海上平臺開排槽液位自動控制系統改造

許巍，劉向銘，荊少駿(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

1 項目背景

海上某平臺共有4個開排槽，開排槽內介質主要有雨水，污油，聚合物等。

在平臺前期設計中開排槽沒有設計安裝液位監測設備，中控無法對開排槽液位進行有效監控。中控無法對開排槽液位進行監測，只能通過定時人員巡檢并手動啟動和停止氣動隔膜泵將開排槽內介質輸送到開排罐內。一方面人員不能24小時對開排槽液位進行有效監測，突發異常情況(夏季暴雨)開排槽液位上漲迅速，隔膜泵未及時啟動，存在發生溢油環保事故的風險。另一方面，每隔一到兩小時人為啟動一次隔膜泵，大大的消耗了人力(如圖1所示)。

圖1 開排槽生產流程

本平臺設有1 套中央控制系統，其中包括過程控制系統(PCS)，應急關斷系統(ESD)和火氣監控系統(FGS)，各平臺均設置PCS、ESD系統機柜，FGS 機柜全部放置于N 平臺中控室。過程控制系統(PCS)采用的是EMERSON DevltaV 產品，應急關斷系統(ESD)和火氣監控系統(FGS)均采用的是EMERSON DeltaV SIS 產品。3 套系統在控制層及其以下相互獨立，在管理層則共享人機界面和通信網絡。

2 技術簡介

2.1 改造方案

2.1.1 開排槽基本參數

海上某平臺共有四個開排槽，詳細參數如下：

O平臺開排槽：容積為5 m3

尺寸：1 500 mm(L)×1 500 mm(W)×2 300 mm(H)

氣動隔膜泵：排量為10 m2/h

工作壓力:200 KPa；

N平臺開排槽：容積均為3 m3

尺寸：1 200 mm(L)×1 200 mm(W)×2 300 mm(H)

氣動隔膜泵：排量為6 m2/h

工作壓力:200 KPa；

n平臺開排槽：容積為2 m3

尺寸：1 500 mm(L)×850 mm(W)×2 000 mm(H)

氣動隔膜泵：排量為8 m2/h

工作壓力:200 KPa；

2.1.2 改造設計方案

平臺開排槽深度為2 300 mm，開排槽內介質為雨水、粘稠污油、濾網清洗的聚合物等，正常液位維持在1 000 mm左右。定時人為的啟動排量為10 m2/h的氣動隔膜泵，將開排槽內的介質輸送到開排從而進入生產流程。平臺上目前有從原油高效分離器和斜板除油器上換型下來的柯普樂磁致伸縮液位變送器，廢棄氣動蝶閥上拆卸下來的三通電磁閥，中控有預留的AI和DO通道，開排槽液位自動控制系統的改造可行[1]。

改造方案如圖2所示：

圖2 改造開排槽的PID圖

(1)選取合適量程可用的液位變送器，經改造后安裝到O平臺開排槽。

(2)選取中控預留的AI和DO通道，完成上位機的組態程序和組態畫面，并下裝到相應的控制器。

(3)對啟動隔膜泵的控制氣路進行改造，安裝電磁閥。

(4)根據生產流程，啟泵液位設置為1 400 mm，停泵液位設置為900 mm。

2.2 技術難點及解決方案

2.2.1 實現自動啟動/停止氣動隔膜泵

技術難點：液位變送器輸入到中控卡件信號為4～20 mA的模擬量信號，當液位高于1 400 mm和低于900 mm時要實現的是數字信號輸出。

解決方案：Deltav系統AI模塊內部的比較，將高液位動作設置為1 400 mm，低液位動作設置為900 mm。當液位高于1 400 mm時HI_ACT輸出1，LO_ACT輸出0；當液位在900 mm到1 400 mm之 間HI_ACT、LO_ACT輸 出0；當 液位低于900 mm時HI_ACT輸出0，LO_ACT輸出1。將HI_ACT接入RS觸發器的SET位，LO_ACT接入到RESET位。可實現DO信號輸出給控制氣路電磁閥[2]。

2.2.2 弱電控制繼電器輸出

技術難點：DO卡件直接輸出24 V電壓信號到電磁閥，電磁閥故障短路，有損壞DO卡件的風險。

解決方案：以弱電控制弱電的供電方式，電磁閥直接由24 V電源模塊直接供電，在供電回路加入中間繼電器，DO卡件信號直接輸出到中間繼電器。

2.2.3 液位浮子自由浮動改造

技術難點：選用的磁致伸縮液位變送器適用在原油系統，開排槽內的污油非常粘稠，浮子容易卡死在磁致伸縮桿上，浮子在開排槽內無法隨著液位浮動。

解決方案：對磁性浮子進行改造，為增大其浮力與重力。在浮子外包裹一層清管球所用聚氨酯泡沫。

2.3 具體施工步驟

(1)開具相關工單，廣播通知現場人員；(2)前期調研及物料準備工作；(3)液位變送器及磁性浮子改造；(4)中控接線及組態；(5)現場電纜鋪設及調試；(6)電磁閥，液位變送器安裝；(7)功能測試；

3 工作質量效益

完成海上平臺開排槽液位自動控制系統改造，對其進行功能測試，液位變送器可以實時監測開排槽液位，當液位高于1 400 mm時正常啟泵，當液位低于900 mm時正常停泵。

3.1 經濟效益

完成平臺開排槽液位自動控制改造工作，從前期施工調研、選型、鋪線、組態、調試直到安裝，嚴格進行風險質量把控，把施工風險降到最低，最大程度提高施工質量，保障施工順利進行。本次改造所用料均為廢舊料再利用，節約費用約5萬元，后期全部改造總計可節約20萬元。

改造完成后，中控可以實時監控開排槽液位，并對液位進行自動控制。避免了人為監控的盲區，降低因突發情況導致溢油環保事故的風險。

3.2 推廣性

平臺開排槽之前一直處于中控無法檢測盲區,僅靠人員的定時巡檢無法有效的對液位進行監測。本次開排槽液位自動控制系統成功的改造，實現了全天24小時對開排槽液位進行監測并對液位進行自動控制，消除了監測盲區。一方面大大降低了突發情況發生溢油環保事故的風險。其次改造所用料均為廢棄料再利用，在保證施工質量的同時也為公司降本增效做出了貢獻。也為其他平臺后續改造工作提供了經驗，具有極大的參考意義。

4 結語

通過本次改造工作，現場人員積累了豐富的自檢自修工作經驗，開拓了人員工作思路，加強了人員預防環保事故風險的觀念。本次改造現場工作量大，技術難點多，整體的統籌協調工作對班組來說是一個挑戰也是一次鍛煉的機會。在此次改造工作中，班組人員對項目進行全局把控、自我監督保證了施工質量，共同協作，增強了團隊凝聚力。