1海洋油气田中控系统的组成
中控系统是海洋油气田开发工程中的关键环节之一, 也是海上平台的大脑和安全卫士[1]。系统采用集中监视管理、分散控制的方式, 连续监测和控制海上油气田各种生产设施及公用设施的正常运行, 并对可燃气体泄露、火灾等意外事故进行实时监测, 触发报警并根据系统预先设定的逻辑进行处理, 将不安全因素控制在最小范围之内。
通常, 海洋油气田中控系统分为三个部分, 即过程控制系统 (PCS) 、应急关断系统 (ESD) 及火气探测控制系统 (FGS) 。根据多层安全模式的原理, 三者分离设置, 以降低同时失效的概率。三者独立实现完整功能, 并集成为一个网络化的控制系统, 实现数据和人机界面的共享。
2海洋油气田中控系统分析
2.1过程控制系统
过程控制系统基于集散型控制系统 (DCS) 或集散型控制系统与现场总线 (FCS) 结合的控制系统, 对油气田各个设施的压力、温度、流量及液位等参数进行采集检测, 利用PID闭环控制、顺序控制等方式实现对生产过程的监控。在操作站上进行显示和故障报警。具有检测、控制及管理三大主要功能。FCS系统比DCS系统更好地体现了“信息集中, 控制分散”的思想, 具有高度的分散性, 它可以由现场设备组成自治的控制回路[2]。由于各个油气田作业区的情况不同, 既有集中布置各种生产及公用设备的中心平台, 又有小型的边际油田无人平台, 因此控制系统的设计需重点考虑实际应用工况。
2.2紧急关断系统
紧急关断系统是基于安全仪表系统 (SIS) 的控制系统, 为海洋油气田的人员和设备提供保护功能, 能够连续监测工艺过程和公用系统, 并启动相应的报警和逻辑保护功能。
安全仪表系统的设备要求有高可靠性, 其安全完整性等级越高, 系统实现目标安全功能失败的可能性就越低。通常情况下, 海洋石油平台的紧急关断系统通常设置4级关断, 从高到低分别为弃平台关断、火气关断、生产/公用系统关断以及单元关断。每一级的关断可以触发本级别以及较低级别的关断。
2.3火气探测控制系统
火气探测控制系统同样基于安全仪表系统 (SIS) , 用于探测可能发生或已经发生的可燃气体泄漏和火灾事件, 并采取相应的措施以保护人员和设施的安全。系统通过可燃气体探测器、热探测器、烟探测器、硫化氢探测器及手动报警器等报警设备采集火气信号, 触发报警后, 根据系统预先设定的逻辑进行处置。按照国家《固定平台安全规则》的要求, 火气系统应在检测到火灾时执行火灾关断, 火灾关断应导致生产关断, 即关断所有的井上安全阀、打开泄压阀、关断井下安全阀。同时, 消防设施、通信设备、直升机甲板边界灯、障碍灯、雾笛、应急照明及应急发电与供电设备应保持工作状态。
3海洋油气田中控系统的现状与发展
由于多年坚持的对外开放及合作模式, 海洋油气田中控系统一直采用的是国外的设计标准与规范, 使用的产品多为国外自动化公司的成熟产品。
如今, FCS现场总线技术已经广泛应用于诸多行业, 而在海洋石油领域, 过程控制系统主要采用的是第四代DCS技术, 部分海洋油气田则采用DCS与FCS混合的控制系统。虽然目前现场总线的应用范围仍然有限, 但从长远发展的角度来看, FCS将会以其出色的诊断能力、维护检修的方便性、节约电缆成本等诸多优势, 逐步在海洋油气田的控制系统中占有一席之地, 提高系统整体的自动化水平和现场仪表的智能化程度。
目前, 海洋油气田中控系统的国产化程度不高, 所使用的产品多为外国公司制造。近年来, 随着国内自动化领域技术水平的不断提高, 一批国产控制系统产品逐步趋于成熟。浙大中控生产的Web Field系统以及和利时的HOLLi AS MACS系统等, 均在特定领域有着广泛的应用。而在海洋油气田开发相关的液化天然气等行业, 国产DCS系统也已经逐渐崭露头角。在SIS系统方面, 国内产品虽起步较晚, 但近年来, 和利时开发的Hia Guard及浙大中控的TCS-900获得SIL3认证, 填补了国内安全仪表系统领域产品的空白, 也为海洋油气田中控系统整体国产化创造了条件。
在国际形势瞬息万变的今天, 中控系统作为海洋油气田的重要环节, 如过分依赖国外厂商, 一旦国际局势影响到系统软硬件进口, 将直接影响我国的石油能源供应, 从而威胁到社会经济及国家战略安全。因此, 逐步推动国产化是海洋油气田中控系统发展的趋势。
4结语
经过几十年的高速发展, 海洋油气田中控系统的自动化程度得到了显著地提高, 为海洋油气田的安全生产及环境保护做出了很大的贡献。在未来的中控系统规划设计时, 宜注意结合海上油气处理工艺流程、施工建造及项目管理的特点, 选择适合作业区特点的控制系统, 敢于探索和尝试, 不断改进, 不断创新, 推动国产化进程, 以适应海洋油气田中控系统日益显著的智能化、数字化、信息化、网络化发展趋势。
摘要：在当前能源需求日益增长的形势下, 海洋石油成为石油产业的重要组成部分。作为海洋油气田的核心系统, 中央控制系统是是实现海上油气田生产自动化的核心设备。本文阐述了海洋油气田的中央控制系统的组成, 研究各个系统的应用特点, 重点分析了应用现状与发展趋势。
关键词：海洋石油,中央控制系统
参考文献
[1] 《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程电气·仪控·通信设计[M].北京:石油工业出版社, 2007:315-316.
[2] 高敏, 夏安邦.对PLC、DCS、FCS三大控制系统特点和差异的探讨[J].应用能源技术, 2008, 11:42-45.