海上生產設施的臺風模式建設實踐

向富明 孫 進

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，深圳 518000； 2.中海油能源發展裝備技術有限公司南海工程分公司，湛江 524057)

南海海域臺風天氣頻發，按照海洋石油設施防臺風應急預案，以設施為圓心劃定紅、黃、綠3個防臺警戒區：在臺風到達綠色警戒區時，開始撤離前的安全處置操作，非生產人員撤離；在臺風到達紅色警戒區前，完成安全處置操作，關停生產；在臺風到達設施前，將全部剩余人員撤離到安全地帶，并預留處理突發事件的時間。按照該流程，每次避臺都會引發油田3～5 d的生產關停，導致大量原油損失，嚴重影響海上設施正常生產秩序和公司油氣產量目標的實現。

為保障國家能源安全，盡量減少臺風天氣導致的油氣產量損失，近幾年國家不斷啟動自控系統建設、無人化改造以及臺風模式改造等智能化探索試點項目[1-3]。

文章將以海上產氣平臺的“智能氣田建設”工程項目為例，對海上設施臺風模式改造的關鍵技術方案進行分析總結。

1 遠程復產改造

“智能氣田建設”項目涉及的3座平臺均已在陸地建設了遠程控制終端，依托陸岸衛星通信與海上設施建立控制信號和重點區域視頻監控信號通信路由，實現陸地終端對海上平臺的遠程監視與生產關停。同時，中心平臺與井口平臺間通過光纖及微波通信建立了數據交互通道，所以3座設施具備臺風模式改造的良好基礎條件。該項目以實現3座平臺生產關停后（不包含ESD-2及以上級別關斷觸發的生產關停）遠程遙控復產和電站燃料遠程切換為目標。臺風模式升級改造的主要內容涵蓋：加強生產流程的遠程感知，在關鍵流程增加壓力、溫度及流量傳感器；提升流程自動化水平，將手動閥門改為遙控閥門，緊急關斷（Shut Down Valve，SDV）閥增加自動復位功能；撬裝設備及關鍵系統適應性改造，如井口控制盤、中控系統、現場控制盤、電氣系統和通信系統改造以及生產運營策略調整等。

1.1 遠程控制方案

本次升級改造在陸地終端為每個海上平臺增設了多面雙屏遠程客戶端，通過新增交換機接入監控網絡。對于以中控系統一臺工程師站作為登錄點而沒有設置Terminal Server的平臺，是本次遠程操控改造的難點之一。經過方案論證，最終在中控室配備一臺服務器級別的工作站作為Windows Terminal Server，用于臺風模式下陸地終端遠程操控的登錄節點。遠程控制方案，如圖1所示。

圖1 遠程控制方案示意圖

1.2 井口控制盤改造

井口控制盤由公共控制模塊和多個單井控制模塊組成，主要用于控制井口的井下安全閥（SCSSV）、主閥（MSSV）和翼閥（WSSV）。對于井口控制盤，臺風模式重點改造內容包括兩個方面。一方面，公共模塊改造。在井口控制盤公共控制模塊中，將用于控制ESD-3關斷的所有主閥和翼閥的帶氣動先導功能的手動推拉閥改造為普通機械式手動推拉閥，以便實現現場手動關斷所有井上安全閥（指主閥和翼閥，下同）。在緊靠手動推拉閥的下游管線上增加一個兩位三通電磁閥，用于實現遠程關斷所有井上安全閥。另一方面，單井模塊改造。將井口控制盤單井控制模塊中用于控制主閥和翼閥的帶氣動先導功能的手動推拉閥更換為普通機械式手動推拉閥，用于現場開關主閥和翼閥。原井口控制盤中已有一個用于遠程復位和關斷單井主閥和翼閥的兩位三通電磁閥，在此基礎上每口井新增一個用于遠程復位和關斷翼閥的兩位三通電磁閥。井口控制盤改造要點，如表1所示。

表1 井口控制盤改造要點

海上平臺寸土寸金，設備緊湊，井口控制盤單井模塊內部一般沒有足夠空間用于布置新增電磁閥。一般采用在井口控制盤旁邊新增防爆接線箱，用于安裝新增的電磁閥和控制電纜的接線，因此應保證新增防爆接線箱布置位置不得影響現有井口控制盤的操作與維護空間。

1.3 中控系統改造升級

根據改造的因果邏輯圖和管道及儀表流程圖（Piping and Instrumentation Diagram，P&ID）圖，修改中控系統邏輯組態并進行邏輯測試，調整監控畫面。對ESD-3/ESD-3A/ESD-4信號關聯的電磁閥單獨設置遠程復位軟按鈕。新增控制信號原則上利用過程控制系統(Process Control System,PCS）、靜電釋放（Electro-Static discharge，ESD）、火災報警和氣體檢測系統（Fire Alarm and Gas Detector System，FGS）和成橇設備自帶現場控制盤備用輸入/輸出（Input/Output，I/O）點接入，若備用點不足，對相應控制系統進行擴容改造。中控系統改造完成后，PCS、ESD和FGS系統的控制器負載率不得超過60%，控制網絡和數據總線的負載率不得超過50%。

1.4 撬裝設備現場控制盤改造

成撬設備可通過就地控制盤實現就地啟動、停止等操作。該項目將就地控制盤的啟停信號通過硬線接入中控PCS系統，實現成撬設備的遠程啟停控制。按照設備遠程啟停操作需求，核心成撬設備改造案例如表2所示。

表2 現場控制盤改造案例

1.5 電氣改造升級方案

為減少低壓盤柜改造工程量，保障開關柜安全性和可靠性，設備遠程啟停不采用低壓斷路器直接分合閘的實現方式，在電氣設備正常的前提下，通過中控系統控制接觸器實現設備遠程啟停[4-5]。

塑料外殼式斷路器（Molded Case Circuit Breaker，MCCB）是平臺緊急關停（ESD-3及以下級別關斷）觸發點。為實現遠程復產，該項目對配電盤進行改造，實現斷路器遠程分合閘功能。經過方案比選，改造技術路線為馬達回路新增ESD去接觸器的硬線，饋線回路增加接觸器，再新增ESD去接觸器的硬線。低壓盤柜改造方案對比，如表3所示。

表3 低壓盤柜改造方案對比

對于工程生產管理系統（Power production Management System，PMS）系統升級改造，需將所有VCB和ACB 的分合閘狀態、故障狀態及MCCB回路的電流、功率等數據接入中控PCS系統。無接觸器的饋線回路增加接觸器，并將接觸器分合閘狀態上傳PMS系統。此外，增加PMS遠程分/合接觸器功能，實現避臺期間在陸地終端PMS監控中心對海上電力系統的遠程監視和操作功能。

對于變頻器控制柜改造，將變頻柜關鍵參數上傳至中控PCS系統，實現中控PCS系統對變頻控制柜的SYSTEM ENABLE遠程復位功能。

1.6 通信改造

對視頻監控未覆蓋的需要遠程操控的關鍵機械設備和重要電氣房間，增加閉路電視（Closed Circuit Television， CCTV）攝像頭，確保視頻監控無死角，同時根據增加的監控點數，在中控室酌情增加監控終端。在現有到岸微波帶寬下，為實現陸地實時調取更多海上視頻監控圖像，增加視頻壓縮設備（每路視頻圖像壓縮比最高可達1∶8），以減少傳輸CCTV視頻圖像時所占用的網絡帶寬，提升視頻監控效果。由于臺風期間遠程控制和數據傳輸需求量增加，在臺風期間（到岸微波可能會中斷）臨時租用額外的衛星帶寬（最大4 Mb·s-1），用于傳輸控制數據和調取重點視頻監控圖像。

2 后續建議

當臺風模式生產期間觸發意外關停時，若第一次遠程重啟失敗，不建議進行第二次遠程重啟生產，除非重啟失敗的原因明確、故障確認排查且經管理層評估審核批準。當平臺觸發臺風模式生產邊界條件時，海上設施應主動關停生產，不得遠程重啟生產。在實現臺風模式生產常態化后，應加強海上設施全生命周期完整性管理，確保各類動靜設備、在線和備用設備完整可用，加大各種生產管理制度、文件、操作程序、應急預案、P&ID圖以及因果邏輯圖等資料的更新維護力度。

為確保海上平臺臺風模式生產常態化以及“生產遠程監控+維保現場駐扎”的少人化、智能化生產模式的安全，達到多維度、全覆蓋的監測目標，建議后續加強生產工況監測、環境工況監測以及應急工況監測能力。在遠程操控期間，上下游兩個串聯平臺的生產調度和協調可能存在互相影響和相互干擾的情況，應充分識別可能發生的風險，制定應對措施，同時進行桌面演練，積累并總結臺風模式生產中的良好作業實踐經驗，進一步優化完善臺風模式生產常態化的各項作業程序。