1路，ES4；廚房1路，ES5）以及與消防相關的泵類（1臺主泡沫泵FPUX-801P、1臺艙底消防泵FPU-P-231、2臺電動消防泵FPU-P-800A/B和1臺柴油消防泵FPU-P-800C）啟/停控制信號。

由于此次改造中要求儀控系統升級更新，配電系統也要求進行維修且按原功能恢復，所以要提前確認電氣實際需要的觸點形式及容量，確認好中控方面能否滿足其要求，并著重協商解決雙方不能兼容的一些問題。此次改造中，關于泵類的啟/停控制以及對于風機和油泵的關斷接口，兼容性滿足要求。

船控臺系統并入中控系統的控制框圖見下頁圖1。

2　創新點

將FPSO的船控臺系統并入中控系統，實現由中控系統統一監控的控制理念，既打破了以往FPSO設計中將船體控制部分與工藝生產控制部分分開設計、分開控制的格局，又與現行海上大規模油田控制系統中由中控實現統一監控的設計理念相吻合，可以說是基于以往FPSO設計理念上的一次突破［4-5］。

圖1　“長青”號FPSO中控系統改造框圖

3　經濟效益

將船控臺系統并入中控系統，既實現了中控系統的集中控制，又節省了因更新、維修整套船控臺系統而產生的大量費用。將船控臺系統并入中控系統而引起的費用增加，主要體現在中控系統因引入船控臺系統中的相關點位而引起的IO點數的增加，相對于船控臺維修而產生的大筆費用而言，此項成果的經濟效益是不言而喻的。

4　結 論

文中所提方案是將“長青”號FPSO船控臺并入中控系統，并與單獨升級船控臺系統相比較后得到如下結果：

（1）實現船控、中控的統一控制，增加控制的可靠性；

（2）淘汰船控臺原有老舊控制系統，提高了控制的安全性；

（3）對于浮式生產儲油輪改造系統，實現中控的高度集中控制；

（4）省去更新、維修船控臺費用，提高項目經濟效益。

在滿足規范標準的前提下，在項目具體實施過程中，針對實際遇到的復雜工況進行優化處理，成功實現“長青”號船控臺并入中控系統。

［1］ 胡壽松.自動控制原理［M］.第4版.北京：科學出版社.2001.

［2］ 吳鑫，劉儉飛，姜明軍，等. OPC UA技術及其在海上采油平臺的應用［J］. 自動化與儀表，2011（12）：33-36.

［3］ 何衍慶.集散控制系統原理及應用［M］.第3版.北京：化學工業出版社.2009.

［4］ 高志剛. 海洋石油平臺控制系統概況與分析［J］. 科技傳播，2010（19）：99-121.

［5］《海洋石油工程設計指南》編委會.海洋石油工程設計指南［M］.北京：石油工業出版社， 2007.

On integration of control console system into central control system for Changqing FPSO vessel

LI Li-nian MA Lei
(CNOOC Energy Technology & Services-Oilfi eld Construction Engineering Co. Research & Design Center, Tanggu 300452, China)

During the reformation of Changqing FPSO system, the control console system has been integrated into the central control system for the first time. According to the characteristics of the control console system, Process Control System, Emergency Shutdown System and Fire & Gas System are incorporated into the central control system. Finally, the central control system can dynamically display the production process, main technology parameters and operation condition of main equipments, show abnormal situation of production and safety of FPSO in the form of sound and light alarm, and print production report regularly. At the time of accident, this system can ensure the safety of staff and production facilities on FPSO, prevent environment pollution, minimize the harmful effects of the accident, and timely and accurately detect fire or combustible gas leakage that possibly or already occurred. Then, the corresponding security measures can be imposed to protect the staff and the equipments on FPSO, such as alarm, shutdown, fi re protection, etc.

FPSO; control console; central control system; control method

TP273

A

1001-9855（2015）02-0090-04

2014-09-02；

2014-09-30

李麗年（1983-），男，碩士，工程師，研究方向：儀表設計。馬 磊（1988-），男，碩士，助理工程師，研究方向：儀表設計。