王永勝 于洪慶 趙福丹

東營(yíng)五色石測(cè)漏技術(shù)有限公司

［摘 要］輸油管道泄漏遠(yuǎn)程聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)是減少泄漏損失、保障安全環(huán)保的重要手段，是智能化管線建設(shè)的重要組成部分。本文介紹了泄漏聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的兩種方式，總結(jié)了系統(tǒng)特點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為今后輸油管道緊急關(guān)斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了參考。

［關(guān)鍵詞］輸油管道 泄漏監(jiān)測(cè) 聯(lián)鎖控制

泄漏是輸油管道運(yùn)行中的主要故障。輸油管道突發(fā)重大泄漏事故時(shí)，需要能夠迅速自動(dòng)聯(lián)鎖停輸，從而大大減少泄漏量，降低泄漏損失，避免可能引發(fā)的著火、爆炸等次生事故，防止泄漏損失進(jìn)一步擴(kuò)大。輸油管道泄漏遠(yuǎn)程聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)也是智能化管線建設(shè)的重要組成部分。

近兩年來，東營(yíng)五色石泄漏檢測(cè)公司先后建設(shè)了多套輸油管道遠(yuǎn)程聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)，采取了兩種控制方式，本文對(duì)其中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)進(jìn)行了總結(jié)，以便為今后輸油管道緊急關(guān)斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供參考。

1 有中間站的輸油管道

某條輸油管道由首站、中間站、末站三座站庫(kù)組成，首站、中間站均有輸油泵、加熱爐，進(jìn)出站均有緊急關(guān)斷閥門。中間站原油直接插入主輸油管道。管網(wǎng)分布示意圖見圖1。

1.1 設(shè)計(jì)思路

輸油管道泄漏遠(yuǎn)程聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)，與泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集與控制功能。在控制中心可以實(shí)現(xiàn)泄漏自動(dòng)聯(lián)鎖停輸，也可以由人工實(shí)施按鈕停輸。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)架

多站遠(yuǎn)程聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)獨(dú)立于其他SCADA系統(tǒng)和泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)LDS之外，由安裝于站庫(kù)的停泵控制單元和安裝于調(diào)控中心的主控模塊等構(gòu)成，采用雙供電、雙通訊模式，即采用外供電源和UPS蓄電池雙電源、局域網(wǎng)和3G公網(wǎng)雙路冗余通訊，具有突然掉電、通訊故障、儀表誤差等多重保護(hù)邏輯，確保了系統(tǒng)安全可靠。

在每個(gè)輸油泵站安裝PLC自動(dòng)控制器，調(diào)控中心安裝控制站和緊急停輸按鈕，既可以由系統(tǒng)自動(dòng)停輸，也可由調(diào)度監(jiān)控人員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程緊急停輸控制。系統(tǒng)構(gòu)架框圖見圖2。

（ 1） 控制模塊。采用高性能PLC，采集管道進(jìn)出口的壓力、流量、泵爐閥狀態(tài)，控制泵爐閥停運(yùn)。

（ 2） 通訊模塊。需要網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和一臺(tái)3G路由器，同時(shí)通過局域網(wǎng)和移動(dòng)（聯(lián)通、電信）3G信號(hào)與各站PLC實(shí)時(shí)連接成網(wǎng)絡(luò)。

（ 3） GPS模塊。用來產(chǎn)生準(zhǔn)確時(shí)間和提供校時(shí)脈沖，保證各站PLC間時(shí)鐘同步。

（ 4） UPS電源。提供不間斷電源，用于系統(tǒng)停電時(shí)短時(shí)間內(nèi)供電。

1.3 控制邏輯

通過流量對(duì)比，一旦輸差超過設(shè)定值，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)鎖停輸，自動(dòng)啟動(dòng)緊急停輸流程，如管道上下游各站自動(dòng)順序完成設(shè)定的停輸動(dòng)作，實(shí)施停爐、停泵、關(guān)閥等操作。系統(tǒng)也可通過緊急停輸按鈕信號(hào)立即自動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)鎖控制邏輯。

1.4 系統(tǒng)特點(diǎn)

（ 1）無電腦不死機(jī)。系統(tǒng)的采集、通訊、控制等過程均由PLC完成，狀態(tài)顯示采用觸摸屏，系統(tǒng)沒有電腦參與，也就消除了電腦由于操作系統(tǒng)等原因可能會(huì)不定時(shí)自動(dòng)死機(jī)的隱患，確保了系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

（ 2） 獨(dú)立配置控制模塊。為了最大限度提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用獨(dú)立采集處理系統(tǒng)不與別的站內(nèi)系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)，確保運(yùn)行的獨(dú)立和安全，并簡(jiǎn)化所有現(xiàn)場(chǎng)操作，具有最快速的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。

（ 3）雙電源雙通訊。采用UPS不間斷電源供電，在站內(nèi)停電的情況下也可持續(xù)運(yùn)行兩天。因?yàn)楣艿姥鼐�站庫(kù)通信方式為局域網(wǎng)，通訊有可能時(shí)斷時(shí)續(xù)，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，所以本系統(tǒng)采用局域網(wǎng)和3G雙路冗余通訊方式，各站均保持心跳信號(hào)，提高了通訊的可靠性和穩(wěn)定性，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。

（ 4）具有掛起功能。泄漏防護(hù)是以管段為單位的，當(dāng)某一段掛起時(shí)，系統(tǒng)不再對(duì)該段進(jìn)行停泵操作，但不影響報(bào)警。掛起是非常有用的，當(dāng)通訊中斷或人工檢修時(shí)，必須對(duì)該段進(jìn)行掛起。本系統(tǒng)能自動(dòng)對(duì)GPS不正常、流量計(jì)失電、段兩側(cè)通訊中斷、起停泵后的一段時(shí)間進(jìn)行掛起，避免影響正常輸送。當(dāng)人工檢修流量計(jì)等設(shè)備時(shí)，必須手動(dòng)將該段掛起，以避免系統(tǒng)誤動(dòng)作。

（ 5）仿真功能。將系統(tǒng)手動(dòng)切換至仿真模式時(shí)，可以對(duì)各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)情況進(jìn)行仿真輸入。可任意設(shè)定各站流量，模擬出各段的泄漏情況，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警聯(lián)鎖停輸，依次改變泵、閥的仿真工作狀態(tài)，可以查看PLC的執(zhí)行情況，確定PLC聯(lián)鎖停輸功能的正常與否。應(yīng)用仿真功能就可以在中間站完成所有模擬操作，可以測(cè)試通訊情況、系統(tǒng)泄漏切斷及掛起功能。還可以免除調(diào)試時(shí)必須各站互相配合，特別適合站間交通不便的場(chǎng)合。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員也可通過仿真功能方便地查找問題，不用等待工程師趕到現(xiàn)場(chǎng)再排出故障，大大縮短了停車時(shí)間。

（ 6）程序設(shè)計(jì)。程序編寫時(shí)采用了類似MVC模式（即采用了顯示和業(yè)務(wù)邏輯相分離編程方式），方便程序功能的添加和調(diào)試。

2 首末站單段輸油管道

該條輸油管道是最簡(jiǎn)單的首末兩站模式，首站有輸油泵、加熱爐，末站直接進(jìn)罐。

2.1 設(shè)計(jì)思路

輸油管道泄漏遠(yuǎn)程聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)，與泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“二合一”運(yùn)行，完成數(shù)據(jù)采集與控制功能。在中控室可以實(shí)現(xiàn)泄漏自動(dòng)聯(lián)鎖停輸，也可以由人工實(shí)施一鈕停輸。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)架

單段管道聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖3。

2.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

（ 1）共用PLC模塊。測(cè)漏系統(tǒng)和聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)共用PLC模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性更好。

（ 2）引入輸油泵啟停狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)。當(dāng)輸油泵啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成管線兩端的壓力和流量對(duì)比值發(fā)生大范圍變化，系統(tǒng)有可能認(rèn)為該段管線出現(xiàn)泄漏或憋壓狀況從而聯(lián)鎖停泵。本系統(tǒng)引入了設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)外輸泵啟動(dòng)或停止時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)掛起，只檢測(cè)不動(dòng)作，一定時(shí)間過后

待管線兩端的狀態(tài)穩(wěn)定后系統(tǒng)再自動(dòng)投用，這樣可以屏蔽設(shè)備啟停時(shí)造成的數(shù)據(jù)波動(dòng)，避

免了系統(tǒng)的誤判斷。

（ 3）測(cè)漏系統(tǒng)和聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)相結(jié)合。測(cè)漏系統(tǒng)引入多種泄漏報(bào)警的判斷機(jī)制，較停輸系統(tǒng)更靈敏、更智能。測(cè)漏系統(tǒng)分等級(jí)報(bào)警，而最高級(jí)別報(bào)警與停輸系統(tǒng)聯(lián)鎖，并設(shè)有延遲時(shí)間。在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，還可取消停輸系統(tǒng)的緊急停輸控制動(dòng)作。

3 應(yīng)用情況

對(duì)兩種管道聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)都進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)用，在系統(tǒng)調(diào)試和應(yīng)用過程中，取得了豐富的

經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了需要改進(jìn)的地方。

3.1 電動(dòng)閥供電應(yīng)與控制系統(tǒng)獨(dú)立

在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，采集控制系統(tǒng)接入了電動(dòng)閥的供電控制供電電路，在單個(gè)電動(dòng)閥動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)正常動(dòng)作。而兩個(gè)電動(dòng)閥同時(shí)動(dòng)作時(shí)，由于啟動(dòng)電流過大導(dǎo)致空氣開關(guān)斷電保護(hù)，采集控制系統(tǒng)全部中斷。因此，電動(dòng)裝置的供電應(yīng)采用獨(dú)立的供電線路。

3.2 泄漏自動(dòng)聯(lián)鎖

管道首末站輸差值作為聯(lián)鎖控制的條件，應(yīng)適當(dāng)設(shè)置較大值，如首站外輸量的5%以上，持續(xù)時(shí)間超過5分鐘以上，防止出現(xiàn)誤動(dòng)作。泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警值設(shè)置應(yīng)偏靈敏，如首站外輸量的1%以內(nèi)，通過人工分析排除誤報(bào)。

3.3 與測(cè)漏系統(tǒng)關(guān)系

三套停輸系統(tǒng)均同時(shí)建設(shè)了測(cè)漏系統(tǒng)。測(cè)漏系統(tǒng)偏于監(jiān)測(cè)報(bào)警，追求靈敏度；停輸系統(tǒng)偏于聯(lián)鎖控制，追求可靠性。測(cè)漏系統(tǒng)和停輸系統(tǒng)相互配合，缺一不可，共同確保輸油生產(chǎn)安全。測(cè)漏系統(tǒng)作為泄漏監(jiān)控的第一道防線，監(jiān)控人員作為第二道防線，停輸系統(tǒng)作為第三道防線，從而形成了泄漏監(jiān)控的三道防線，提高了管道生產(chǎn)的安全可靠程度。

4 結(jié)論

輸油管道泄漏遠(yuǎn)程聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)采用了先進(jìn)的控制思想邏輯、可靠的PLC控制模塊、雙回路通訊技術(shù)，提高了管道的自動(dòng)化、安全化、現(xiàn)代化管理水平。系統(tǒng)已經(jīng)在多條輸油管道上應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定，快速、準(zhǔn)確、安全、可靠。實(shí)踐中采用人機(jī)結(jié)合運(yùn)行模式，進(jìn)一步提高了安全可靠性。

參考文獻(xiàn)：

［1］毛寶瑚，鄭金吾 ，劉敬彪. 油氣田自動(dòng)化［M］ .石油大學(xué)出版社， 2005-01.

［2］ GB/T 50823-2013 《油氣田及管道工程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》 .

作者簡(jiǎn)介：王永勝，男， 1982年10月生， 2005年畢業(yè)于唐山學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)， 現(xiàn)任東營(yíng)五色石測(cè)漏技術(shù)有限公司研發(fā)中心經(jīng)理 ，從事輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用。

《管道保護(hù)》2016年第4期（總第29期）