输油气管道自动化系统控制器的应用

张叶学

【摘要】本文主要探讨输油气管道自动化系统常用控制器。

【关键词】输油气；管道自动化系统；控制器

【Abstract】This article focuses on oil and gas pipelines automation system commonly used controllers.

【Key words】Transport of oil and gas；Pipeline automation system；A controller

一般来说，油气田及管道自动化技术的基本内容就是采用合适的自动化设备对生产过程进行监测、分析和控制。以油田生产为例，一般包括采油、注水、集输、油气水处理和油气储运等几个过程二这些过程的完成首先需要借助于安装在油水井、采注计量站、接转站、脱水站、含油污水处理站、原油稳定站、天然气处理站、注水站、油库中的工艺设备以及连接这些站间的管线来实现，但要很好地完成生产任务仅靠这些工艺设备还是不够的，还需要有各种自动化设备以及生产的操作和管理人员。

1. 管道自动化概述

由于输油管道多为长距离输油管道，一般管径大、运输距离长。有些管道要经过自然环境恶劣、交通不便的地域，人工管理劳动强度大、成本高、效率低、稳定性不好，特别是随着现代社会对能源依赖程度的提高，使输油管道承担的任务加重，迫切地需要提升自动化水平。同时，随着计算机技术、自动控制技术、通信技术等现代科技的飞速发展及广泛应用，自动化技术不断成熟，自动化设备性能稳定、价格下降，自动化进人输油管道已成为可能。可以预见，随着当代科学技术的飞速发展和人们对输油管道自动化日益迫切的要求，输油管道自动化水平会越来越高。

2. 输油气管道自动化系统及其控制

管道自动化和控制涉及仪器仪表、阀门、泵和压缩机等各种设备。通常，管道系统通过泵或压缩机实现长距离输送油品或天然气。我们也可以通过控制阀门来开通或隔离管道以实现维修或应对紧急情况，也可以通过控制阀门来控制压力。设置计量站则可以对管道运行进行监测。

2.1管道和阀门的监测和控制。

（1）采气厂、气田、油田、炼油厂、储存设备等地方是管道系统的供应源，通过调节源头的输油（输气）量可以达到控制管道的目的，这就是对管道最基本的控制。然后，管道输送公司依据合同方案中委托的输送量来控制管输量和流速，以确保管道输送量与下游客户接收量能够保持一致。对于供应源来说，维持方案规定的管输系统的管输流量是其首要任务，当然管道输送公司也可以使用控制阀来控制管输压力。

（2）另外一种控制管道的方式就是通过阀门作业可以隔离管道段或开启管道段。这种控制方式是利用SCADA监控和数据采集系统对指定部位的阀门进行开关作业从而实现指定管道段的通断。目前，国际上先进的管道系统都使用了干线截断阀自动化技术，这种技术可以保证在出现管道泄漏或断裂时该段干线管道能及时关闭，从而避免出现重大的安全事故。

（3）流量、压力以及温度是管道系统自动化所监测的三个基本物理量。而对于液体输送管道来说，泄漏检测、批量跟踪和油罐储量这几个参数则值得关注。

2.2泵站、压缩机站的监测和控制。

（1）对于大多数管道来说，对流量和压力的控制主要是通过控制泵或压缩机的开关来实现的。为了实现这一点，SCADA系统作业员首先要设定好设备启动或关闭的指令以及控制的参考设定点，然后发出设备启动或关闭的指令就可实现对管道流量和压力的控制。

（2）在液体管道上，泵通常是由恒速电动机驱动的，这也限制了SCADA系统作业员对管输量的灵活调节。基于这个原因，泵站设置了多台机组。这样可以通过泵机组串联克服摩擦损失，而作业员就可以通过泵机组并联实现对管输量的灵活调节。

（3）大部分管道压缩机是由燃气轮机或往复式压缩机提供动力的，这些设备可以灵活地控制排出压力和流量。大部分压缩机站都采用并联方式，串联只用于需要高压头的情况。

2.3计量站的监测和控制。

2.3.1在SCADA系统中，计量站主要是一个信息显示终端。它们提供的计量信息用于对管输量的控制和监测，几乎很少用于管道系统的实际控制。

2.3.2近年来，在固定输油管道SACADA系统中，常常使用PLC（可编程序逻辑控制器）来代替RTU作为控制器。

2.3.3远程控制中心的主要功能是支持整个固定输油管道的操作运行，包括主计算机、本地网络、通信处理机。控制中心的主计算机对所有泵站的主要工艺参数进行监视、控制和数据采集，其主要功能有：（1）通过通信通道向各个RTU采集主要工艺参数及运行状态；（2）向各被控泵站发送控制指令，通过泵站控制系统执行完成；（3）运行参数、状态显示、动态趋势显示、历史趋势显示、模拟流程显示；（4）运行事件、资料存储、记录；（5）运行报表打印、事故状态报告打印；（6）数据处理；（7）系统故障检测、报警，工程应用开发研究，模拟培训；（8）系统重新组态；（9）管道模拟系统工作管理。

3. 输油气管道自动化系统的控制部分

3.1硬件结构。

3.1.1管道系统自动化和控制所使用的硬件很多，这些硬件一方面要有高性能，另一方面要能相互兼容。目前，硬件在性能、数据存储、显示和用户接日技术方面发展很快，并且在未来将继续保持这种快速的发展。

3.1.2以前，不同的管道公司使用不同厂家的硬件，这些硬件不能互相兼容。随着计算机技术的发展和行业标准化的形成，如今大多数J一家的硬件都是按国际上通用的工业标准制造的，所以能够相互兼容、相互通用。因此，SCADA系统也从只具有唯一的SCADA应用程序的单一网络发展成为建立在国际通用的IT标准并与公司应用程序互联，能够供有资质的用户使用的安全网络。四个层次分别是现场、远程通信、SCADA系统和企业。

3.1.3实时服务器采用一种从RTU获得数据的远程通信方一式。实时数据包含在“运行”服务器中，该服务器存储最新的实时数据，并有备用服务器。另外一种服务器用于储存历史数据库和软件应用程序。用户与计算机间互动的网络方式有：（1）高速局域网（供SCADA作业员使用）。（2）广域网（供公司外部业务使用）。（3）企业内部网（供公司员工使用）。（4）互联网（供客户和其他利益相关团体使用）。SCADA系统层是一个高速局域网，通过防火墙与企业层分离来保证其安全。为了实现可靠性，通过采用冗余网络和双智能冗余开关及网络卡在网络中建立了安全可靠的通信。

3.1.4现代网络技术可以实现集散型硬件系统的可靠运行。一般除了主要的控制中心外，还可以建立卫星控制中心以备用。这样，在主控中心发生问题时备用控制中心就可以代替主控中心。管道自动化系统可实现对输油过程中管道及泵站设备的监测控制及数据采集，系统主要由两部分组成：输油泵站自动控制系统及调度中心的全线输油状态监测及数据采集系统。

3.2软件结构。

软件同样也从技术发展和标准化中获益。应用三级结构最为常见。这三级分别是：（l）管理数据库引擎的数据层。（2）提供企业规则的功能过程层。（3）向用户界面显示结果的显示层。因为这些层之间存在标准接口或中间件，新某一层的元件。典型SCADA软件结构IT和SCADA系统主要采用n级结构，其中所以可以在不影响其他层的情况下升级。调度控制中心计算机系统的服务器是计算机系统的核心，运行各种软件，采集各站的过程数据；担负整个系统的实时数据库和历史数据库的管理、网络管理等重要工作。为提高可靠性，主要的服務器采用冗余配置。其性能应适合工业用硬件和软件的标准，应具有容错和自诊断能力。

参考文献

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