苏里格气田数字化集气站改造研究

　　摘要：结合苏里格气田现场生产运行和数字化管理的实际需要，通过集气站数字化改造研究和工艺、自控系统配套完善，降低了岗位员工配置和劳动强度，提高了现场管理水平和系统运行的安全可靠性。
　　关键词：数字化，改造，工艺，自控
　　
　　
　　随着苏里格气田的快速发展、生产规模的不断扩大，第三采气厂在生产运行管理、用工总量控制等方面面临的压力与挑战日益严峻。鉴于此，第三采气厂通过持续攻关研究，对早期建设的集气站进行了全面的数字化建设、改造，以提高现场运行管理水平、缓解气田发展所面临的人员用工压力。
　　1数字化集气站改造原则及实现功能
　　1.1改造原则及目标
　　改造原则：立足于集气站工艺/自控系统现状，结合现场生产运行管理实际，通过局部工艺优化改造和自控系统配套完善，以最小的改造和最低的投入完成集气站数字化升级改造工作，以满足现场生产、管理要求。
　　改造目标：提升集气站数字化运行管理水平，进而降低岗位员工劳动强度和人员配置、提升集气站系统运行的安全可靠性，并实现集气站远程监控管理和操作控制。
　　1.2改造实现的功能
　　结合数字化集气站的运行管理，改造预期实现三大目标，即“集中监视运行、远程操作管理和就地自动控制”，其主要由“智能自动控制、远程操作管理、视频安防和应急安全管理”等四大功能模块构成。
　　集气站数字化改造所实现的具体功能（如图1）为：
　　1）集气站内压力、液位、温度、流量、可燃气体浓度等生产数据自动采集、监测并生成电子报表；
　　2）压缩机、发电机、UPS等关键设备运行参数监测；
　　3）进气干管远程开关及放空控制；
　　4）分离器远程排液及放空；
　　5）分离器出口流程自动切换；
　　6）压缩机进口压力自动调节；
　　7）压缩机远程紧急停机；
　　8）集气站放空火炬远程点火；
　　图1数字化集气站改造实现的功能
　　9）集气站超压保护，远程自动放空；
　　10）集气站全站紧急关站；
　　11）气井油压、套压、流量等数据远程监测；
　　12）气井远程开关控制；
　　13）集气站远程安防保卫：智能视频、可视门禁、红外报警、远程广播、电子路卡。
　　2 数字化集气站改造
　　2.1工艺及自控仪表、阀门改造
　　结合数字化集气站运行管理目标功能设计，对现场工艺系统进行相应改造，对现场自控仪表及阀门进行配套完善，以满足现场数字化系统运行控制的基本要求。
　　2.1.1进站区改造（如图2、图3）
　　改造内容：
　　1）各干管加装进站控制电动球阀；
　　2）将原干管放空阀（手动闸板阀）改为电动球阀；
　　3）将放空总管节流针阀更换为电动调节阀，并在进站总机关放空汇管上加装压力变送器。
　　
　　图2进站区改造示意图
　　改造实现的功能：
　　1）在站内或干管出现异常、紧急情况时，可远程操控进站电动球阀，实现集气站与各集气干管间的可靠隔离；
　　2）集气站进站运行异常需进行干管放空时，可通过放空电动球阀、电动调节阀进行应急放空操作；
　　3）可实时监控放空总管系统压力，并通过调节电动调节阀开度，合理控制放空速度和流量，确保放空操作安全。
　　
　　图3进站区改造实物图
　　2.1.2分离器区改造（如图4、图5）
　　改造内容：
　　1）分离器排污系统并联安装疏水阀与电动球阀；
　　2）将原分离器出口至外输流程控制阀门（手动闸板阀）改为电动球阀；
　　3）在分离器出口管线上增加压力变送器，用于分离器进出口运行压力监测；
　　4）将分离器手动放空流程改为电动球阀、电动调节阀组合的自动放空流程。
　　
　　图4分离器区改造示意图
　　改造实现的功能：
　　1）将疏水阀作为分离器主排污控制阀门，实现自动、连续、稳定排污，有效缓解瞬间高速排液对下游设备的冲击，同时避免分离器内长时间或高位积液；
　　2）将电动球阀作为分离器辅助排液控制阀，在主排污系统运行异常时，可就地自动或远程手动操控排液；
　　3）利用分离器进、出口压力变送器，实现分离器本体运行压差监控，防止因设备内部冻堵而故障损坏。
　　4）在集气站压缩机故障停机时，通过自动或远程操控分离器出口电动球阀（至外输管路），实现工艺流程自动切换（集气站天然气不经压缩机增压而直接进入外输流程），避免站场憋压事故发生。
　　5）分离器本体或站内出现异常、紧急情况时，可自动或远程操控打开分离器放空电动球阀，并通过放空调节阀合理控制放放空速度，确保放空操作安全平稳运行。
　　图5分离器区改造实物图
　　2.1.3污水罐区改造（如图6、图7）
　　改造内容：
　　在污水罐原磁浮子液位计基础上配装远传液位变送器将监测数据上传站控系统。
　　
　　图6污水罐区改造示意图
　　改造实现的功能：
　　利用该液位变送器，实现污水罐液位远程监控管理。
　　
　　图7污水罐区改造实物图
　　2.1.4压缩机区改造（如图8、图9）
　　改造内容：
　　1）将来自不同分离器的压缩机进气管线在压缩机进口前连通汇合；
　　2）在汇合后管线至压缩机进气洗涤罐间，依次增加电动球阀、电动调节阀及压力变送器各1台。
　　
　　图8压缩机区改造示意图
　　改造实现的功能：
　　1）实现单台压缩机组同时混合处理多台分离器来气。
　　2）利用压缩机进口加装的压力变送器，可实时检测压缩机进气压力变化，并作为调节阀控制指令源。
　　3）在站内其它机组意外停机时，通过压缩机进口电动调节阀自动稳压调节，确保正运行机组正常稳定运行。
　　4）实现异常情况下压缩机远程自动或手动停机，并自动切断压缩机组进口流程。
　　
　　图9压缩机区改造实物图
　　2.1.5供配电系统改造（如图10）
　　集气站以市电为主电源，通过对站内备用发电机组及UPS系统改造，进一步提高供电系统的稳定可靠性。
　　改造内容：
　　1）对原普通型燃气发电机组进行改造，并增加机组“智能检测及自启动”系统；
　　2）新增10KVAUPS供电电源系统1套，为集气站控制系统及现场仪表、电动阀门提供可靠电源。
　　改造实现的功能：
　　1）自动检测内外电通断、发电机运行状态、负荷等；
　　2）可实现发电机组远程启动，或当市电断开或电压不足时，系统自动报警并自启动发电机；
　　3）在集气站内外电异常时，通过UPS单元为集气站自控系统、设备及仪表供电。供电时长约2小时。
　　图10供配电系统改造实物图
　　2.2自控及视频安防系统改造
　　结合数字化集气站现场自动控制、远程操作管理和集中监视运行的基本功能需求，对集气站自控、信息系统进行建设改造和升级完善。
　　2.2.1自控系统改造
　　结合近年来气田站控系统实际应用情况，数字化集气站工控系统依然采用“BB硬件+HoneywellPKS软件”模式。同时结合集气站现场监控点设置，为满足集气站实际使用和扩展需求，将原集气站ControlWaveMicro系统的数据库由200点扩容到1000点。
　　数字化集气站硬件组成（如图11）：为单套核心控制器+通讯控制器，两个8槽I/O机架及数块I/O卡件，系统点数统一配置为1000点，采用一台高性能串口服务器集成站内第三方设备（压缩机，UPS、流量计等）上RTU传输而来的RS485信号，通过Modbus协议转TCP/IP，最终将数据传送至核心控制器进行处理。
　　除压缩机、流量计、UPS等第三方设备运行参数之外，其它监控数据点均采用硬点方式接入，即通过I/O卡件将数据传送给核心控制器进行处理。
　　所有数据经自控机柜内部交换机连接集气站通讯机柜中可网管交换机，采用重新规划的站控网段进行通讯，与自控系统服务器构成自控系统局域网完成数据通讯。
　　
　　图11自控系统硬件构架示意图
　　2.2.2系统组态及应用
　　系统组态包括数据库组态和操作界面组态两部分，需充分考虑到集气站就地自动控制、远程操作管理和远程集中监视运行以及各系统兼容、扩展等问题。
　　1）数据库组态
　　综合考虑集气站相关生产数据的报警、部分压力点连锁、逻辑功能实现以及辅助参数设置（如孔板计量参数）等因素，通过系统、合理组态，建立标准统一、功能健全的数据库，以满足数字化集气站实际应用需求。
　　2）操作界面组态（如图12）
　　操作界面组态时，遵循人机界面简单、直观、易于监控和操作的原则。
　　标准统一：站控画面采用统一模式、颜色、位号编排、主流程框架布局和受控点（设备、仪表、阀门等）样式，方便现场监控及操作；
　　分级组态：依据分类管理和细节监控的实际需要，分级、分层次建立监控页面，满足宏观监控和细节管理要求。
　　功能完备：针对不同数据点类型，具备点细节调阅、查询；关键报警、控制点，密码进入、条件设定。如控制点（控制指令输出），具有可弹出的面板选项及参数录入窗口。
　　作为整个站控系统的管理终端，所有生产数据信息和受控过程以一种更为全面和易于操控的方式呈现出来，能够更好的服务于现场生产运行管理。
　　图12集气站流程监控主界面
　　2.2.3视频安防系统改造（如图13）
　　通过部署集气站路口道闸、可视门禁、围墙红外报警、站场智能视频、远程广播等单元设备，实现集气站设备运行及人员、车辆出入情况远程监控，增强防盗窃、破坏和异常事件处置能力，确保现场安全平稳运行。其包括：
　　智能视频：非法闯入报警、图像跟踪锁定；
　　可视门禁：远程启闭、可视对讲和身份识别进入；
　　红外报警：周界全面布防、越界闯入报警；
　　远程广播：远程安全教育、闯入呼叫驱赶；
　　电子路卡：车牌识别、远程启闭和身份识别通行。
　　图13集气站安防系统画面
　　3数字化中心管理站建设
　　结合长庆油田公司数字化作业区“电子巡井、人工巡站、集中值守、区域监控、应急联动”运行管理模式要求，并综合考虑后勤保障、运行管理及建设投资等因素，依托处理厂倒班点建设作业区中心管理站（如图15），实现了气田单井、集气站的远程监控管理和应急响应。
　　图15中心管理站操作站
　　3.1中心管理站建设内容
　　中心管理站利用现有工控网络实现集气站生产数据的接入。从系统构成上，均采用2台冗余服务器配套多台操作站的架构（如图14），管理软件采用HoneywellPKS系统，数据库容量为65000点。
　　图14中心管理站网络拓扑图
　　中心管理站与集气站自控系统构成一个整体的数字化网络，其服务器通过交换机与集气站自控机柜进行通讯，实现集气站生产数据集中采集监控。中心管理站操作站对各集气站监控界面及数据进行重新整合，可远程实时监控和操作管理多个集气站，并根据不同生产实际和管理需要，合理设置系统报警及操作管理权限。
　　3.2中心管理站实现的功能
　　中心管理站可远程监管井口以及集气站生产，强化了作业区区部与井站之间的沟通联系，直接实现了生产现场可视化管理。具体功能总结如下：
　　1）可监控管理现场生产及视频安防系统；
　　2）可实现生产数据及安防系统自动报警；
　　3）可查询调阅现场历史数据及画面；
　　4）可对现场进行远程操作和应急管理；
　　中心管理站的应用，将分散的生产现场(井、站)的数据信息有机进行整合，便于作业区对所辖集气站、单井整体运行情况实时掌控、统一管理（如图16）。
　　图16中心管理站集中监控画面
　　4改造效果分析
　　目前，第三采气厂共投运数字化集气站20座，中心管理站2座，成功搭建了集生产、安全于一体的数字化管理体系，提高了现场管理水平：
　　1）降低了员工劳动强度，提高了生产效率
　　通过集气站自控、工艺系统升级完善，实现了数字化管理，减少了岗位员工对生产的直接参与和干预，降低了巡检维护强度，岗位员工配置由7人调减为3人；
　　2）节约了建设资金，方便了现场管理
　　依托处理厂建设作业区中心管理站，使井区中心站由5个缩减为2个，大幅降低了建设资金和土地投入，且后勤依托条件好，更便于作业区统一运行管理；
　　3）优化了人力资源配置，提高了管理效率
　　通过数字化集气站和作业区中心管理站配套建设、改造，实现了区部监控、调度等相关岗位整合，简化了管理层级（取消了井区管理层级）、降低了集气站岗位员工配置，强化了作业区应急维护大班，优化了劳动组织架构和人力资源配置，提高了管理效率。
　　4）提高了安全可靠性，转变了现场管理模式
　　在集气站具备现场自控功能的同时，扩展了远程操作、应急处置和集中监控管理等功能，并与作业区中心管理站相匹配，使集气站自动化水平和安全可靠性持续增强，实现了集气站管理模式的根本性转变（如图17）。
　　图17改造前后集气站管理模式对比
　　5总结和展望
　　随着苏里格气田开发建设工作的深入和数字化集气站优化、完善工作的不断继续，其在气田生产管理中的优势将得以更充分体现，也必将对长庆油田用工总量控制、管理水平提升和5000万吨目标的早日实现起到积极的推动作用。参考文献：
　　[1]王常力,廖道文.集散型控制系统的应用与设计
　　[M].清华大学出版社,1993.
　　[2]刘翠玲,黄建兵.集散控制系统[M].中国林业出版社,2006.
　　[3]朱天寿,刘祎.苏里格气田数字化集气站建设管理模式[J].天然气工业,2011.

《苏里格气田数字化集气站改造研究》

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文章名称： 苏里格气田数字化集气站改造研究

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