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油田自动化生产安全保护系统的建设

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doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2013.3.0391 油田安全保护系统构建1.1 自动化系统故障风险识别由于油田的生产过程中涉及的都是易燃、易爆介质,为了保证生产过程中涉及的人员、环境和设备的安全,需要针对自动化系统存在的潜在风险建立自动化的安全保护系统。油田生产中存在的安全风险主要有两个方面:-是由于生产工艺系统自身的故障所引起的系统故障,比如液位控制环路故障,加热器和燃烧器温度控制环节故障,压力异常导致的故障,各类集输管线破裂或憋压引起的故障等。二是由工艺系统之外的外部因素引起的事故,比如火灾、爆炸、机械设备失效和操作人员失误等。

1.2 安全保护系统的类别针对系统故障及油田工艺流程的控制要求,油田自动化系统构筑了三套独立又相互关联的系统:- 是针对工艺过程的调节与控制而设计的过程控制系统 (SCADA),即当生产过程中某工艺环节参数出现异常的波动使系统无法平稳运行时,过程控制系统能够对其进行有效调节,使其回归到稳定值而满足工艺要求 ,使系统重归正常运行状态。二是针对 工艺 系统故 障而设计 的工 艺过程关 停 系统(PSD),即当过程控制系统 自身出现故障,无法对被控参数实施及时的调节而使参数超过整定阀值,而有可能引发危险事故时,过程关停系统就发出控制指令,对被控参数超过整定阀值的工艺环节实施个别关停操作;同时开启对应的旁通系统,起到保护设备、阻止危险进-步发展的作用。三是针对工艺系统之外的因素引起的突发故障而设计的紧急关停系统 (ESD),即当过程关停系统也出现故障而无法起到局部关停操作或者出现火灾、爆炸、机械设备失效等突发故障时,紧急关停系统立即启动,对所有设备及站外井口实施关停操作,以防止事故进-步扩大或控制因事故而造成的损失。

1.3 安全保护系统的组成安全保护系统主要由输入单元、输出单元和控制装置三部分构成。其中在输入单元中设置了各类工艺参数越限开关、关停按钮、相关参数及故障源监测系统等;输出单元主要由各类电磁阀组和声光报警装置等构成,在某些自动化系统的输出操作中也有采用气动执行元件来实现的;而控制装置由可编程控制器 (PLC)、继电器组和集散控制系统的顺序控制单元构成∝制装置通过检测输入开关的变化,结合相应的工艺要求或整定值进行必要的逻辑计算,然后按照运算结果输出相应的控制信号至输出单元的执行机构,从而使输出单元实现安全保护的功能。

2 安全保护系统中PLC的应用可编程序控制器 (PLC)是-款由西门子公司于20世纪60年代开发研制出的具有微处理器的控制装置,-般由电源、中央处理器单元 (cpu)、模拟量输入输出拈、数字量输人输出拈及通讯拈等构成,用来对生产现场实际运行数据进行采集,并按照用户程序对其进行处理和运算。用户程序是由用户按照工艺生产、管理要求自行设计编制的,能够实现各项预期功能的程序组成。

按照油田自动化的具体要求和油田生产的实际情况,油田安全保护系统中-般会选用西门子S7-3O0系列PLC,结构上主要包括电源、CPU模块(S7-315-2DP)、数字量输人/输出拈SM323、模拟量输入拈SM331、模拟量输出拈SM332。为提油气田地面z程 (http://www.yqtdmgc.c。m) -71-第32卷第3期 (2013.03)(仪表电气)油田生产自动化系统集成方案设计与实现查欣 淄博职业学院摘要:按照现在油田企业已有的生产自动化系统的应用情况,采用Web服务集成的关键技术和原理,设计-个基于Web Services的油田生产 自动化集成框架。集成框架的重要组成部分是应用集成引擎,它是建立在Web基础上的-种设计,这个应用集成的主要功能是完成油田生产自动化系统的信息流和控制流的自动化流转。Web Service的集成模型主要由流程定义、服务检索、服务匹配和服务集成等组成,其功能是把油水井的信息以及注水站的生产信息等进行集中管理,以便构成二级单位生产运行的综合平台。

关键词:Web Seice技术;生产自动化;资源;模型doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2013.3.040油田生产自动化系统大多分散在油田的各个职能部门中,各个部门要实现相互合作非常难,这样油田的信息就会变得非常封闭。在旧能地节省成本的基础上,应建立各单位油田生产信息资源共享机制,增强油田的业务处理能力,因此这就要求整合现有的资源,建立油田自动化集成系统。

1 集成方案设计按照现在油田企业已有的生产自动化应用系统的应用情况,采用web服务集成的关键技术和原理,设计-个基于Web Seices的油田生产自动化集成框架。这个框架是从Web Seices体系的结构角度出发,然后把各种生产系统都囊括进来,所设计 的框架 中的核心拈是 Web Seice的应用引擎,实现各个应用系统的信息能够自动地运转。基于Web Seice的油 田生产 自动化系统集成框架如图1所示。

油田生产 自动化系统集成-定要充分考虑系统的扩展性 ,不仅要按照已有的自动化系统来扩展 ,同时还要旧能地创造以后系统升级的条件。如果要根据这个框架来进行有关的系统应用集成时,这个应用系统不仅可以是已经投人生产运行的油田生产自动化系统,还可以是刚刚开发的基于Web Senr高安全保护系统的可靠性,对安全保护系统有必要设计双冗余或多冗余装置,以便在其中的-套PLC控制系统发生故障时能够无缝 隙地投入另-套PLC,从而确保油田安全保护系统具有连续性和稳定性。

- 般安全保护系统是作为油田自动化系统的现池制站存在的,并通过网关直接接人通讯网络中,其结构如图1所示。

图1 控制装置与DOS的连接示意油田安全保护系统的设计应该遵循以下原则:按照自动化控制系统的工艺要求,对工艺设备和工艺系统中存在的安全风险进行识别和评价,并以评价结果为依据进行保护措施的设计;安全保护系统中输入传感器和关断阀、泄压阀等的安装位置,应该按照工艺仪表流程图和安全风险分析的结果进行确定,并且按照工艺要求来选定其型号与规格 ;按照安全保护系统的输人、输出点数的多少和分布情况来选择PLC的I/O拈型号 ;按照扫描时间、通讯网络架构、应用现场的干扰源情况及抗干扰能力要求等,来确定PLC的型号;根据输入输出逻辑关系表及I/O点的分配情况,来设计梯形图。

3 结语油田自动化安全保护系统是油田自动化的重要组成部分,是确保油田安全生产、预防和遏制重特大工业事故的坚强屏障。而PLC作为当前应用最为广泛的控制系统,其在油田安全保护系统的应用已经趋于成熟,所以认识和了解油田安全保护系统在油田生产中的作用及其结构组成,对油田自动化系统安全可靠运行,以及系统投入运行后的操作与维护管理工作都有十分重要的意义。

(栏 目主持 关梅君)- 72- 油气田地面工程 (hLcp://

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