海上气田中控系统的优化

郭永新

(中国海洋石油(中国)有限公司 深圳分公司，广东 深圳 518054)

海上气田中控系统的优化

郭永新

(中国海洋石油(中国)有限公司 深圳分公司，广东 深圳 518054)

为改善中控系统减少查找报警原因的时间，提高应对紧急关断的效率，对某气田中控系统进行了2项优化： 优化火气关断系统(FGS)与紧急停车系统(ESD)之间的关联信号，对中控系统DCS报警事件进行因果分别归类。在不影响正常生产的情况下，对FGS整个逻辑链进行测试，验证FGS的可靠性；查找紧急关断的时间由过去的5～10 min缩短至30 s以内，使平台非计划生产关断每次可提前30 min恢复生产，减少了产量损失，提高了平台的生产时效,为新平台中控系统设计及老平台中控系统优化提供了新的思路及参考意见。

海上气田 中控系统 火气关断系统 紧急停车系统

某气田平台位于南海珠江口盆地，是一座集油气处理、生产、计量和输送、钻修井、生活、动力为一体的综合平台。平台将海底井流物进行气、液分离，并分别对天然气、凝析油脱水，处理合格后混合进入海底管线输至珠海陆地天然气终端处理厂作进一步处理。

该平台的中控系统是整个平台的控制中心，由1套DCS，2套火气关断系统(FGS)，1套紧急停车系统(ESD)组成。DCS对全平台进行监控、操作，接收并显示、记录来自FGS和ESD的监控信息。FGS接收全平台火气探头监控信息，如果发现火情将产生火气关断、启动平台消防系统，并将关断信号传送给ESD，触发ESD关停，保证平台安全。由于该FGS监控点数有限，因而采用了2套FGS系统，分别为FGS1和FGS2。ESD监控平台生产工艺参数，一旦工艺参数达到关停设定值，将会触发相应级别的ESD关停。

为了便于中控系统日常维护、测试，减少查找报警原因的时间，该平台对中控系统进行了优化改造。

1 中控系统FGS与ESD关联优化

1.1 FGS与ESD关联关系

该平台FGS现场共有火焰探头、可燃气探头、硫化氢探头、氢气探头、烟雾探头、热探头、甲醇探头、易熔塞8种探测器，散布在钻井区、生产区、生活楼等区域；有11个喷淋阀、2台消防泵、1套固定式CO2灭火系统、3套固定式FM200灭火系统、1套厨房湿粉灭火系统等消防设备。

当某个区域的2个或2个以上探头监测到火情或者气体泄漏时，FGS1/FGS2将产生表决结果，启动消防设备，输出信号给ESD，触发ESD关停，切断生产工艺，放空平台天然气，保证平台安全。该平台FGS与ESD的关联关系如图1所示。

图1 中控系统FGS与ESD关联示意

该平台FGS1和FGS2未设置主从功能，FGS1和FGS2所监控的探头确认火情时，二者单独发送信号到ESD，ESD产生ESD2a关停后，ESD又产生1个关停信号到FGS1和FGS2，造成信号反复输送。一旦发生火情关停，信号反复，无法短时间内确认出是FGS1，FGS2，ESD中的哪个环节出现的报警信息，也无法在第一时间判断出是硬件故障引发的误关断还是存在真实火情。

由于FGS1和FGS2到ESD输出信号未设置旁通功能，因而对FGS日常维护、测试时无法完成整个逻辑的测试。由于海上气田连续生产的特殊性，日常维修测试、第三方检验测试，只能安排短时停产完成，影响了平台生产时效。

1.2 增加旁通功能

为了解决FGS与ESD信号之间反复输送的问题，便于日常测试，将FGS1和FGS2确认火情的信号在ESD上进行确认并设置软、硬点双确认旁通功能，具体优化措施如图2所示。其中软点旁通是指在软件中设置旁通按钮，硬点旁通是指在ESD盘柜上增加旁通开关。软、硬点双确认是指两者同时处于旁通状态时，才会对FGS的信号进行旁通。设置软、硬点双确认，主要目的是防止人员误操作及硬点故障时造成的误旁通。

图2 增加软、硬点旁通功能后的FGS与ESD关联示意

该平台ESD输入、输出带电为正常，掉电为报警状态。图2中，当FGS1或FGS2没有火情时，硬线输出直流24 V信号，数字信号为“1”；当确认有火情时，硬线输出信号为“0”。FGS1或FGS2确认有火情，其中一个输出信号为“0”时，FGS会输出报警信息，执行消防策略；只有当软、硬点同时处于旁通状态时，即同时输出数字信号“1”时，该火情信号才不会输送到ESD，否则ESD将接收到该火情信号，执行ESD关停策略。

增设软、硬点双确认旁通按钮的作用主要体现在以下两个方面：

1) 在正常情况下，软、硬点旁通按钮处于正常状态，不会对FGS火情信号进行旁通。当发生真实火情，FGS及ESD都执行完了相应的策略，在现场火情已经消除，需要进行生产恢复时，将软、硬点旁通按钮同时打到旁通位，再分别对FGS1，FGS2，ESD进行系统复位，可以达到3个系统快速复位、报警输出消除的目的，避免了FGS与ESD反复关联、报警长时间无法消除的问题。

2) 在对FGS日常维护、测试时，将软、硬点旁

通按钮同时打到旁通位，在不影响正常工艺生产的情况下就可以进行现场探头测试、消防系统启动等FGS逻辑的测试，保证了平台消防系统的可靠性、完整性，第三方见证性消防测试也能随时进行。

2 中控系统DCS报警事件优化归类

2.1 DCS报警事件分类

该平台ESD逻辑关系如图3所示，该平台生产区、钻井区和生活楼ESD共分为4个等级：

1) 弃平台关断ESD 1，共有9个触发点。

2) 火气关断ESD2a，共有火焰探头71个、可燃气探头83个、房间烟探头45个、热探头34个、房间CO2手动释放按钮9个，3层甲板易熔塞回路、现场火气报警站等。

3) 生产关断，ESD3a共有15个触发点；ESD3b(水下生产系统)共有10个触发点。

4) 生产单元关断ESD4。

该平台中控系统DCS将所有的事件点，包括： 生产过程操作、服务器系统内部点及生产关断及火气关断触发点和结果点共计约2 000个划分为P1，P2，P3三个区。其中P1区包含所有的事件报警；P2区包含生产系统事件报警，有生产过程事件记录报警、触发生产关断的原因报警及关断执行的结果事件报警； P3区包含生产区、钻井区域、生活楼火气关断原因事件报警及关断执行的结果事件报警。

由于系统的不断升级、扩容、点的重建等原因，点的归类比较杂乱，后来新建的点基本上都划分在P1区。一旦产生ESD 2a火气关断时，在DCS报警事件记录里1 min内会产生成百上千条记录，迅速将产生ESD 2a的触发原因点覆盖，当操作人员查找故障原因时与ESD 2a相关事件记录也在不断产生，大量的事件报警信号同时涌入，事件记录不断刷新。在短时间内将无法快速地查找出产生ESD 2a关断的源头，延缓事件的应急处理过程。

图3 某平台ESD逻辑关系示意

2.2 区别因果信息

为了便于迅速查找出发生关断的原因，将关断信号的因和果重新分配区域，新建P4，P5两个区。其中，P4区仅记录ESD1和ESD2a的触发报警关断的原因，关断执行的结果事件报警不记录在P4区域而是继续放在P3区域；P5区仅记录ESD3a和ESD3b生产关断原因触发点，关断执行的结果事件报警不记录在P5区域而是继续放在P2区域。

把不同等级关断的原因和结果分别放在不同事件记录区域，一旦产生ESD2a或其他级别关断，在DCS内报警事件记录里选择P4或P5就可以立即查看到原因点记录信息，使操作人员可以在较短的时间内掌握发生关断的源头，大幅减少了事件处理的响应时间，为避免事件的进一步扩大赢得时间。

3 结束语

该平台中控系统进行2项优化后，经过多次测试和实际检验，查找紧急关断的时间由过去的5～10 min缩短至30 s以内；平台非计划生产关断每次可提前30 min恢复生产，大幅减少了产量损失。按平台日产天然气量为4.6×106m3计算，30 min的产量约为1.0×105m3，天然气价格为2元/m3，则直接节省人民币约80万元。该次优化改造，可为新平台中控系统设计及老平台中控优化提供新的思路及参考建议。

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郭永新，男， 2008年毕业于长江大学自动化专业，获学士学位，现就职于中国海洋石油(中国)有限公司深圳分公司，从事海上气田石油天然气开发工作，任工程师。

TP273

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1007-7324(2017)04-0057-03

稿件收到日期： 2017-03-07，修改稿收到日期： 2017-05-20。