調控中心遠程投產長輸液體管道實踐

陳泓君 代文平 于 濤,3

1.中國石油北京油氣調控中心, 北京 100007；2.北京大學軟件與微電子學院, 北京 100871；3.中國石油大學(華東)儲運與建筑工程學院, 山東 青島 266580

0 前言

近年來,隨著國內能源行業的整體布局發展,長輸原油成品油管道等配套工程相繼建成投產,且隨著自控通信水平的提高,長輸液體管道調控模式由20世紀的開式流程、現場人員就地操作發展到現在更安全、節能的閉式流程,集中調控的遠程操作。目前集中調控運行的長輸液體管道已實現規范化、標準化。以調控中心為核心的投產組織模式,包括投產前期準備,投產過程運行管理等,實現了統一指揮、集中調配以及全線協調的投產程序。明確管道建設、管道運行等部門投產時及投產成功后的工作界面,強化調控人員前期培訓及資料準備工作,建立投產過程上下游協調機制及工況分析處置等內容,可為管道成功投產及穩定運行奠定基礎[1-2]。

長輸液體管道投產前期的自控測試、人員培訓及基礎資料準備是成功投產的前提,投產過程運行管理流程的完善和技術問題的解決是成功投產的必要條件。經過多年的遠控投產經驗積累,目前已基本形成較完善的投產管理體系,對投產過程常見技術問題形成了一定的技術儲備[3-4]。

1 投產前期準備

長輸液體管道投產前期準備,主要包括SCADA系統自控測試、基礎資料準備、人員培訓、其他準備工作(生產報表、調度令模板等)以及管道運行工作界面劃分等。

1.1 SCADA系統自控測試

SCADA系統搭建是管道遠控運行和投產的前提條件,長輸液體管道投產前期應進行相關測試,主要包括工廠測試(FAT)和現場測試(SAT)。通過對比長輸液體管道沿線各站、遠控閥室相關設備的模擬量和狀態量的數據點表、描述、運行范圍等內容,按照初步設計、操作原理進行邏輯測試,對人機界面(HMI)的流程和界面進行規劃和確認,保證自動化系統和現場設備具備聯調條件。主要工作內容如下：

1)電動閥調試。保證閥門能夠正確完成全開、全關操作,實現遠控與現場閥位狀態和動作執行的一致性。

2)調節閥調試。測試調節閥的狀態和比例積分微分控制(PID)命令的執行情況,并根據設計要求對PID“手動/自動”狀態下的各種調節方式進行測試。

3)給油泵和輸油泵調試。對輸油泵狀態和連鎖啟/停泵、單獨啟/停泵的連鎖邏輯進行測試,對PID“手動/自動”調節的控制方式進行重點測試。

4)核對各站模擬量,包括量程和報警限值。

5)全線遠程控制閥室的緊急截斷閥門的遠傳、開/關命令測試。

6)全線水擊自動保護邏輯程序的調試。對各站進出站閥門事故關斷、輸油泵站停電和RTU閥室截斷閥事故關斷等事故工況所引起的全線水擊保護程序進行測試。

1.2 基礎資料準備

長輸液體管道基礎資料是投產過程及投產成功后安全運行及工況處理的主要依據,除設計部門提供的初設、操作原理,投產及調控人員還需編寫完成其他資料。基礎資料需求見表1。

表1基礎資料需求

表1中的管道投產方案主要包括：總論、管道工程概況、投產組織機構、投產必備條件及準備、管道投產、HSE要求、應急預案及相關附件等內容。其中相關附件包括管道工藝流程、工藝安裝圖、泵特性曲線、主要工藝計算、臨時裝置安裝示意圖、投產所需主要物質、備品備件、投產時間安排表、投產前條件確認檢查表、水頭跟蹤記錄表、油頭跟蹤記錄表、油品供銷協議、水電通信協議、應急預案等內容。

基礎資料準備完成后,在投產前期按需打印,以供投產過程及日常運行學習及資料查詢。

1.3 人員培訓

長輸液體管道投產主體是投產人員,主要包括調控中心和站場的人員。投產前期管道運行部門需對相關人員完成基礎資料、設備資料、SPS仿真、現場學習等培訓。

1.3.1 基礎資料培訓

由設計資料編寫人員對調控中心的投產調控人員進行管道操作原理、設計內容、運行規程、投產方案、應急預案培訓,使其充分了解和掌握管道沿線和站場工藝流程等概況、相關邏輯程序、運行操作工藝,并著重掌握管道經河流、人口密集區等穿跨越風險點,牢記管道泄漏等異常緊急工況的應急預案。

1.3.2 設備資料培訓

由設備廠家對調控中心的投產調控人員進行管道主要設備的使用方法、內部結構、工作原理、故障排查等內容的培訓。設備主要包括泵、電機、加熱爐、調節閥、減壓閥、執行器、線路截斷閥、泄壓閥、安全閥、超聲流量計、容積式流量計等。

1.3.3 SPS仿真及現場學習培訓

管道運行單位根據管道基礎資料,利用SPS仿真軟件開發管道仿真系統,利用仿真系統對管道投產過程及投產后運行工況進行仿真模擬,通過管道仿真系統的模擬演練總結,得出不同外輸流量下相關泵站的配泵及異常工況的處理方案,指導投產期間管道控制操作,優化運行方案,并形成管道仿真報告,掌握管道運行控制風險點,摸索投產運行規律,為管道順利投產和安全運行創造技術條件。

調控中心的投產調控人員需在投產前期做好現場調研,掌握工藝流程、沿線河流溝渠穿跨越和現場設備特性；加強與現場人員交流,為投產過程及日常運行溝通協調奠定基礎。

1.4 其他準備

1.4.1 生產報表

根據管道投產及日常工作需要,投產前期應編制管道生產系統工作報表和管道日常工作報表、啟停輸操作和交接班記錄格式、調度令格式。管道生產常用報表及內容見表2。

表2管道生產常用報表及內容

序號項目內容備注1生產工作系統報表管道調度日報表首末站庫存、收發油,站場進出站壓力、溫度、流量、地溫、密度,運行泵、加熱爐型號管道收輸銷報表月計劃、日均輸量、月完成、進度超欠、月完成、年累計站場庫存報表管道沿線油庫罐位及總庫存量2操作票管道主要操作啟停輸、切泵、增減量、油品切換、分輸、注入等3交接班記錄供交接班使用本班管道操作、工藝調整等生產運行情況,設備狀況

1.4.2 SCADA系統HMI

SCADA系統終端對象是調控中心的投產調控人員工作站的人機界面(HMI)畫面,主要由系統配置圖、工藝流程圖、參數一覽表、趨勢圖、報警總攬、報警條、設備操作面板等組成。HMI是調控中心的投產調控人員進行管道遠程調控操作的媒介,通過HMI界面中設備界面,對現場泵、閥門等設備的操作控制,以及對現場壓力、流量、溫度、密度等參數的有效監控。投產前期需根據SCADA系統HMI畫面分級要求,做好畫面分級與圖形繪制。SCADA系統HMI畫面分級見表3,HMI泵控制面板、電動閥控制面板見圖1～2。

調控中心的投產調控人員通過使用圖1～2中泵、電動閥門的控制面板,實現對現場泵及電動閥門設備的遠控操作。

1.4.3 職責界面劃分

投產前期，調控中心應組織建設部門、地區公司及上下游相關部門參與投產及運行協調會,確認投產期間及投產運行后各方應承擔的責任和義務,劃分各方的工作界面和程序,明確調度指揮的交接內容,并形成管道運行業務溝通協調會議紀要。

表3SCADA系統HMI畫面分級

序號項目內容1一級畫面管網系統綜合信息畫面,主要有管網總覽圖、管網綜合表等,也稱管網級畫面2二級畫面顯示單條或多條管道系統信息的圖形或數據表格畫面,也稱管線級畫面3三級畫面顯示單座站或合建站場的工藝流程、設備狀態以及運行參數的圖形和表格,也稱站場級畫面4四級畫面顯示設備控制、邏輯操作及數據信息的彈出畫面,也稱面板級畫面

圖1 HMI泵控制面板

圖2 電動閥控制面板

2 投產過程信息管理及工況控制

2.1 投產過程信息管理

調控中心遠控投產有統籌全局的優勢,可及時有效地發現和分析投產過程中出現的問題,協調解決上下游物資、人員問題,促進管道成功投產。如果在整個投產過程中,調控中心和現場投產人員所掌握的全線信息不對等,則不利于上下游的組織協調。因此,投產過程信息管理主要以調控中心為核心,包括收集重要工況的時間節點、操作工況,并利用短信或其他媒介下發重大操作命令，如投產,啟停輸等。

1)調度令。根據投產安排,調控中心的投產調控人員起草投產調度令,其中包括投產時間、具體工作安排等,下發至管道公司、上下游油田、煉廠及銷售等。

2)投產信息及簡報。根據投產前期準備工作整理投產指揮及主要參與投產運行人員手機號并形成投產通信錄。針對投產過程中重要節點信息,如清管器運行位置,水頭、油頭位置,注水、注油量及里程、重要翻越點等,通過短信系統發送相關人員。此外每天08:00匯總前24 h管道投產進展并形成投產簡報上報。

2.2 投產過程工況控制

管道投產時沿線設備初次使用,處于不穩定時期,超聲流量計等設備還需管道內充滿油品進行調試,工況不可預測,且分析處置難度大,對此需根據以往投產經驗,實現管道投產過程的可控,異常工況的快速發現。

2.2.1 輸量控制

長輸液體管道投產初期沿線無流量參考,調控中心的投產調控人員可采用給油泵曲線、泵電流值制定流量控制參考標準,結合現場跟球人員位置反饋,進行短時間流量控制對比,同時首站外輸罐應盡量選用罐容小的單輸油罐,以利于管輸油品輸量的進一步核算,實現輸量可控。隨著管道投產過程推進,若首站啟用2臺給油泵,則不推薦利用泵曲線進行輸量控制。

如果管道投產后存在2個壓力遠傳點,且基本判斷該管段為滿管流,應盡快通過清管器、首站儲罐液位來建立一定流量,計算出該管段摩阻,用以指導整個管道輸量。如利用首站罐位和清管器運行速度計算獲得管道輸量600 m3/h，A站和B站間管段摩阻2 MPa,若該管段摩阻小于2 MPa則輸量小于600 m3/h,該管段摩阻大于2 MPa則輸量大于600 m3/h。此外投產初期為氣液界面,出站壓力主要與管道高程變化有關,不能用來參考控制出站流量[5-6]。

2.2.2 油水界面跟蹤與控制

管道投產時油水界面的有效跟蹤,有利于安排下游污水接收與排放工作,減少污水量,降低對環境污染的壓力。實際油水界面跟蹤除通過管容計算,還可根據油水物性差別進行沿線監測,如油水密度和比熱容相差較大,通過泵壓力變化及過加熱爐油溫變化確認油水界面位置。

影響油水混合物體積的因素較多,主要有地形、管道中是否存在氣體及不滿流現象、停輸時間等。尤其管道沿線起伏較大,形成高點后的空化段、加速段及滿流段等三段流體,加大了管內流體的攪拌,增大了混油量[7-9]。對此,投產過程中應盡量在油水界面到達高點前建立背壓,減少混油量,同時減小不必要的停輸,確保管道平穩運行。

2.2.3 其他工況識別與控制

1)閥門接線問題。閥門限位開關接線分為上導式和下導式,若接反可導致閥門開關信號與實際狀態相反,投產過程中若存在閥門開關接線調整,應咨詢廠家明確接線形式,避免因接反而發生管線憋壓問題。

2)管內水柱。管道建設需使用水進行嚴密性和強度試壓,試壓完畢后通過吹掃排水,但在管道低洼處可能存在水柱,在投產時導致下游長時間無排氣現象。對此,投產前應排查管道沿線大型河流穿跨越,若發生下游長時間無氣流,需進行工況排查分析[10]。

2.3 投產過程注意事項

1)投產過程異常工況發生較多,且多為投產期獨有工況,因此應關注報警投用與分析,查看HMI總參表中進出站壓力設定是否投用,可及時發現處置異常工況。

2)投產前期，現場落實干線閥門旁通是否關閉,避免投產過程清管器卡阻[11-12]。

3)投產過程需詳細記錄各重要工況節點、異常工況事件等,高頻率截取管道運行參數顯示屏并做好詳細事件備注[13]。

4)長輸液體管道調控中心的投產調控人員應具有全局觀,從整體分析各種工況,避免片面分析[14-16]。

5)梳理投產遺留問題,匯總投產過程重要時間節點及異常事件記錄,最終形成投產總結[17-20]。

3 結論

長輸液體管道的調控中心投產具有全局性、系統性,有利于管道投產過程中異常工況的發現和處置,以及物資和人員的調配管理。通過多年的調控中心投產經驗,逐漸總結出了投產前自控測試、基礎資料準備、人員培訓、常用報表準備、相關部門職責界面劃分等基礎性準備工作。管道投產時期設備處于試運狀態,通過輸量控制方法、油水界面跟蹤與控制等、閥門接線異常等工況的識別與控制,提出投產過程注意事項,系統全面地對長輸液體管道投產進行總結,保證長輸液體管道的安全、高效投產。

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