圆筒型生产储油平台智能中控系统集成设计

谭 瞳

(中远船务(启东)海洋工程有限公司 江苏南通226200)

“丹纳”FPSO的中控系统(Safety and Automation System)架构设计主要分为 5大子系统：工艺模块智能控制系统PCS(Process Control System)、船用设备控制管理系统RMS(Rig Management System)、火气智能监测管理系统F&G(Fire and Gas system)、应急关断系统 ESD(Emergency Shutdown system)& PSD(Process Shutdown system)、智能功率管理系统PDCS(Power Distribution Control System)。其架构如图1所示[1]。

图1 “丹纳”FPSO中控系统架构图Fig.1 Architecture of DANA FPSO Safety and Automation System

采用这种分布式控制架构，并且是多重保护双冗余的智能控制系统，满足英国UK HSE安全标准，其中的应急关断系统和火气智能监测管理系统完全满足SIL2的安全等级认证。在组成上，有40个大型的智能本地信号采集站，采集站满足危险区 Zone 1的安装要求，为Exd IIB T6 IP66等级，采集信号总数超过17,000点。

“丹纳”FPSO选用的是 SIL3认证的 S800高完整性输入输出卡件，输入输出卡件又分为模拟量输入输出卡件、开关量输入输出卡件、串行通讯卡、HART卡件等。其中，模拟量输入卡分为 RTD输入卡、热电偶输入卡、电位器输入卡、二线制 4～20,mA输入卡等，串行通讯卡采用 MODBUS串行通讯卡。根据现场采用总线协议的不同，又分为基于 Profibus协议的HART卡和基于FF协议的HART卡。整个中控网络是基于标准的百兆/千兆自适应的 TCP/IP光纤通信网络，所有过程和安全控制器、服务器和操作站都连接到主用和备用两套网络，当其中一套网络发生故障，数据通讯会自动切换，同时故障将上报至报警/事件系统或资产状态监测系统。

在系统设计时，主要依据基本设计原理对系统架构和功能进行多视角、多层次的分析，将相关设计思路和逻辑控制原理送审船东和船检以及第三方 IVB评估，安全控制相关系统取得 SIL2认证，在功能试验和出厂验证时，引入 UK HSE的相关标准，严格把控。

1 工艺模块智能控制系统(PCS)

工艺模块智能控制系统采用本地分散信号采集和集中控制的设计原理，主要服务于压缩机模块，注水模块，一级分离、二级分离模块，化学注入模块等，为原油采集加工过程中的相关工艺流程提供动态的生产流程信息、显示工艺参数、监控各生产设备的运行情况，及时监控设备的工作状态，提供监测信息，使生产顺利安全进行，也为操作员提供便利的人机交互对话。在设计时，采用了基于 NORSORK I-005标准的 SCD逻辑控制图对系统进行描述，相对于文字性功能描述，SCD图能更直接、清晰地反映控制逻辑，更易于软件设计和功能的分解。

2 船用设备控制管理系统(RMS)

船用设备控制管理系统主要用于平台船舶运营及对公共生活系统的服务和管理。主要包括对各类油舱水舱压载舱的监测管理、货油系统、海水淡水系统、消防系统、压载系统、压缩空气系统、氮气及惰气系统、锚机吊车、生活水处理等设备的控制和监测，使平台的公共服务系统处于平稳安全运行状态，为平台的安全生产提供必要保障。

3 火气智能监测管理系统(F&G)

火气系统主要功能有：自动探测火灾报警和可燃气体泄露报警，自动触发报警及对相应区域进行切断保护，自动启动消防系统参与灭火消防。火气系统使用的各类探头及报警装置有一千多个，均采用双UPS供电，任意一路 UPS失电自动切换到另外一路UPS供电。各类探头、手动按钮、信号采集箱及控制箱内的继电器、输入输出模块、控制器乃至系统软件全部取得SIL2或者SIL3安全认证，火气系统整体符合 SIL2安全功能要求。为避免单个探头故障而引起误操作，该系统采用智能表决确认逻辑，即 3个或者大于 3个探头中的任意 2个探头同时报警或者故障时，视为确认报警。

4 应急关断系统(ESD/PSD)

ESD应急关断系统是保证平台安全的重要环节，该系统一旦接收到危险信号，通过预先设定的逻辑判断程序自动对平台上相应的设备或系统进行切断，同时具备手动功能，从而保证人员和设备的安全。该系统分为 3个等级：弃平台切断(APS)、高危险等级切断ESD1、较低危险等级切断ESD2。从“故障安全”的设计原则考虑，通常应急切断系统采用“常闭”回路，以保证紧急状态下的可靠切断。对于安全关键系统及 UPS系统，应采用带有线路监测保护的“常开”回路，以避免误关断。PSD工艺关断系统主要是工艺生产的应急切断系统，由于生产模块是FPSO上最重大的危险源，因此PSD系统是保证原油生产安全的一个重要环节，通过接收在原油生产过程中的各种显著状态偏离信号，在智能逻辑判断后自动对原油生产环节相应进行整体或部分切断，以保证生产人员及生产设备的安全。

5 智能功率管理系统(PDCS)

“丹纳”FPSO的功率管理系统选用的是 ABB功率管理系统(Industrial IT 800xA)，系统简图如图2所示[2]。

图2 FPSO功率管理系统简图Fig.2 Simple graph of FPSO power management system

功率管理系统的主要功能有：电网的实时检测、负载的优先脱扣、智能分配负荷、逆功率保护、调频调载、自动同步、快速恢复电网，以及其他的报警和监测功能。正常工作时，11,kV配电盘是形成整体一块配电盘的架构，如果出现中压配电盘失电，配电盘间的母线耦合开关会立即分段，将中压配电盘分解为独立的 3段。发生中压配电盘失电时，对应失电配电母盘的处于待机状态的透平发电机会依据指定的启动优先级顺序自动启动，待电压、频率建立起来自动合闸恢复中压配电盘的供电。当中压配电盘侧失电时，11,kV/690,V 变压器原边和副边断路器自动断开，对应的 690,V低压配电盘失电。当中压配电盘侧快速恢复供电后，功率管理系统会自动合闸变压器原边副边开关，使690,V低压配电盘恢复供电。

智能中控系统集成设计，除了架构和功能设计要特别重视，在信号的筛选和系统控制分级上也要做好前期规划，尤其是通信接口的选用，一定要注意不同通信协议之间的兼容性。

［1］ DANA Project SAS Functional Design Specification [Z].

［2］ DANA Project SAS System Philosophy[Z].

［3］ 刘贵强，黄洁，马海骄，等. 基于MESH技术的油井远程监控系统在华北油田的应用[J]. 油气田地面工程，2016(11)：58-60.