集中监控智能化在元坝气田的应用

李波

(中石化石油工程设计有限公司 成都分公司，四川 成都 610091)

集中监控智能化在元坝气田的应用

李波

(中石化石油工程设计有限公司 成都分公司，四川 成都 610091)

针对元坝气田提出的“地面集输站场集中监控智能化”概念，对“集中监控、片区巡检”的新型管理模式进行了探索与实践。着重介绍了新型管理模式下气田的基本设置和安全方面的措施，围绕智能化展开了讨论。“地面集输站场集中监控智能化”模式提高了气田的自动化管理水平，减少了操作人员数量并提高了劳动效率，同时降低了气田的运行成本。

高含硫气田 集中监控 片区巡检 智能化

元坝气田是继普光气田之后中石化在中国开发的另一个高含硫整装气田，目前共有开发井37口、集气站10座、单井站20座、采气井场5座、远控阀室4座、集气总站1座。采出气经节流、分离、加热、计量后外输，经集气支线进入集气干线输送至集气总站，再次分水后送至净化厂进行净化外输。

元坝气田在国内高含硫气田开发领域提出了“地面集输站场集中监控智能化”的概念。集中监控智能化定义是： 集中监控、片区巡检，内操人员在监控中心远程监控，外操人员负责巡检及现场应急处置，站场本地不设值班人员。在该概念提出之前，普光气田已试点高含硫气田联合集气站模式，联合集气站模式选取的是普光边远的2个集气站，实现各站相互监控、操作。联合集气站可选取其中1个集气站作为主站，另1个站作为从站；人员集中到主站，从站实现无人值守，定时巡检。

相比普光气田的联合集气站模式，元坝气田集中监控智能化的规模更大，这对工艺安全和智能化控制提出了更高的要求。

1 技术路线

元坝气田采用“改良的全湿气加热保温混输”工艺，工艺流程模式为单井站—集气站—集气总站—净化厂—外输。高含硫天然气集气站的传统监控模式一般在本地设置站控室和控制系统，配置值班人员，实现本站的监控及日常巡检，即“单点分散”管理模式。集中监控相对于传统监控，即在集气站本地设控制系统，但不配置值班人员，而是把这部分人员集中后再分为内操人员和外操人员两部分。内操人员在集中监控中心对所有站场进行远程监控，外操人员根据气田巡检片区的划分，负责各站场的定时巡检及现场应急处置，即“集中监控、片区巡检”管理模式。

根据元坝气田各场站地理位置分布、各倒班公寓至各井站的交通路况及井站数量，结合集中监控中心系统监控画面设计，将元坝气田地面集输站场划分为5个中心站，8个巡检片区，其中有3个中心站各含2个片区。

集中监控后应首先满足站场的远程监视与控制，远程监视与控制是内操人员在集中监控中心进行的。监视包括站场工艺参数的监视和站场视角的监视，监视参数正常时站场应处于安全生产状态，无需人为的干预，同时辅以外操人员的片区定时巡检，可保证站场的设备运行处于正常状态。远程控制就是站场工艺流程中各关键点的控制参数设定均可远程操作，即可实现对工艺参数的设定与阀门、泵等的控制，保证在出现监控参数超标或者有其他需要关井的情况下可以迅速地关闭站场，确保安全。

2 基本设置

2.1 自动化程度

元坝气田控制系统采用数据采集与监视控制系统(SCADA)与紧急停车系统(ESD)相结合的模式，采用冗余光纤环网作为主干网，公网专线作为备用。站场设置了站控系统，在站控系统设定好各种工艺生产运行参数后自动运行，无需人为的干预。

2.2 ESD划分

为保证整个气田的安全，气田设置的安全仪表系统具有ESD关断功能，ESD功能可在发生事故的情况下确保人员和生产设施的安全，防止环境污染，尽量减少事故造成的影响。ESD通过对元坝气田生产过程中的所有关键参数： 压力、温度、液位、火/气探测设备等进行连续监视，当检测的关键参数超过限定值时，ESD逻辑立即自动对生产设备进行操作，将生产过程控制到安全的状态，把发生恶性事故的可能性降到最低，保护人员、生产设备及周边环境的安全。

ESD紧急关断层级由高到低分为4级： 全气田关断(ESD-1)，支线关断(ESD-2)，集气站全站关断(ESD-3)，站场局部工艺流程和装置关断(ESD-4)。

2.3 控制系统的监控管理

“单点分散”管理模式设置为三级，即中心控制级、站场控制级和就地控制级。“集中监控、片区巡检”管理模式在“单点分散”管理模式的基础上增加了“站场集中控制级”，实现了控制系统的四级管理结构，从上到下分别为中心控制级、站场集中控制级、站场控制级和就地控制级。两种监控管理模式结构对比如图1所示。

1) 中心控制级。位于调控中心，为元坝气田集输部分控制系统的中枢，完成气田内部的监控、调度、管理、全线优化运行的任务，同时实现气田的ESD-1和ESD-2控制，另外负责与净化、外输系统之间的数据互传。

2) 站场集中控制级。位于集中监控中心，实现对全线各个站场及阀室的远程监控，同时实现各站场的ESD-3和ESD-4控制，关断全部采用硬手操台进行。

3) 站场控制级。各站场站控系统可完成对所处站场、阀室的监控任务，同时负责将有关信息传送给中心控制级和站场集中控制级并接受和执行其下达的命令；站控系统可就地实现各站场的ESD-3和ESD-4控制。

4) 就地控制级。现场可对工艺单体或设备进行手/自动就地控制。

图1 两种监控管理模式结构对比示意

3 集中监控安全措施

元坝气田为高压、高含硫的气田，发生任何意外事故都将造成巨大的人员、环境危害。集中监控后，安全保障是首要考虑的问题，本地监控在出现异常情况时，站场操作人员能迅速到达现场确认和处置；集中监控只能通过集中监控中心进行远程操作。所以在工艺基础不变的前提下，对自动控制、通信工程及供电工程等的可靠性及可操作性提出了较高要求，在安全措施方面进行如下考虑。

3.1 自动控制安全措施

集中监控，从自动控制的安全联锁保护角度分为三层考虑。

3.1.1 仪表和设备的本质安全

1) 系统。安全仪表系统整体具有SIL2的安全认证，保证了系统的安全可靠性。同时作为联锁保护的ESD卡件均为“故障安全”型，ESD逻辑的设计遵循故障安全的原则，即使安全仪表系统出现故障，站场也能按照预设的模式进入安全状态。

2) 阀门。站场工艺流程中参与ESD联锁的阀门有两种： 用于工艺流程的紧急切断，包括井下安全阀(SCSSV)、地面安全阀(SSV)、站场出站紧急切断阀、越站紧急切断阀(ESDV)；紧急放空阀，包括井口和外输管线的紧急放空阀(BDV)。

a) SCSSV和SSV由井口控制柜直接控制，其中SSV可根据井口压力的超限自动关闭，减小对下游的影响，同时ESD联锁也可以根据情况分别关SCSSV和SSV。

b) 参与联锁关断的ESDV为弹簧复位的单作用阀门，BDV为自力液压阀门，都为故障安全型，其中ESDV具备部分行程的测试，以保证阀门的可用性。

3) 仪表。参与ESD联锁的压力变送器采取冗余配置，2块压力变送器同时越限报警触发相应关断，减小误关断的可能性，同时为了防止压力仪表被脏污介质或单质硫堵塞，考虑选用大通径的仪表阀。设备的液位检测采用差异化检测方式，即设置两种不同检测原理的变送器，例如同时设置差压液位变送器和磁翻板液位计。

3.1.2 安全仪表系统实现安全联锁保护

安全仪表系统根据工艺流程中设置压力、液位超限以及站场辅助检测的火气报警信号实现站场的安全联锁保护，尽量利用本站的安全仪表系统实现站场的自控关断，减少人为干预。

站场分区域布置可燃气体探测器、有毒气体探测器和火焰探测器。每个区域须布置2台火焰探测器，在不同的方向对相关区域进行火焰检测，避免因设备遮挡造成监控死角，火焰探测器与视频监控系统报警联动，火焰报警时联动相应摄像头转到预设位置，并弹出画面。气体泄漏检测采用“多取二”的方式进行联锁关断，即1组探头中同时有2个或2个以上的报警时启动联锁；同时设置了边界防护检测。

3.1.3 远程关断保护及应急联锁

中心控制级和站场集中控制级可接收站场的各种报警信号，也可以通过视频监控系统对各站进行远程的监视。当收到报警信号，工作人员可以人工确认报警，然后根据情况触发各种关断，同时通知就近的巡检人员抵达现场处理。

3.2 通信工程安全措施

通信系统正常运行是集中监控的保障，同时要充分满足气田内各项功能的需要，提高气田信息化程度，增强气田管理措施，通信专业采取了如下措施：

1) 网络。采用埋地光缆与全介质自承式光缆(ADSS)环网，为气田数据传输提供2条不同的传输通道，在此基础上设置冗余工业以太网，为控制系统数据传输提供专用传输通道；设置光传输系统为视频监控等系统数据传输提供专用传输通道，其中控制系统还采用了公网作为备用通道。

2) 监控与报警系统。视频监控无死角设置，视频监控系统与自动控制、门禁系统等联动，该系统具有图像跟踪、越界报警等智能化功能。站场设置周界报警系统，异常情况时报警提示，并联动视频监控系统与应急广播(PA/GA)系统。

3) 风速风向传感器系统。各站设风速风向传感器系统，操作人员可以及时了解风向风速，在发生紧急情况时，可为逃生、救援提供风向风速信息。

4) GPS巡检定位软件模块。巡检车辆配备GPS巡检模块，可实时监控巡检车辆沿途位置。

5) 应急广播系统。紧急情况下，该系统通过分户报警通知方式和分址调频控制防空警报方式对需要疏散的居民进行通知，最大限度地保障附近居民的安全。在站场、管线周边1.3 km范围内安装分户报警终端，在各站场安装防空警报器。

6) 数字集群系统。元坝气田的生产应急通信配备了800 MHz TETRA数字集群通信系统，该系统主要负责整个气田的日常生产、集输管道巡视抢修、无线生产指挥调度等，尤其是在发生重特大危险事故时，用于紧急无线指挥调度以及作为气田通信系统的无线备用通道等。

3.3 供电工程安全措施

各站场整体采用双电源供电方式： 1路市电和1台燃气发电机，同时设1套冗余式UPS为控制系统和通信系统等重要负荷供电，以保障供电的可靠性和安全性。

4 应急处理

生产中应急事件分为“生产应急事件”和“安全应急事件”，不同事件处置原则不同。

1) “生产应急事件”。按事件的可延迟性分为“立即处理类生产应急事件”和“可延迟处理类生产应急事件”两类，均按“先确认、再汇报、后处理”原则处理。涉及与生产参数直接相关的事件是必须立即处理的，如变送器远传无数据等，对于“立即处理类生产应急事件”，出现突发情况时，巡检人员应立即赶赴现场，与集中监控中心配合完成现场处理工作。对于“可延迟处理类生产应急事件”，则由集中监控中心加强对事件的监控，巡检人员按原计划进行巡检，同时根据事件的类别与对应专业人员共同到事发场站做相关处理。

2) “安全应急事件”。包括危及或潜在危及人身安全、生产运行的重大事件，如火灾、爆炸、硫化氢气体泄漏、井口压力、出站压力严重异常。对于安全类应急事件，巡检人员或集中监控中心操作人员应按“先处置、后汇报”原则立即进行处理。特别对于硫化氢泄漏的安全类应急事件，则跟踪确认硫化氢气体泄漏程度并及时上报，然后根据情况决定是否启动应急广播系统，对一定范围内的居民进行疏散；同时巡检人员应立即赶赴事发现场，与集中监控中心配合开展相关处置工作。

5 结束语

随着自动化程度的提高，现场关键工艺风险判断识别由数字化系统完成，在设备维护到位的情况下，“集中监控、片区巡检”模式减少了人员暴露在硫化氢气体环境的潜在风险，操作更加简便、控制更加精确，有效降低了人为失误造成的安全隐患及事故的发生率。

元坝气田集中监控智能化对国内高含硫气田新型管理模式进行了探索与实践，“集中监控、片区巡检”的管理模式下气田运行平稳，同时提高了自动化管理水平，深化了劳动用工管理改革，减少了操作人员数量并提高了劳动效率，同时降低了气田的运行成本，为建设数字化气田提供平台支撑，为其他类似气田的开发提供参考。

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Application of Antelligent Centralized Monitoring System in Yuanba Gas Field

Li Bo

(Chengdu Branch, Sinopec Petroleum Engineering Corporation, Chengdu, 610091, China)

Aiming at the concept of “Intelligent centralized monitoring system at ground gathering station”, new management mode of “centralized monitoring and sub area patrol inspection” is explored and practiced. The basic setting and security measures of gas field under new management mode are introduced with emphasis. Discussion on intelligence is expounded. The automatic management of gas field is improved with application of mode of “centralized intelligent monitoring system application at ground station”. Numbers of operators are reduced with labor efficiency improved. Meanwhile, operating cost of gas field is reduced.

high sulfur content gas field; centralized monitoring; sub area patrol inspection; Intelligence

李波(1982—)，男，四川都江堰人，2008年毕业于西南石油大学精密仪器及机械专业，获工学硕士学位，现就职于中石化石油工程设计有限公司成都分公司，从事油气田及管道工程仪表及自动化系统的设计及研究工作，任工程师。

TP277.2

B

1007-7324(2017)03-0050-04

稿件收到日期： 2017-02-03，修改稿收到日期： 2017-03-10。