海上生產(chǎn)設(shè)施的臺風(fēng)模式建設(shè)實(shí)踐

向富明 孫 進(jìn)

（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(fā)展裝備技術(shù)有限公司南海工程分公司，湛江 524057)

南海海域臺風(fēng)天氣頻發(fā)，按照海洋石油設(shè)施防臺風(fēng)應(yīng)急預(yù)案，以設(shè)施為圓心劃定紅、黃、綠3個(gè)防臺警戒區(qū)：在臺風(fēng)到達(dá)綠色警戒區(qū)時(shí)，開始撤離前的安全處置操作，非生產(chǎn)人員撤離；在臺風(fēng)到達(dá)紅色警戒區(qū)前，完成安全處置操作，關(guān)停生產(chǎn)；在臺風(fēng)到達(dá)設(shè)施前，將全部剩余人員撤離到安全地帶，并預(yù)留處理突發(fā)事件的時(shí)間。按照該流程，每次避臺都會引發(fā)油田3～5 d的生產(chǎn)關(guān)停，導(dǎo)致大量原油損失，嚴(yán)重影響海上設(shè)施正常生產(chǎn)秩序和公司油氣產(chǎn)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

為保障國家能源安全，盡量減少臺風(fēng)天氣導(dǎo)致的油氣產(chǎn)量損失，近幾年國家不斷啟動自控系統(tǒng)建設(shè)、無人化改造以及臺風(fēng)模式改造等智能化探索試點(diǎn)項(xiàng)目[1-3]。

文章將以海上產(chǎn)氣平臺的“智能氣田建設(shè)”工程項(xiàng)目為例，對海上設(shè)施臺風(fēng)模式改造的關(guān)鍵技術(shù)方案進(jìn)行分析總結(jié)。

1 遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)改造

“智能氣田建設(shè)”項(xiàng)目涉及的3座平臺均已在陸地建設(shè)了遠(yuǎn)程控制終端，依托陸岸衛(wèi)星通信與海上設(shè)施建立控制信號和重點(diǎn)區(qū)域視頻監(jiān)控信號通信路由，實(shí)現(xiàn)陸地終端對海上平臺的遠(yuǎn)程監(jiān)視與生產(chǎn)關(guān)停。同時(shí)，中心平臺與井口平臺間通過光纖及微波通信建立了數(shù)據(jù)交互通道，所以3座設(shè)施具備臺風(fēng)模式改造的良好基礎(chǔ)條件。該項(xiàng)目以實(shí)現(xiàn)3座平臺生產(chǎn)關(guān)停后（不包含ESD-2及以上級別關(guān)斷觸發(fā)的生產(chǎn)關(guān)停）遠(yuǎn)程遙控復(fù)產(chǎn)和電站燃料遠(yuǎn)程切換為目標(biāo)。臺風(fēng)模式升級改造的主要內(nèi)容涵蓋：加強(qiáng)生產(chǎn)流程的遠(yuǎn)程感知，在關(guān)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(guān)斷（Shut Down Valve，SDV）閥增加自動復(fù)位功能；撬裝設(shè)備及關(guān)鍵系統(tǒng)適應(yīng)性改造，如井口控制盤、中控系統(tǒng)、現(xiàn)場控制盤、電氣系統(tǒng)和通信系統(tǒng)改造以及生產(chǎn)運(yùn)營策略調(diào)整等。

1.1 遠(yuǎn)程控制方案

本次升級改造在陸地終端為每個(gè)海上平臺增設(shè)了多面雙屏遠(yuǎn)程客戶端，通過新增交換機(jī)接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。對于以中控系統(tǒng)一臺工程師站作為登錄點(diǎn)而沒有設(shè)置Terminal Server的平臺，是本次遠(yuǎn)程操控改造的難點(diǎn)之一。經(jīng)過方案論證，最終在中控室配備一臺服務(wù)器級別的工作站作為Windows Terminal Server，用于臺風(fēng)模式下陸地終端遠(yuǎn)程操控的登錄節(jié)點(diǎn)。遠(yuǎn)程控制方案，如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)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(gè)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(fēng)模式重點(diǎn)改造內(nèi)容包括兩個(gè)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(guān)斷的所有主閥和翼閥的帶氣動先導(dǎo)功能的手動推拉閥改造為普通機(jī)械式手動推拉閥，以便實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場手動關(guān)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(gè)兩位三通電磁閥，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)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(dǎo)功能的手動推拉閥更換為普通機(jī)械式手動推拉閥，用于現(xiàn)場開關(guān)主閥和翼閥。原井口控制盤中已有一個(gè)用于遠(yuǎn)程復(fù)位和關(guān)斷單井主閥和翼閥的兩位三通電磁閥，在此基礎(chǔ)上每口井新增一個(gè)用于遠(yuǎn)程復(fù)位和關(guān)斷翼閥的兩位三通電磁閥。井口控制盤改造要點(diǎn)，如表1所示。

表1 井口控制盤改造要點(diǎn)

海上平臺寸土寸金，設(shè)備緊湊，井口控制盤單井模塊內(nèi)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(yīng)保證新增防爆接線箱布置位置不得影響現(xiàn)有井口控制盤的操作與維護(hù)空間。

1.3 中控系統(tǒng)改造升級

根據(jù)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(tǒng)邏輯組態(tài)并進(jìn)行邏輯測試，調(diào)整監(jiān)控畫面。對ESD-3/ESD-3A/ESD-4信號關(guān)聯(lián)的電磁閥單獨(dú)設(shè)置遠(yuǎn)程復(fù)位軟按鈕。新增控制信號原則上利用過程控制系統(tǒng)(Process Control System,PCS）、靜電釋放（Electro-Static discharge，ESD）、火災(zāi)報(bào)警和氣體檢測系統(tǒng)（Fire Alarm and Gas Detector System，F(xiàn)GS）和成橇設(shè)備自帶現(xiàn)場控制盤備用輸入/輸出（Input/Output，I/O）點(diǎn)接入，若備用點(diǎn)不足，對相應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容改造。中控系統(tǒng)改造完成后，PCS、ESD和FGS系統(tǒng)的控制器負(fù)載率不得超過60%，控制網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)總線的負(fù)載率不得超過50%。

1.4 撬裝設(shè)備現(xiàn)場控制盤改造

成撬設(shè)備可通過就地控制盤實(shí)現(xiàn)就地啟動、停止等操作。該項(xiàng)目將就地控制盤的啟停信號通過硬線接入中控PCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成撬設(shè)備的遠(yuǎn)程啟停控制。按照設(shè)備遠(yuǎn)程啟停操作需求，核心成撬設(shè)備改造案例如表2所示。

表2 現(xiàn)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(guān)柜安全性和可靠性，設(shè)備遠(yuǎn)程啟停不采用低壓斷路器直接分合閘的實(shí)現(xiàn)方式，在電氣設(shè)備正常的前提下，通過中控系統(tǒng)控制接觸器實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程啟停[4-5]。

塑料外殼式斷路器（Molded Case Circuit Breaker，MCCB）是平臺緊急關(guān)停（ESD-3及以下級別關(guān)斷）觸發(fā)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程復(fù)產(chǎn)，該項(xiàng)目對配電盤進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)斷路器遠(yuǎn)程分合閘功能。經(jīng)過方案比選，改造技術(shù)路線為馬達(dá)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(chǎn)管理系統(tǒng)（Power production Management System，PMS）系統(tǒng)升級改造，需將所有VCB和ACB 的分合閘狀態(tài)、故障狀態(tài)及MCCB回路的電流、功率等數(shù)據(jù)接入中控PCS系統(tǒng)。無接觸器的饋線回路增加接觸器，并將接觸器分合閘狀態(tài)上傳PMS系統(tǒng)。此外，增加PMS遠(yuǎn)程分/合接觸器功能，實(shí)現(xiàn)避臺期間在陸地終端PMS監(jiān)控中心對海上電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視和操作功能。

對于變頻器控制柜改造，將變頻柜關(guān)鍵參數(shù)上傳至中控PCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中控PCS系統(tǒng)對變頻控制柜的SYSTEM ENABLE遠(yuǎn)程復(fù)位功能。

1.6 通信改造

對視頻監(jiān)控未覆蓋的需要遠(yuǎn)程操控的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)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(jiān)控?zé)o死角，同時(shí)根據(jù)增加的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)，在中控室酌情增加監(jiān)控終端。在現(xiàn)有到岸微波帶寬下，為實(shí)現(xiàn)陸地實(shí)時(shí)調(diào)取更多海上視頻監(jiān)控圖像，增加視頻壓縮設(shè)備（每路視頻圖像壓縮比最高可達(dá)1∶8），以減少傳輸CCTV視頻圖像時(shí)所占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬，提升視頻監(jiān)控效果。由于臺風(fēng)期間遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸需求量增加，在臺風(fēng)期間（到岸微波可能會中斷）臨時(shí)租用額外的衛(wèi)星帶寬（最大4 Mb·s-1），用于傳輸控制數(shù)據(jù)和調(diào)取重點(diǎn)視頻監(jiān)控圖像。

2 后續(xù)建議

當(dāng)臺風(fēng)模式生產(chǎn)期間觸發(fā)意外關(guān)停時(shí)，若第一次遠(yuǎn)程重啟失敗，不建議進(jìn)行第二次遠(yuǎn)程重啟生產(chǎn)，除非重啟失敗的原因明確、故障確認(rèn)排查且經(jīng)管理層評估審核批準(zhǔn)。當(dāng)平臺觸發(fā)臺風(fēng)模式生產(chǎn)邊界條件時(shí)，海上設(shè)施應(yīng)主動關(guān)停生產(chǎn)，不得遠(yuǎn)程重啟生產(chǎn)。在實(shí)現(xiàn)臺風(fēng)模式生產(chǎn)常態(tài)化后，應(yīng)加強(qiáng)海上設(shè)施全生命周期完整性管理，確保各類動靜設(shè)備、在線和備用設(shè)備完整可用，加大各種生產(chǎn)管理制度、文件、操作程序、應(yīng)急預(yù)案、P&ID圖以及因果邏輯圖等資料的更新維護(hù)力度。

為確保海上平臺臺風(fēng)模式生產(chǎn)常態(tài)化以及“生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控+維保現(xiàn)場駐扎”的少人化、智能化生產(chǎn)模式的安全，達(dá)到多維度、全覆蓋的監(jiān)測目標(biāo)，建議后續(xù)加強(qiáng)生產(chǎn)工況監(jiān)測、環(huán)境工況監(jiān)測以及應(yīng)急工況監(jiān)測能力。在遠(yuǎn)程操控期間，上下游兩個(gè)串聯(lián)平臺的生產(chǎn)調(diào)度和協(xié)調(diào)可能存在互相影響和相互干擾的情況，應(yīng)充分識別可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，制定應(yīng)對措施，同時(shí)進(jìn)行桌面演練，積累并總結(jié)臺風(fēng)模式生產(chǎn)中的良好作業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化完善臺風(fēng)模式生產(chǎn)常態(tài)化的各項(xiàng)作業(yè)程序。