多平臺大數據一體化智能儲氣庫運行管理系統

劉國良　 廖偉　徐長峰　張赟新　陳月娥　姬康　王明鋒　孫德強

摘? ?要：儲氣庫是集注氣、采氣與一體的高度復雜的集生產和儲集一體的重要場所，其科學管理需要智能化系統。H儲氣庫是中國最大的儲氣庫之一，H儲氣庫在建設運行過程中，配套建成了先進的自動化控制系統和全覆蓋的工業(yè)物聯網系統。充分依托已建系統識別、采集、傳遞、輸出的數據，建立“無人值守+中心控制”生產管理新模式，實現了人力資源的高度優(yōu)化整合，建立“感知層、網絡層、應用層”為核心的物聯網系統。

關鍵詞：多平臺? 大數據? 一體化? 儲氣庫? 管理系統

中圖分類號：TM61? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0070-02

1? H儲氣庫概況

H儲氣庫位于準噶爾盆地南緣，是由受巖性構造控制、帶邊底水的砂巖貧凝析氣藏改建而成。共部署新井42口，設計運行上限壓力34.0MPa，下限壓力18.0MPa，庫容量107.0×108m3，工作氣量45.1×108m3，日均注氣量1550.0×104m3，應急日均采氣量2789.0×104m3，季節(jié)調峰日均采氣量1333×104m3。

2? H儲氣庫智能化運行管理系統

H儲氣庫配套建成了先進的自動化控制系統和全覆蓋的工業(yè)物聯網系統。依托已建系統識別、采集、傳遞、輸出的數據，建立“無人值守+中心控制”生產管理新模式，實現了人力資源的高度優(yōu)化整合，建立“感知層、網絡層、應用層”為核心的物聯網系統[1-5]。

（1）感知層：儲氣庫物聯網系統的感知層是利用壓力、溫度、電磁開關等各類傳感器實現集注站、集配站、單井各工藝重要節(jié)點及設備的數字化采集，準確地反映了工藝裝置各節(jié)點的生產狀態(tài)，為天然氣井場、集配站實現無人值守、定期巡檢的管理模式奠定了基礎。45座井場、3座集配站、1座集注站均已實現生產網絡覆蓋，關鍵參數實現數字化采集。

（2）網絡層：通過已建通訊光纜、無線電臺、網橋、無線智能儀表等方式，實現了集配站、井場的數據上傳。30口注采井、3口監(jiān)測井、2口污水回注井采用4芯光纖環(huán)網接入所屬集配站，集配站采用8芯光纜接入集注站;1口監(jiān)測井采用無線網橋接入集注站，9口微地震監(jiān)測井采用數傳電臺接入集注站。油田辦公網絡通過數據公司環(huán)準噶爾盆地40G波分光纖環(huán)網接入新疆油田網絡核心，實現與油田公司及中石油網絡的互通。

（3）應用層：儲氣庫自動化系統作為物聯網系統的應用層，是利用先進的計算機及通訊網絡技術對氣庫的生產過程和設備運行狀態(tài)進行集中監(jiān)控和調度管理。控制系統以集注站調度中心為中心樞紐，采用先進的DCS、SCADA等系統完成對整座儲氣庫集注工藝的監(jiān)控及對外與外輸場站的數據交換，具備較高的自動化水平。

（1）采用先進的DCS系統對集注站內過程參數進行監(jiān)控。

集注站設日本橫河CS3000 DCS系統一套，由控制站、操作員站（含工程師站）組成。工程師站執(zhí)行系統的組態(tài)/編程（離線、在線）、調試、修改、測試、裝載和系統管理。操作員站與控制站通信，讀取數據進行畫面顯示、控制操作、報警響應、報表打印等。控制器的主控單元、系統電源及通道電源、局域網均為冗余配置，一旦某個工作的控制器發(fā)生故障，系統應能自動地以無擾動方式，快速切換至與其冗余的控制器，并在操作站報警。DCS系統數據通過以太網（MODBUS TCP協議）與SCADA系統實時服務器進行通訊（見圖1）。

①注氣流程控制中的關鍵節(jié)點：壓縮機控制。

主要包括：壓縮機的壓力、溫度、轉速、液位、油流、振動等參數進行監(jiān)控，對機組的工作參數進行監(jiān)測;超限時自動停機保護，對某些參數做簡單的自動調節(jié)，以保證機組運行正常、安全可靠。

②采氣流程控制中的關鍵節(jié)點：分離器液位控制

安裝在各類分離器上液位控制器和氣動調節(jié)閥聯動控制分離器液位。當分離器上的液位達到檢測浮子式液位開關的水平線時或液位計設定液位值時，儀表風氣源將氣動閥打開，將分離器內的積液排除。

（2）采用可靠的ESD系統對氣庫生產裝置進行安全保護。

ESD系統采用日本橫河ProSafe-RS系統，用于集注站及集配區(qū)裝置緊急停車及安全聯鎖保護。儲氣庫ESD系統安全級別達到了SIL2級，采用雙重化模塊冗余及容錯技術組建，提高了ESD系統的可靠性、安全性，有效降低了儲氣庫的生產過程風險。

ESD邏輯根據工藝流程劃分為采氣流程緊急停車邏輯、注氣流程緊急停車邏輯、反輸西二線流程緊急停車邏輯以及緊急工況越站流程停車邏輯。

3? 結語

儲氣庫是集注氣、采氣與一體的高度復雜的集生產和儲集一體的重要場所，其科學管理需要智能化系統。H儲氣庫是中國最大的儲氣庫之一，H儲氣庫在建設運行過程中，配套建成了先進的自動化控制系統和全覆蓋的工業(yè)物聯網系統。充分依托已建系統識別、采集、傳遞、輸出的數據，建立“無人值守+中心控制”生產管理新模式，實現了人力資源的高度優(yōu)化整合，建立“感知層、網絡層、應用層”為核心的物聯網系統。

參考文獻

[1] 葉康林.地下天然氣儲氣庫信息化建設現狀與探討[J].信息系統工程，2019（7）：124-126.

[2] 閆怡飛，張勝躍，閆相禎.儲氣庫注采井失效模式與風險評估技術[J].石油管材與儀器，2019，5（2）：8-12，25.

[3] 廖偉，鄭強，張赟新，等.大型儲氣庫庫容評價及注采能力分析技術——以準噶爾盆地呼圖壁儲氣庫為例[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（8）：82-83.

[4] 劉國良，廖偉，張濤，等.呼圖壁大型儲氣庫擴容提采關鍵技術研究[J].中外能源，2019，24（4）：46-53.

[5] 張光華.中石化地下儲氣庫建設現狀及發(fā)展建議[J].天然氣工業(yè)，2018，38（8）：112-118.