原油集输自动化系统优化改造

沈中华 辽河油田兴隆台采油厂

原油集输自动化系统优化改造

沈中华 辽河油田兴隆台采油厂

针对现行原油集输处理系统运行过程中所存在的问题，结合现实需求，对原油集输处理系统、设备设施流程自控系统进行相应的调整和改进，确保各个环节的协调性及有序性；改善事故紧急处理系统，发生现场事故立即报告事故地点和原因，按照层级自动切断相应生产流程，防止事故和环境污染扩大化；强化不同岗位操作人员之间的快速准确连接，为生产及管理创造便利条件，最大限度地确保生产操作的安全性与稳定性。

原油集输；自动化系统；优化改造；系统升级

1 存在的问题

委内瑞拉MPE3区块是中国石油拉美公司下属管理项目区块，采用的是整装油田的自动化系统。MPE3项目合同区位于世界著名的奥利诺科重油带东端Carabobo（原名Cerro Negro）油田范围内，采用稠油掺稀生产方式。油田随着开采时间的延长，单井采出油中的含水率越来越高，新井投产越来越多，集输系统经历了含水、处理液量和系统压力波动剧烈，设备满负荷处理等一系列生产阶段。

原油集输系统自动化系统存在一定的局限性，所存在的问题和不足主要体现在：自动化运行控制方案简单，集输系统运行状态不够稳定，操作过程复杂，工作任务重，系统效率不高，不能很好地解决集输系统上的各种控制管理问题；事故处理紧急停车系统不够完善，参数简单，实用性差；自动报警功能不完善，多数紧急状况无法及时通知相关工作人员；系统节能效果不够理想，资源浪费问题依然严重，不能实现最优控制；生产数据流通性不强，无法实现数据资源有效共享；流程切换自动化控制程度低，人工操作比重依然较大；自动化水平参差不齐，缺乏统一标准，从而在一定程度上加大了管理难度。

2 改造优化方案

针对现行原油集输处理系统运行过程中所存在的问题，结合现实需求，对原油集输处理系统、设备设施流程自控系统进行相应的调整和改进，确保各个环节的协调性及有序性[1]；改善事故紧急处理系统，发生现场事故立即报告事故地点和原因，按照层级自动切断相应生产流程，防止事故和环境污染扩大化；强化不同岗位操作人员之间的快速准确连接，为生产及管理创造便利条件，最大限度地确保生产操作的安全性与稳定性；利用过程控制系统和信息管理系统的紧密结合，实现控制和管理一体化，减轻员工任务负担，有效节约能源，优化生产效率，促进原油集输处理系统生产能力及管理水平的进一步提升[2]。

2.1 实现原理

建立原油掺稀动态模型、油气分离数学模型、电脱水脱盐数学模型、罐位与泵流量的对应线性关系、集输系统多变量约束动态矩阵，以及设备设施工艺安全参数和流程事故故障树层级对应关系等[3]。

在自动化系统原有装置基础上增加自动远程控制设备及测量设备，系统流程增加快速闸门、气动或电动闸门及报警监测检测装置；测量参数在原有温度、压力、液位、流量等基础上，增加新的测量参数，如油罐在液位及界面的基础上增加罐壁温度、等高压力、上下限液位报警等；加热炉在燃烧用天然气压力和流量、原油进出口压力和温度基础上，增加烟囱出口氧气含量、烟囱出口温度、进风板自动控制装置等；电脱水脱盐器在原油压力、流量、油水界面的基础上，增加温度、电流梯度、电压梯度、含水梯度检测等；系统流程改造时加装可远程操控的气动或电动调节阀及快速闸门；密闭场所加装可燃性气体报警器和烟雾报警器；关键场所如罐区和密闭压力容器区域加装红外温度报警器。

原油集输处理系统自动化改造优化方案中绝大部分防爆等级属于二级防爆场所，防爆等级为EX（ia）IIBT4。

2.2 安全措施

通过压力传感器、温度传感器及可燃气体传感器的探测，可以使HSE自动化系统在对比预先设置的安全系数之后，判断当前的压力数值、温度数值及可燃气体在空气中的浓度是否已经超出了安全范围，按照层级实施自动紧急停车系统，对流程进行自动切断、切换，以及喷淋降温、泡沫灭火等多种有效消防安全措施。控制室的显示器可以实时显示报警信息；控制系统通过中控室设定数据程序，在相关数值达到或超出极限值的情况下同时发出声光警报信号，基于3G移动网络的信号发送站向安全管理员以及部门负责人进行短信报警，便于相关工作人员在第一时间采取有效处理措施，将故障所导致的不利后果控制在最低限度。

2.3 设备情况

（1）检测仪表。用来检测压力、液位、界面、温度及含水等相关数值的检测仪表。

（2）主控设备。系统主要由站控系统、调度控制中心主计算机系统（主站）和数据传输通信系统三大部分组成。站控系统主要由远程终端装置RTU/PLC、站控计算机、通讯设施及相应外部设备组成，具有独立运行的能力，实现了仪表、电气、数据处理、外部通讯及远程操控的有效集成；数据传输系统以脉冲方式，借助相应的输入模块、模拟量输入模块、热电阻输入模块、开关量输出模块等将数据向普通端子底座模块进行传输，再利用光缆和无线传输方式实现站控系统与主站的局域网连接。系统对不同的应用型软件（如控制类、检测类、操作类、诊断类、图形绘制类、数据打印类）均可兼容，既可以独自应用，也可以与其他系统配合，对系统大小无特殊限制。纠错系统拥有自动诊断性能及模拟操作功能，在诊断过程中一旦发现异常状况会自动进行处理；系统配置有完全冗余模块，可有效防止系统因站点故障出现崩溃现象，确保了系统的容错性能。

（3）电源选择。系统涉及直流电源及交流电源两种电源类型：其中直流电源选择的是线性、24 V、额定电流5 A的直流电源；交流电源借助净化电源、UPS及其电池通过串联方式组建交流供电系统。一旦出现外供电源停止供应的突发状况，UPS便会在第一时间将UPS电池组启动，此时该原油集输处理系统的电源主要靠UPS电池组后备电源来供应。一般情况下，后备电源供电时长都在8 h以上，最长可以达到24 h。

3 系统优化改造效果

（1）集输处理工艺水平显著提升。升级改造之后的原油集输处理系统可以根据实际需求自动控制油气分离器、电脱水脱盐器和污水净化系统。通过精确控制缓冲罐出口泵排量、气液界面、油水界面等参数，确保分离处理设备受到的液量、含水率和压力的波动减缓到可控范围以内，始终保持良好水平，实现对油气分离和油水分离的有效控制，提高处理原油的精度。借助站控系统与主站进行数据传输，可以远程监视与控制设备的操作情况，实现全油田各个生产系统的统一监督与管理。

（2）安全性及稳定性显著提升。系统针对的是原油集输处理系统全过程，系统以事先设定的预警值为主要参考和依据，一旦发现越值突发意外状况便会及时通过声音、光线或者图像等不同方式发出警报，这样可确保相关工作人员在第一时间采取有效应对措施，将损失控制在最低限度；也可根据实际情况及现场需求，采取人为手动方式进行报警上限及下限的设置；对各类异常突发状况，还可自动将警报及相关数据进行存储，便于开展事故分析时进行调取，提供准确资料，大大提高了灵活性及便捷性，有效降低了相关人员的劳动强度。

（3）自动化生产管理性能显著提升。系统可及时将信息反馈给操作人员，可更加准确地掌握生产过程中每一环节的生产情况，生产操作的自动化性能有了显著提升，操作更为简便，大部分操作仅坐在中控室即可完成，操作人员的任务负担大大降低；与生产直接相关的人员数量也大大减少，仅需要值守人员、生产设备维修人员及自动化设备维修人员，且后两种维修人员可进行全油田的维修任务。

（4）系统运行效率显著提升。通过对系统升级改造，系统总体运行效率大大提升，对于系统运行相关参数可以根据实际需求进行调整，确保生产集输系统运行效率保持最佳状态；报表数据管理功能能够自动存储各个操作环节所涉及的全部数据，且能够对格式进行更改，根据实际需求将所保存的相关数据显示或者打印出来，通过计算机可以连接任意以太局域网通讯接口，对实时数据和历史数据进行查询，根据账户操作权限可以进行远程管理，相比之前的工作方式，工作效率显著提升。

[1]段忠军．当前油气集输处理工艺发展现状及前景分析[J]．科技创新与应用，2013（2）：45-46.

[2]薛鹏飞，初立国，张川，等．原油集输脱水处理工艺优化措施探析[J]．辽宁化工，2013（5）：76-78.

[3]曾昭英，周峤，吴新果．原油集输系统能耗分析软件开发与应用[J]．科学技术与工程，2012（2）：90-95.

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.033