王永勝 于洪慶 趙福丹

東營五色石測漏技術(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)特點及經(jīng)驗教訓(xùn)，為今后輸油管道緊急關(guān)斷系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用提供了參考。

［關(guān)鍵詞］輸油管道 泄漏監(jiān)測 聯(lián)鎖控制

泄漏是輸油管道運行中的主要故障。輸油管道突發(fā)重大泄漏事故時，需要能夠迅速自動聯(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，東營五色石泄漏檢測公司先后建設(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，本文對其中的經(jīng)驗和教訓(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)測系統(tǒng)獨立運行，獨立完成數(shù)據(jù)采集與控制功能。在控制中心可以實現(xiàn)泄漏自動聯(lián)鎖停輸，也可以由人工實施按鈕停輸。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)架

多站遠(yuǎn)程聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)獨立于其他SCADA系統(tǒng)和泄漏監(jiān)測系統(tǒng)LDS之外，由安裝于站庫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。

在每個輸油泵站安裝PLC自動控制器，調(diào)控中心安裝控制站和緊急停輸按鈕，既可以由系統(tǒng)自動停輸，也可由調(diào)度監(jiān)控人員實現(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。

（ 2） 通訊模塊。需要網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和一臺3G路由器，同時通過局域網(wǎng)和移動（聯(lián)通、電信）3G信號與各站PLC實時連接成網(wǎng)絡(luò)。

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

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

1.3 控制邏輯

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

1.4 系統(tǒng)特點

（ 1）無電腦不死機。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)等原因可能會不定時自動死機的隱患，確保了系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行。

（ 2） 獨立配置控制模塊。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)，確保運行的獨立和安全，并簡化所有現(xiàn)場操作，具有最快速的系統(tǒng)響應(yīng)時間。

（ 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)運行兩天。因為管道沿線站庫通信方式為局域網(wǎng)，通訊有可能時斷時續(xù)，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行，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，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，系統(tǒng)不再對該段進(jìn)行停泵操作，但不影響報警。掛起是非常有用的，當(dāng)通訊中斷或人工檢修時，必須對該段進(jìn)行掛起。本系統(tǒng)能自動對GPS不正常、流量計失電、段兩側(cè)通訊中斷、起停泵后的一段時間進(jìn)行掛起，避免影響正常輸送。當(dāng)人工檢修流量計等設(shè)備時，必須手動將該段掛起，以避免系統(tǒng)誤動作。

（ 5）仿真功能。將系統(tǒng)手動切換至仿真模式時，可以對各個設(shè)備的狀態(tài)情況進(jìn)行仿真輸入�？扇我庠O(shè)定各站流量，模擬出各段的泄漏情況，系統(tǒng)自動報警聯(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)試時必須各站互相配合，特別適合站間交通不便的場合。當(dāng)出現(xiàn)故障時，現(xiàn)場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)場再排出故障，大大縮短了停車時間。

（ 6）程序設(shè)計。程序編寫時采用了類似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)測系統(tǒng)“二合一”運行，完成數(shù)據(jù)采集與控制功能。在中控室可以實現(xiàn)泄漏自動聯(lián)鎖停輸，也可以由人工實施一鈕停輸。

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

（ 1）共用PLC模塊。測漏系統(tǒng)和聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)共用PLC模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠，經(jīng)濟(jì)實用性更好。

（ 2）引入輸油泵啟停狀態(tài)監(jiān)測信號。當(dāng)輸油泵啟動時會造成管線兩端的壓力和流量對比值發(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，當(dāng)外輸泵啟動或停止時系統(tǒng)會自動掛起，只檢測不動作，一定時間過后

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

免了系統(tǒng)的誤判斷。

（ 3）測漏系統(tǒng)和聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)相結(jié)合。測漏系統(tǒng)引入多種泄漏報警的判斷機制，較停輸系統(tǒng)更靈敏、更智能。測漏系統(tǒng)分等級報警，而最高級別報警與停輸系統(tǒng)聯(lián)鎖，并設(shè)有延遲時間。在設(shè)定的時間內(nèi)，還可取消停輸系統(tǒng)的緊急停輸控制動作。

3 應(yīng)用情況

對兩種管道聯(lián)鎖停輸系統(tǒng)都進(jìn)行了現(xiàn)場安裝應(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，總結(jié)出了需要改進(jìn)的地方。

3.1 電動閥供電應(yīng)與控制系統(tǒng)獨立

在系統(tǒng)建設(shè)時，采集控制系統(tǒng)接入了電動閥的供電控制供電電路，在單個電動閥動作時系統(tǒng)正常動作。而兩個電動閥同時動作時，由于啟動電流過大導(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，電動裝置的供電應(yīng)采用獨立的供電線路。

3.2 泄漏自動聯(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)時間超過5分鐘以上，防止出現(xiàn)誤動作。泄漏監(jiān)測報警值設(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。

3.3 與測漏系統(tǒng)關(guān)系

三套停輸系統(tǒng)均同時建設(shè)了測漏系統(tǒng)。測漏系統(tǒng)偏于監(jiān)測報警，追求靈敏度；停輸系統(tǒng)偏于聯(lián)鎖控制，追求可靠性。測漏系統(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，運行穩(wěn)定，快速、準(zhǔn)確、安全、可靠。實踐中采用人機結(jié)合運行模式，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算機控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》 .

作者簡介：王永勝，男， 1982年10月生， 2005年畢業(yè)于唐山學(xué)院機電一體化專業(yè)， 現(xiàn)任東營五色石測漏技術(shù)有限公司研發(fā)中心經(jīng)理 ，從事輸油管道泄漏監(jiān)測技術(shù)研究與應(yīng)用。

《管道保護(hù)》2016年第4期（總第29期）