采用中控PCS系统实现海洋石油平台淡水泵自动控制_张超.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 4 期 124 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 4 月 采用中控 PCS 系统实现海洋石油平台 淡水泵自动控制 采用中控 PCS 系统实现海洋石油平台 淡水泵自动控制 张 超（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335）摘 要：摘 要：通过在淡水压力罐上加装仪表传感器实现压力、液位信号远传至中控 PCS 系统，并对淡水泵配电柜进行局部改造，基于中控 PCS 系统实现淡水泵远程手/自动控制，保证淡水系统稳定供应，以满足平台人员日常生产生活需求。关键词：关键词：海洋石油平台；淡水泵；自动控制；海洋石油井口平台由于平台体积小、工艺流程简单、设备少，所以配置的固定生产人员少，淡水使用量及用户较少，淡水压力罐体积小，淡水存储能力有限，淡水系统设计相对简单。淡水泵是整个淡水系统正常运行的核心设备，也是平台人员日常生产生活的关键设备，承担着为整个平台生产及生活供应淡水的重要任务。部分海洋石油井口平台淡水泵定义为淡水补充泵，淡水泵的启停方式采用就地操作柱手动启停控制和配电间（MCC）淡水泵配电柜远程手动启停控制，设计之初并未考虑到实际的淡水需求量及淡水泵的频繁启停问题。尤其是在井口平台有外委施工作业时，随着平台人员的增加，淡水使用量也在逐步攀升，凸显出淡水泵频繁手动启停的问题，消耗了生产人员大量精力。井口平台一般设计有两台淡水泵,分别为淡水 A 泵（P-4201A）和淡水 B 泵（P-4201B），其中淡水 A 泵由平台正常 400V 母排供电，淡水 B 泵由平台应急 400V 母排供电，采用该设计增加了淡水供应的可靠性，淡水 A 泵、B 泵均采用就地手动启停控制和配电间远程手动启停控制，现场的淡水压力罐设计有仪表风覆盖气压力表就地显示和淡水磁翻板液位计就地显示。在淡水压力罐压力表处通过增加必要的仪表三通接头等方法增加压力变送器 PIT-4221 用于监测淡水压力罐内仪表覆盖气的实际压力，由于压力变送器精度比普通压力表要高许多，所以实际测量值会更加精确，将信号电缆铺设至中控 PCS 系统（过程控制系统），通过 PCS 系统进行压力实时监测。在淡水压力罐磁翻板液位计旁安装侧绑式磁致伸缩液位变送器 LIT-4221，用于监测淡水压力罐内实际淡水液位，由于液位变送器测量精度高，对于实际液位的测量也更加准确，将信号电缆铺设至中控 PCS 系统，通过 PCS 系统进行液位实时监测。可利用中控 PCS 系统增设 PIT-4221 压力信号和 LIT-4221 液位信号高报、低报值报警点，及时提醒中控值班人员做好二次确认，具体报警值可以根据现场实际情况决定。图 1 基于中控 PCS 系统实现淡水泵自动控制总体架构图 图 1 基于中控 PCS 系统实现淡水泵自动控制总体架构图 为了实现淡水泵的远程手/自动控制，需要对淡水泵配电柜进行局部的功能改造，以实现上述功能，由于各井口平台配电柜设计存在一定差异，需根据实际情况落实具体改造方案，图 2 淡水泵配电柜改造原理图仅供参考。图 2 淡水泵配电柜改造原理图 图 2 淡水泵配电柜改造原理图 根据现场淡水压力罐、淡水泵配电柜改造情况，需在中控 PCS 系统增设相应的信号点位，以实现 PIT-4221（淡水DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.014 张 超：采用中控 PCS 系统实现海洋石油平台淡水泵自动控制 125 压力罐仪表风覆盖气压力）、LIT-4221（淡水压力罐淡水液位）信号监测、中控远程手/自动启停泵、淡水泵运行状态监测等功能，具体信号点位可根据实际情况需要酌情增加，可参考表 1 淡水泵远程启停相关信号点表。表 1 淡水泵远程启停相关信号点表 表 1 淡水泵远程启停相关信号点表 序号 位号 信号类型 解释说明 1 PIT-4221 AI 淡水压力罐压力显示 2 LIT-4221 AI 淡水压力罐液位显示 3 XL-P4201AR DI 淡水泵 P-4201A 运行反馈 4 XL-P4201AS DI 淡水泵 P-4201A 停止反馈 5 XL-P4201BR DI 淡水泵 P-4201B 运行反馈 6 XL-P4201BS DI 淡水泵 P-4201B 停止反馈 7 PIC-P4201AR DO P-4201A 启动信号 8 PIC-P4201AS DO P-4201A 停止信号 9 PIC-P4201BR DO P-4201B 启动信号 10 PIC-P4201BS DO P-4201B 停止信号 优化方案采用压力变送器 PIT-4221 与液位变送器LIT-4221 共同控制淡水泵的远程自动启停，一旦压力变送器故障，此时淡水泵的自动启停受液位变送器控制；同样，一旦液位变送器故障，淡水泵自动启停受压力变送器控制。淡水泵的自动控制不会因为单个变送器故障而停止工作，这很大程度提高了淡水泵供水的稳定性。实际使用过程中，压力变送器、液位变送器比压力开关、液位开关更加稳定可靠，不会出现频繁漂移的情况，变送器工作更加稳定。图 3 基于中控 PCS 系统淡水泵手/自动远程控制逻辑图 图 3 基于中控 PCS 系统淡水泵手/自动远程控制逻辑图 在程序功能块 CAS-RUN 中，通过逻辑语言编写，可实现压力变送器PIT-4221与液位变送器LIT-4221共同控制淡水泵的远程自动启泵功能：“/CXA-PI-4221/AI/PV.CV=/RUN-PT.CVOR/CXA-LI-4221/AI1/PV.CV=/STOP-PT.CVOR/CXA-LI-4221/AI1/PV.CV=/STOP-LT.CV”。同时在中控 PCS 系统上位机画面中可增加必要的启停泵压力信号、液位信号设点设定面板，可根据实际情况修改设定值，方便现场使用，如图 4 基于中控 PCS 系统上位机淡水泵操作控制画面。采用压力变送器与液位变送器共同控制，提高了淡水泵自动控制的可靠性。在中控 PCS 系统上位机操作画面中增加淡水压力罐的压力、液位显示，减少了人126 张 超：采用中控 PCS 系统实现海洋石油平台淡水泵自动控制 员去现场查看压力、液位的次数，降低了人员工作量，同时中控看到的数据实时、直观、准确。操作员可以在中控整体掌控平台淡水系统的状态，当发生故障时可以及时调出压力信号或液位信号的历史数据曲线，帮助尽快排除故障。图 4 基于中控 PCS 系统上位机淡水泵操作控制画面 图 4 基于中控 PCS 系统上位机淡水泵操作控制画面 海洋石油井口平台淡水泵（P-4201A、P4201B）采用一用一备设计，在图 3 基于中控 PCS 系统淡水泵手/自动远程控制逻辑图中，可以看到淡水泵具备主备切换功能。为了方便中控值班人员操作，我们需在中控 PCS 系统上位机添加淡水 A、B 泵选择按钮（如图 4 基于中控 PCS 系统上位机淡水泵操作控制画面），一旦选择后中控值班人员只能对被选中的淡水泵进行控制。在图 3 基于中控 PCS 系统淡水泵手/自动远程控制逻辑图中，淡水泵设计了可以手动/自动启停泵切换功能，当淡水泵切换到手动控制模式时，只能由中控值班人员手动启停淡水泵，淡水泵不受压力、液位启停信号影响；当淡水泵切换到自动控制模式时，淡水泵只接受压力、液位启停泵信号控制，不受人为手动控制影响。我们需在中控 PCS 系统上位机每台淡水泵的控制面板上添加两种控制模式供值班人员选择，即自动模式和手动模式。在手动模式下，中控值班人员在操作画面中就可以完成手动启停泵，极大方便了生产人员对现场设备的管理。所以，根据实际操作需要，我们需在控制程序中和上位机操作画面中增加 3 个软点以方便中控值班人员，如表 2淡水泵远程控制相关信号点表（软点）。表 2 淡水泵远程控制相关信号点表（软点）表 2 淡水泵远程控制相关信号点表（软点）序号 位号 信号类型 解释说明 1 PUMP_SEL 软点 淡水泵 P-4201A、P-4201B 切换功能 2 P4201A_MODE_SEL 软点 淡水泵 P-4201A 手/自动模式切换功能 3 P4201B_MODE_SEL 软点 淡水泵 P-4201B 手/自动模式切换功能 必要时，我们可以将图 3 基于中控 PCS 系统淡水泵手/自动远程控制逻辑图中，淡水泵的启停状态反馈增加报警功能，以及时提醒中控值班人员淡水泵的运行状态。根据长期使用来看，在此基础上可以增加淡水泵运行超时报警功能，防止淡水泵出口单流阀故障等其他问题导致淡水泵长时间非正常运行造成机封过热损坏等次生故障，相关功能具体实现方法因人而异，在此不再赘述。在设备使用过程中要不断发现问题、思考问题，要对问题产生的原因进行彻底分析，我们不仅要对产生故障的部分进行检修，更要仔细分析深层次的原因，看有没有可以改进地方，最终结果是要提高系统的稳定性和可靠性。在分析解决问题的过程中可以系统地学习整个系统的组成和工作原理，也增强了我们的动手实践能力。参考文献 参考文献 1 滩海石油工程仪表与自动控制技术规范S.2 石油化工分散控制系统设计规范S.3 石油化工安全仪表系统设计规范S.4 自动化仪表工程施工及验收规范S.5 海洋石油作业安全管理规定R.