SCADA系统在普光气田的应用

赵延平 杨永欣 熊红武

摘要：普光气田是我国迄今为止规模最大、丰度最高的特大型整装海相气田，位于四川省宣汉县境内，构造上属于川东断褶带东北段双石庙—普光NE向构造带上的一个鼻状构造，上报可动用储量2583.06×108m3，是国家“十一五”期间重点建设工程——“川气东送”工程的主要组成部分。普光气田地面集输工程SCADA系统由中原油田普光分公司、美国霍尼韦尔公司共同开发，该系统于2009年5月开始安装调试，2009年10月正式试运行。

关键词：SCADA系统;普光气田;地面集输

1 、集输工艺流程简介

普光气田地面集输工程采用全湿气加热保温混输工艺，站场配有四项生产系统：加热、计量、集输、加药。单井采出的天然气经井口笼套式节流阀降压至19～29MPa，然后通过站内的水浴式加热炉两级节流（分别为11～19MPa、8.5～11MPa），两级加热后进入生产或计量分支管。其中经生产分支管直接进入外输管线外输，经计量分支管进入计量分离器进行单井分离计量后流入外输管线，通过集输管线输送至集气总站分水，生产污水输送至污水站处理后回注地层。加药系统主要在井口、加热炉、外输管线上进行甲醇、缓蚀剂加注。

2 、普光气田SCADA系统简介

2.1普光气田SCADA系统组成

普光气田地面集输工程SCADA系统分为三大部分：站控系统（SCS）、阀室控制系统（BSCS）及调度中心数据处理系统。其中站控系统包括过程控制系统（PCS）、安全仪表系统（SIS），阀室控制系统包括过程RTU（远程终端）、安全仪表系统（SIS），调度中心数据处理系统包括安全仪表系统（SIS）、数据处理系统（包括实时服务器、历史服务器、仿真服务器等）。

2.2 统网络结构

SCADA系统采用冗余光纤环网作为主干网，5.8G无线网络作为备用网络。5.8G无线网络采用正交频分复用技术（OFDM）和点对多点、点对点的组网方式，单扇区的速率高达54Mbps。5.8G的系统一般采用的直接序列扩频技术，它的信道较多频率较高，所以抗干扰能力相对要强一些。它可以满足高带宽应用支持大量用户的需要—8个不重叠信道使部署的可扩展性和灵活性更高，能支持同一地区的多个用户。5.8GHZ也采用基于IP或基于电路的无线传输技术：基于IP的技术信令协议简单，实现容易，开销低，频谱利用率高，业务种类多，接口简单统一，升级容易，特别适合于非连接的数据传输业务;基于电路的技术时延小，适合于进行传统的语音传送和基于连接的传输业务。它的应用范围很广：就频段而言5.8G的设备可以用于城市或者郊区，5.8G无线接入的业务提供者可以是传统的运营商也可以是大型的企事业单位;就系统要求的传输环境而言，5.8G无线接入系统在采用比较低的调制效率时对信噪比的要求比较低可以满足一定的非可视传输要求。

站控系统、阀室控制系统通过冗余光纤环网或5.8G无线网络与调度中心数据处理系统通信，均为100BASE-T总线结构局域网，TCP/IP协议。

2.3系统的主要设计功能

2.3.1 站控系统（SCS）功能

站控系统主要包括PCS系统、SIS系统。其中PCS系统可实现压力、温度、流量、阀位等数据的实时显示;阀门远程启停;更改参数（如计量参数、气体组分、报警阈值、仪表量程等）;调节P、I、D值，阀门自/手动切换;历史数据、报警记录的记录调用;流量的自动累计，避免人为误差导致的计量输差;SIS系统实时监控单一集气站关键参数（如井口压力、出站压力、站场硫化氢含量、站场烟火等），如参数异常且达到关断条件，立即自/手动采取关断井口、放空等安全措施。

2.3.2 调度中心数据处理系统功能

调度中心数据处理系统通过工业以太网可实现压力、温度、流量、阀位等数据的实时显示;阀门远程启停;更改参数;调节P、I、D值，阀门自/手动切换;历史数据、报警记录的记录调用;配有仿真服务器和仿真工作站实现在线模拟培训;配有操作员站和工程师站，实现操作、监控安全分离;SIS系统实时监控全气田各集气站及各阀室关键参数。如参数异常且达到关断条件，立即自/手动采取关断全气田、单集输管线等安全措施。

2.3.3 阀室控制系统（BSCS）功能

阀室RTU（远程终端）可实现压力、温度、阀位等数据的实时显示;阀门远程自/手动启停;更改参数;历史数据、报警记录的记录调用;SIS系统实时监控集输管线关键参数（压力、温度、阀池硫化氢含量、烟火等）。如参数异常且达到关断条件，立即自/手动采取关断阀池阀门等安全措施。

2.4主要硬、软件

硬件：调度中心包括AB公司的ControLogix控制器、OPC服务器、实时服务器、历史服务器、仿真服务器、报警打印机&报表打印机、操作员站&工程师站&工作站;集气站包括BB公司的ControlWave混合控制器、AB公司的ControlLogix 控制器、服务器兼操作员站、报警打印机&报表打印机;阀室包括RTU、AB公司的ControlLogix 控制器、PV1040T触摸屏。

软件：Windows 2003、Display Builder、HMIWeb Display Builder、Quick Builder。

3、 SCADA系统在普光气田的主要应用

3.1实时数据采集与记录

普光气田SCADA系统利用高速动态缓存区采集实时数据，提供报警、显示操作、历史数据采集、报表报告等服务功能，调度中心、站场控制系统的操作人员均可通过操作员站实时监视现场生产情况，高效安全控制生产。同时调取生产情况的历史数据，保障了分析数据的完整性。

3.2实时显示设备运行状态、阀门开度

调度中心、站场控制系统配有操作员站，可在计算机上进入生产画面，监视全站工艺流程、设备运行状态、自控阀门的开关状态。在需要调整生产状态时，可在站控室远程自/手动调整自控设备、阀门的状态，实现集气站的自动化管理。

3.3生产过程的自动化控制

普光气田SCADA系统自动化水平高，可实现集气站的自动排污、单井自动轮换计量、水浴式加热炉自动控制天然气外输温度。其中分酸分离器分离出的残酸按设定的高度自动排放收集。水浴式加热炉可自动调整燃气燃烧量进而控制外输温度在恒定区间。气井产量可通过加热炉二、三级节流阀开度自动控制产气量。单井生产气可通过集气站自动倒换生产流程进入计量分离器进行气液分离后计量。提高计量的准确度，同时分离出的液体可按设定的高度进行自动排液。

3.4流量的自动累计

普光气田采用的仪表在精度方面高于常规仪表，均为鲁格、罗斯蒙特等进口仪表，如压力表精度为1.5%，压力变送器精度为1‰，系统有短于常规仪器采集周期的特点，在录取方式上也能避免由于环境因素造成的数据中断，有效保障了测量数据的真实性、连续性、准确性。在生产气计量方面，基于仪表的高精度特点，采取计量参数的连续累计，且配有当日、总累积流量补偿，提高生产气、自耗气累积量的准确性，避免仪表损坏、误差等偶然因素导致的计量输差。

3.5异常情况报警、紧急事件处理的记录

根据设计要求设定工艺参数的报警上、下限值，一旦测量值超出报警值，系统立即发出报警声，同时在人机界面显示报警原因，提醒值班人员紧急处理异常情况，避免事故的发生，同时记录报警原因，记录处置动作，保证了事故的可追溯性。

结束语：

目前，普光气田SCADA系统运行良好，满足了生产需求，过程控制部分极大地减轻了劳动强度，避免了人員在高含硫化氢现场操作设备带来的安全风险;火气监测与紧急关断系统确保高含硫化氢生产现场处于可控。