“长青”号FPSO船控台系统并入中控系统研究

李丽年　马 磊

（中海油能源发展油田建设工程设计研发中心 塘沽300452）

“长青”号FPSO船控台系统并入中控系统研究

李丽年马 磊

（中海油能源发展油田建设工程设计研发中心 塘沽300452）

在“长青”号FPSO系统改造中，首次将船控台系统并入中控系统。根据船控台系统特点，将过程控制系统、紧急关断系统和火气系统分别并入中控系统中，最终可通过中控系统统一动态显示生产流程、主要工艺参数及主要设备运行状态，以声光报警形式显示FPSO生产和安全的异常状态，并定期打印生产报表。在发生事故的情况下能确保FPSO人员和生产设施的安全，防止环境污染，将事故造成的影响限制到最小,并能及时准确地探测到可能发生或已经发生的火情或可燃气体泄漏，采取相应的安全措施(如报警、关断、消防等)，以保护FPSO人员和设备的安全。

FPSO；船控台；中控系统；控制方法

引 言

“长青”号FPSO原服役于渤中34-2/4油田，现为投产的渤中28-2南油田使用，并更名为“海洋石油102”。将FPSO中原有的船控台系统并入中控系统设计， 就是在“长青”号大修改造的背景下，为解决“长青”号原有中控系统控制功能分散而提出的一套全新的解决方案。渤海“长青”号FPSO中控盘系统位于浮式生产储油装置的中央控制室内，它的作用主要是便于集中监测和控制。在控制室内，除了船本身的控制盘外，工艺部分是由后期新增仪表控制盘部分组成。就浮式生产储油装置工艺生产系统而言，为保证其安全生产和产品质量。其仪表控制系统由自动检测系统、报警指示系统、自动调节系统和应急关断系统共同组成。它们既相互独立，又相互联系。

1　船控台系统并入中控系统的具体实施方案

在此次改造中，“长青”号的中控系统按照控制功能的不同，分为生产过程控制系统、紧急关断系统和火气系统三个系统。其中，用于全船工艺生产流程参数监控、状态显示及报警的控制系统，称为生产过程控制系统（Process Control System， 简称“PCS”）；用于全船工艺生产流程参数异常工况下紧急关断相关设备以排除险情、降低损失的控制系统，称为紧急关断系统（Emergency Shutdown System， 简称“ESD”）；用于探测全船火灾或可燃气体泄漏情况，并对之采取相应消防措施的控制系统，称为火气系统（Fire and Gas System， 简称“FGS”）。这三个系统既相互独立（每个系统都有自己独立的控制器），又相互联系（各控制系统之间可通过上部网络相互通讯）。将船控台系统并入中控系统，便是将船控台上的IO点位按照功能不同分别纳入中控的PCS、ESD和FGS系统，从而形成一个有机整体，实现全船的集中控制［1-3］。

1.1船控台系统并入中控PCS系统方案

（1）将船控台系统中与船体设备状态显示、报警及启/停控制有关的信号点并入中控PCS系统，在具体实施过程中，首先要注意的一点是：原有在船控台进行设备运行状态显示的指示灯或用来控制设备启/停控制的按钮，往往是从MCC（Motor Control Center， 马达控制中心）过来的有源触点信号，这些信号通常无法直接并入中控系统；其次，还需注意的一点是：某些原本在船控台监控的大型成撬设备在改造过程中如要求更新PLC（Programmable Logic Controller， 可编程逻辑器）控制，可考虑将原有在船控台硬线监控的信号点改为RS485信号上传至中控PCS显示。

（2）在将船控台系统并入中控系统的过程中，面临的首要难题就是，原本在船控台进行状态显示的一些风机和泵类等的运行指示信号，在船控台全为指示灯，指示灯的电源由电气MCC直接提供；而且，原有船控台上一些控制设备（如风机或泵类等）启/停的控制信号，也是直接以按钮的形式串在电气MCC的控制回路里的。如果将这些信号点直接并入中控系统，由于现场过来的信号不是纯粹的干触点信号，而是有源触点信号，就有可能烧坏中控的IO卡件。

针对这个问题，首先确定出原有船控台上与电气相关的信号点中哪些信号为有源触点信号，经现场调研，在确定下来的原船控台有源触点信号点中，有一部分信号点在MCC是有与之功能相近的备用干触点的（如部分风机或泵类的运行指示信号），对于这些信号点，将其原有的有源触点信号点改为干触点形式，信号可直接并入中控。而另外一些无法改为干触点的有源触点信号，通过在中控增加隔离继电器的办法予以解决。

（3）在将船控台系统中的有关信号点并入中控PCS系统的过程中，面临的另外一个问题便是某些原本在船控台监控的大型成撬设备，如热介质锅炉，在船控台上保留了大量的硬线信号（共24个，其中不包括ESD应急关断点），这些信号大多是与热介质锅炉状态指示、操作指示及相关工艺参数显示相关的信号，如果直接并入中控系统，势必会占用中控系统相当数量的IO通道；而且，在此次长青号改造中要求热介质锅炉更新为PLC控制，如果将热介质锅炉原本在船控台的硬线信号（ESD点除外）照搬并入中控PCS系统，热介质锅炉更新PLC控制的优势也就无法充分发挥。

鉴于以上两点，现推出一种将热介质锅炉原本在船控台的硬线信号（ESD点除外）通过RS485上传至中控PCS显示，在ESD系统保留热介质锅炉硬线应急切断的改造要求，并确保热介质锅炉PLC与中控PCS的RS485通信协议一致。以上方案的实施省去了热介质锅炉原本在船控台系统的很多硬线，也省去了中控PCS系统的很多卡件，更重要的是，它使得热介质锅炉与中控的界面畅通和清晰（2台热介质锅炉、2台PLC、2根RS485通讯缆和2个ESD硬线，仅此而已）。以上改造方案符合现行大型成撬设备的设计理念：整个撬块采用就地盘控制，少数重要信号采用硬线上传，其他参数采用RS485信号上传，中控与现场就地盘之间仅通过少数的几根硬线和1根RS485通讯缆便可建立起稳定的信号传输和监控功能。

1.2船控台系统并入ESD系统方案

船控台系统中与设备紧急关停相关的信号点，需要并入ESD系统。在将信号点并入ESD系统的过程中，尤其要注意的一点是要保证中控提供的ESD触点形式与现场设备需要的触点形式相一致。按照现行的设计理念，ESD系统给出的关断点通常为常闭点，系统动作时，触点断开，关断设备。这样，即便在线路发生断路的情况下，ESD系统也可立即关断相应设备，从而保证了系统关断的安全性，即故障安全性设计。

“长青”号船控台系统并入中控ESD系统的主要关断点有热介质锅炉的应急关断点、蒸汽锅炉的应急关断点以及外输总关断阀（CV-76阀）与2台原油外输泵和2台扫舱泵的联锁关断点等。其中，原油外输主干管线的应急关断阀CV-76阀与机泵舱两台原油外输泵及2台扫舱泵的联锁关断，简称为“CV76阀与4台泵联锁”。该联锁逻辑要求原油外输时首先打开CV-76阀，在该阀未打开的情况下，外输泵和扫舱泵均不能启动；同时要求外输结束时，CV-76阀和外输泵/扫舱泵要全部关断。

针对以上逻辑，阀门遥控台中用于控制CV-76阀关断的电磁阀要求中控为之提供1路24V DC、1.5A的供电电源，且在正常情况下，要求该路电源不带电；当需要关断CV-76阀时，中控带电，为电磁阀供电，即可关断CV-76阀，即要求CV-76阀的关断按常开回路设计。将中控关断CV-76阀的输出改为有源（24V DC，2A），常开输出，从而顺利地解决了CV-76阀的关断问题。至于4台泵（2台原油外输泵和2台扫舱泵）的紧急关停，原本是通过船控台在电气高压盘上实现的，要求为常闭触点，与现行设计理念相一致，为安全起见，在中控端加隔离继电器后，可直接并入中控ESD系统。

1.3船控台系统并入火气系统方案

船控台系统中，与火气消防相联系的信号点需并入火气系统，主要有应急关断风机和油泵的5路关断信号（生活楼1路，ES1；泵舱1路，ES2；生产甲板1路，ES3；机舱1路，ES4；厨房1路，ES5）以及与消防相关的泵类（1台主泡沫泵FPUX-801P、1台舱底消防泵FPU-P-231、2台电动消防泵FPU-P-800A/B和1台柴油消防泵FPU-P-800C）启/停控制信号。

由于此次改造中要求仪控系统升级更新，配电系统也要求进行维修且按原功能恢复，所以要提前确认电气实际需要的触点形式及容量，确认好中控方面能否满足其要求，并着重协商解决双方不能兼容的一些问题。此次改造中，关于泵类的启/停控制以及对于风机和油泵的关断接口，兼容性满足要求。

船控台系统并入中控系统的控制框图见下页图1。

2　创新点

将FPSO的船控台系统并入中控系统，实现由中控系统统一监控的控制理念，既打破了以往FPSO设计中将船体控制部分与工艺生产控制部分分开设计、分开控制的格局，又与现行海上大规模油田控制系统中由中控实现统一监控的设计理念相吻合，可以说是基于以往FPSO设计理念上的一次突破［4-5］。

图1　“长青”号FPSO中控系统改造框图

3　经济效益

将船控台系统并入中控系统，既实现了中控系统的集中控制，又节省了因更新、维修整套船控台系统而产生的大量费用。将船控台系统并入中控系统而引起的费用增加，主要体现在中控系统因引入船控台系统中的相关点位而引起的IO点数的增加，相对于船控台维修而产生的大笔费用而言，此项成果的经济效益是不言而喻的。

4　结 论

文中所提方案是将“长青”号FPSO船控台并入中控系统，并与单独升级船控台系统相比较后得到如下结果：

（1）实现船控、中控的统一控制，增加控制的可靠性；

（2）淘汰船控台原有老旧控制系统，提高了控制的安全性；

（3）对于浮式生产储油轮改造系统，实现中控的高度集中控制；

（4）省去更新、维修船控台费用，提高项目经济效益。

在满足规范标准的前提下，在项目具体实施过程中，针对实际遇到的复杂工况进行优化处理，成功实现“长青”号船控台并入中控系统。

［1］ 胡寿松.自动控制原理［M］.第4版.北京：科学出版社.2001.

［2］ 吴鑫，刘俭飞，姜明军，等. OPC UA技术及其在海上采油平台的应用［J］. 自动化与仪表，2011（12）：33-36.

［3］ 何衍庆.集散控制系统原理及应用［M］.第3版.北京：化学工业出版社.2009.

［4］ 高志刚. 海洋石油平台控制系统概况与分析［J］. 科技传播，2010（19）：99-121.

［5］《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程设计指南［M］.北京：石油工业出版社， 2007.

On integration of control console system into central control system for Changqing FPSO vessel

LI Li-nian MA Lei
(CNOOC Energy Technology & Services-Oilfi eld Construction Engineering Co. Research & Design Center, Tanggu 300452, China)

During the reformation of Changqing FPSO system, the control console system has been integrated into the central control system for the first time. According to the characteristics of the control console system, Process Control System, Emergency Shutdown System and Fire & Gas System are incorporated into the central control system. Finally, the central control system can dynamically display the production process, main technology parameters and operation condition of main equipments, show abnormal situation of production and safety of FPSO in the form of sound and light alarm, and print production report regularly. At the time of accident, this system can ensure the safety of staff and production facilities on FPSO, prevent environment pollution, minimize the harmful effects of the accident, and timely and accurately detect fire or combustible gas leakage that possibly or already occurred. Then, the corresponding security measures can be imposed to protect the staff and the equipments on FPSO, such as alarm, shutdown, fi re protection, etc.

FPSO; control console; central control system; control method

TP273

A

1001-9855（2015）02-0090-04

2014-09-02；

2014-09-30

李丽年（1983-），男，硕士，工程师，研究方向：仪表设计。马 磊（1988-），男，硕士，助理工程师，研究方向：仪表设计。