一种低压先导控制高压驱动模式的成功应用

＊张 勇

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司 广东 524057）

一种低压先导控制高压驱动模式的成功应用

＊张 勇

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司 广东 524057）

在涠洲11-4N油田建立投用之前，涠洲11-4NA井口平台生产的原油经过海底管线输送到涠洲11-1A中心平台集中处理（涠洲11-4N油田建立投用之后，输送到涠洲11-4NB平台集中处理），其下海管紧急关断阀门SDV-31501由于控制方式的简单局限性，出现过多次开关不及时、不到位等故障现象，维修频次较高。在公司降本增效的大环境下，为降低维修成本，深入分析其原因，对其控制方式进行了改造优化，在其原有基础上改良设计出了一种“低压先导控制高压驱动”的新型控制方式。

电磁阀；关断阀；接口阀

1.引言

如图1所示，在涠洲11-4N油田建立投用之前，涠洲11-4NA平台是涠洲11-1油田的边际井口油田，其日常生产的原油经过井口控制盘、多路阀(W3-MSV-1201/1202)、多相流量计(W3-MFM-1301)等生产设备后，经过紧急关断阀SDV-31501，下海管输送到涠洲11-1A中心平台集中处理。在正常生产情况下，工艺状况稳定，压力平稳，关断阀SDV-31501处于完全打开状态；在异常情况下，关断阀SDV-31501要及时关闭到位，快速切断外输工艺流程，保护生产设备和外输海管。

图1 W11-4NA平台原油生产流程图

如图2所示，由于涠洲11-4NA井口平台生产空间有限，平台上并没有配置生产控制专用仪表气的独立空气压缩机设备，下海管关断阀SDV-31501就设计采用液压驱动力控制，其阀门执行机构的压力源取自生产井口控制盘的12Mpa液压油驱动力，直接由中控24VDC直流电压供电的两位三通电磁阀控制，从而实现此关断阀SDV-31501的正常打开和异常关闭。近年来，由于控制方式的简单局限性，关断阀SDV-31501陆续出现过开关不及时、不到位等故障问题，维修频次多高，影响正常生产和设备安全，存在安全隐患。在此背景下，提出了对原有控制方式的优化设计要求，力求消除不安全隐患。

图2 SDV-31501液压驱动液压源

2.原有控制方式简介

如图3所示，来自井口控制盘的20Mpa液压油源，经过减压阀减压后，压力下降为12MPa，再经过来自中控24 VDC直流电压供电的两位三通电磁阀控制，从而实现关断阀SDV-31501的正常打开和异常关闭。正常生产时，24V电磁阀得电，1、2端接通，3端被堵住，12Mpa的液压压力直接去驱动关断阀SDV-31501，此时关断阀打开；当需要切断时，24V电磁阀掉电，1被堵住，2、3端口接通，液压油回流到井口控制盘液压油箱内部，此时关断阀SDV-31501关闭，关断阀SDV-31501的开关受控于中控ESD系统逻辑输出有源24V电磁阀的通断。

图3 原有控制方式原理图

3.存在的弊端

上述控制方式在短时间内能够运行正常，但是随着时间的推移和环境的变化，尤其是在海洋石油环境恶劣的现实状况下，控制用的24V电磁阀直接连接液压源，电磁阀线圈受高压挤压、杂质腐化等环境因素影响，经常出现垫圈老化损坏，密封不严，压力泄漏，这样就很容易产生关断阀SDV-31501突然故障关闭，以及生产应急要求关停时不能快速泄压及时关闭到位等风险，种种故障的存在，近则影响正常生产及产量目标，远而影响设备安全，弊端相当明显。

为了有效规避风险，对近年来出现的故障问题进行了统计，分析了可能产生的后果，主要有以下几类情况。

第一、控制关断阀SDV-31501的电磁阀密封垫圈脱落，密封不严，液压油泄漏，控制压力不足，在正常生产时，压力不足会引起突然出现关断阀故障关闭，导致生产和测试管汇压力急剧上升，造成W11-4NA平台整体生产关停，生产工况波动，甚至影响下游用户涠洲11-1A平台的正常生产，缺点明显，这种现象出现过多次，但因发现及时，处理得当，尚且没有造成严重后果。

第二、控制关断阀SDV-31501的电磁阀密封垫圈脱落，密封不严，在紧急情况下，需要应急关停，中控ESD系统要求紧急关停，PLC程序发出关断指令，电磁阀断电，但是该阀门不能及时全部关断到位，未能阻断生产工艺流程，下海管压力急剧上升发生压力高报警，再继续上升则发生压力高高关断，导致W11-4NA平台单井采油树和电潜泵关停，整体生产关停，情况严重的话，甚至憋坏海管，造成原油泄漏，污染海洋环境，存在安全隐患。

4.解决方案

考虑到控制方式的稳定性和安全性，在原有基础上，增加了一路N2控制气路，两个三通选择阀，和一个液压接口阀，改良优化后，由24V低压电磁阀控制接口阀的通断，接口阀再去间接控制液压驱动力，最后去实现紧急关断阀门SDV-31501的全开和全关，同时两个三通选择阀，组成手动与自动模式切换，形成了一种典型的“低压先导控制高压驱动”模式，该新型控制方式提供了一种切实可行的技术方案，能够彻底解决关断阀SDV-31501故障关闭和应急不能关断到位的问题。

如图4所示，改良优化后的这种“低压先导控制高压驱动”控制方式，在正常生产条件下，先导低压源采用0．8 Mpa的低压N2源，24V电磁阀得电，端口1、2端导通，3被堵住，使接口阀的控制端得到0．8Mpa气源，进而接口阀的4、5端导通，6被堵住，接口阀出口液压源经过选择阀A和选择阀B去控制关断阀SDV-31501的打开和关闭。同时增加手动/自动控制功能，具体控制如下：

图4 “低压先导控制高压”设计原理图

(1)当24V电磁阀得电，端口4、5连通，端口6被堵住，选择阀A打到自动位置，端口8、9连通，端口7被堵住，选择阀B打到开阀位置，端口10、12连通，端口11被堵住，自动开阀控制；

(2)当24V电磁阀掉电，端口5、6连通，端口4被堵住，选择阀A打到自动位置，端口8、9连通，端口7被堵住，选择阀B打到开阀位置，端口10、12连通，端口11被堵住，自动开阀控制；液压油回流到井口控制盘邮箱；

(3)当24V电磁阀得电，端口4、5连通，端口6被堵住，选择阀A打到手动位置，端口7、9连通，端口8被堵住，选择阀B打到开阀位置，端口11、12连通，端口10被堵住，手动开阀控制；

(4)当24V电磁阀得电，端口4、5连通，端口6被堵住，选择阀A打到手动位置，端口7、9连通，端口8被堵住，选择阀B打到关阀位置，端口10、12连通，端口11被堵住，手动关阀控制，液压油回流到井口控制盘邮箱。

可以看出，改良优化后的这种“低压先导控制高压驱动”设计非常人性化，既能自动控制，同时也能紧急手动控制；液压油也不至于泄漏在大气体中，直接回流到井口控制盘液压油箱内，重复利用，非常安全，同时节能环保，不会造成环境污染。

5.效益分析

综上，本次改良优化后“低压先导控制高压驱动”新型控制原理与“弱电控制强电”的电气控制原理有异曲同工之妙，巧妙地实现了典型的低压控制高压。即主要采用低压先导气源间接控制高压液压驱动，从而供给关断阀SDV-31501的液压驱动力，系统的结构简单，能够实现快速实现自动或手动打开及开启关断阀。经过改良优化后的这种“低压先导控制高压驱动”控制模式，具有氮气用量少、控制稳定性高、成本相对低、安全可靠性强等显著优点投入实际应用以来，持续观察，起到了立竿见影的效果,大大增强控制安全可靠性，彻底消除安全隐患，充分保证生产的稳定性和人员设备的安全性，值得借鉴和推广。

[1]王树青.《自动化与仪表工程师手册》.化学工业出版社.2010.

[2]胡寿松.《自动控制原理》.科学出版社.2007.

[3]陈昶.《涠洲11-1油田维修手册》.2009.

[4]《涠洲11-4N油田项目开发完工文件》.2008.

张勇（1985～）男，中海石油（中国）有限公司湛江分公司，研究方向：海洋石油。

((责任编：李燕)

Success Application of the Pattern--Low-pressure Forerunner Controlling High-pressure Driving

Zhang Yong

(Zhanjiang Branch Office, CNOOC(China) Co., ltd, Guangdong, 524057)

Before the building and putting into operation of Weizhou 11-4N oilfield, the crude oil produced by Weizhou 11-4N wellhead platform is transported to Weizhou 11-1A platform by subsea pipeline for centralized processing(After the building and putting into operation of the Weizhou 11-14N oilfield, it is transported to the Weizhou 11-4NB platform for centralized processing), and its urgent close-off valve SDV-31501 of subsea pipeline has many times of faults, such as the belated and improper on-off,because of its simple controlling methods so that to cause many times of repairing. Under the environment of reducing cost and increasing efficiency, in order to reduce the maintaining cost and further analyze the reasons, the company has taken transformation and optimization of its controlling methods, besides, on the basis of its original pattern, it has designed the new-style controlling method--Low-pressure Forerunner Controlling High-pressure Driving.

solenoid valve；close-off valve；interface valve

T

A