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安全控制系統(tǒng)在油氣田處理裝置的應(yīng)用

文檔作者：紀(jì)玉學(xué) 楊超文檔來(lái)源： ABB(中國(guó))有限公司中國(guó)石化國(guó)際石油工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月28日
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 Technology
技術(shù)縱橫
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1
安全控制系統(tǒng)在油氣田處理裝置的應(yīng)用
 Application of the Security Control System in Oil and Gas Processing Unit
紀(jì)玉學(xué)(ABB(中國(guó))有限公司,北京100015)
楊超(中國(guó)石化國(guó)際石油工程有限公司-阿爾及利亞公司,阿爾及利亞英納梅那斯33200)
摘要:以安全控制系統(tǒng)在阿爾及利亞Zarzaitine油的應(yīng)用,介紹安全控制的作用。該系統(tǒng)是適用于高溫、高壓、易燃及易爆等連續(xù)性生產(chǎn)
系統(tǒng)的硬件配置和軟件組態(tài),以及安全控制系統(tǒng)容錯(cuò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
裝置的安全保護(hù)系統(tǒng)。在此,以中國(guó)石化在阿爾及利亞 Zarzaitine
關(guān)鍵詞:安全控制系統(tǒng):四重化:油氣處理
油田處理裝置中的應(yīng)用為例,介紹其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
 Abstract: This paper introduces the application of the security control system
 n Algeria Zarzaitine oilfield. The hardware and software configuration of the
1阿爾 Zarzaitine及利亞油田處理裝置控制系
 security control system and the advantages of the fault tolerant structure of the統(tǒng)簡(jiǎn)介
 system are also gi
如圖1所示, Zarzaitine油田處理裝置控制系統(tǒng)由3套DCS系
 Key words: Security control system: QMR: Oil and gas procssing unit
統(tǒng)和3套SCS系統(tǒng)構(gòu)成,分別安裝在儲(chǔ)油站和處理站。以儲(chǔ)油站
(C4)為中心,采用多系統(tǒng)集成的方式實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與傳
輸、生產(chǎn)過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制、歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警記錄的存儲(chǔ)與
打印,生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)和生產(chǎn)報(bào)表的自動(dòng)采集、生成及存儲(chǔ)等功能。
在儲(chǔ)油站(C4)和處理站(CPIE和CTE)分別安裝了一套SCS系
統(tǒng),實(shí)現(xiàn)整個(gè)處理流程的一級(jí)關(guān)斷,處理站停運(yùn)/停輸或儲(chǔ)油站停
運(yùn)/停輸二級(jí)關(guān)斷,單體設(shè)備緊急停車三級(jí)關(guān)斷。
現(xiàn)作防火與工廠管理網(wǎng)接口
 Zarzaitine油田提高采收率工程是中國(guó)石化開(kāi)拓阿爾及利亞石
鐵與
油天然氣市場(chǎng)所獲得的第一個(gè)石油開(kāi)發(fā)合作項(xiàng)目該油田位于撒
哈拉沙漠東部與利比亞邊境毗鄰的伊利奇(lii)盆地,距阿爾
及利亞首都1500公里?，F(xiàn)已正式投產(chǎn)
為了應(yīng)對(duì)裝置意外事故, Zarzaitine油田設(shè)計(jì)使用了三套安
全控制系統(tǒng)(Safety Control System,SCs),分別安裝在處理站
(CPIE和CTE)和儲(chǔ)油站(C4)。安全控制系統(tǒng)是能夠?qū)ιa(chǎn)
過(guò)程中可能發(fā)生的危險(xiǎn),以及不采取緊急措施將會(huì)繼續(xù)惡化的狀
態(tài),迅速做出響應(yīng)并關(guān)斷保護(hù)的系統(tǒng),可保護(hù)裝置平穩(wěn)運(yùn)行,特
處理C
別是對(duì)消除重大災(zāi)難性事故,保證人員和裝置安全具有至關(guān)重要
圖 Zarzaitine油田處理站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
 86 AUTOMATION PANORAMA 2015
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2安全控制系統(tǒng)硬件配置
輔助操作臺(tái)用于緊急關(guān)斷閥的手動(dòng)操作,緊急關(guān)斷、火災(zāi)和
 ZarzaitineABB油田處理裝置采用的是 Industrial IT800可擴(kuò)展自可燃?xì)怏w運(yùn)行狀態(tài)指示,臺(tái)面布置有sCS邏輯投用/切換開(kāi)關(guān),手
動(dòng)化系統(tǒng),包括過(guò)程控制系統(tǒng)(DCS)和安全控制系統(tǒng)(SCS)。該動(dòng)操作鑰匙開(kāi)關(guān)和信號(hào)狀態(tài)指示燈上述開(kāi)關(guān)及指示燈與SCS系
項(xiàng)目采用的安全控制系統(tǒng)為四重化配置,安全控制器和安全O模塊統(tǒng)的輸入/輸出模塊通過(guò)硬接線連接。
均基于ABB的“嵌入式差異化”技術(shù),認(rèn)證為SIL3安全等級(jí)
工程師站兼做事件順序記錄站(Sequence of Event,SOE)
sC控制系統(tǒng)包括主處理器(PM865)協(xié)同處理器是指在每次掃描期間,SCS處理器檢查所指定的,被稱為事件的
(SM811),輸入輸出模塊、電源模塊及通訊模塊等,所有模塊離散變量的狀態(tài)改變,當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生時(shí),輸入輸出模塊將變量
采用導(dǎo)軌式安裝,側(cè)面插針式連接。這些模塊,輔助儀表和接線的當(dāng)前狀態(tài)和時(shí)間作為SOE記錄存儲(chǔ)在緩沖區(qū)內(nèi),時(shí)間標(biāo)簽精度
端子集成安裝于及機(jī)柜中SCS控制器由高可靠性硬件組成,其可達(dá)到1ms,SOE記錄由打印機(jī)輸出或轉(zhuǎn)換為SOE.LOG文件存儲(chǔ)
特點(diǎn)是容錯(cuò)功能(Hardware Implemented Fault Tolerance,HiFT)
于工作站硬盤,SOE記錄按變量狀態(tài)改變時(shí)間的先后順序排列,
和四重化模塊冗余結(jié)構(gòu)(Quadruple Modular Redundant QMR)這有利于聯(lián)鎖動(dòng)作后的分析診斷
實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)相比,減少了處理器的工作負(fù)荷,使得控制反應(yīng)時(shí)間更3安全控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)與組態(tài)應(yīng)用
短,可靠性更高QMR即SCS的關(guān)鍵電路均實(shí)現(xiàn)四重化,安全控
3.1控制網(wǎng)絡(luò)
制器和安全1/O模塊均基于ABB的“嵌入式差異化”技術(shù),控制
該項(xiàng)目采用的交換機(jī)為工業(yè)級(jí)交換機(jī),冗余配置,具備網(wǎng)絡(luò)
器和O模塊擁有嵌入式差異化井行處理路徑,其中通道間的主管理功能,網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)故障信息可以在操作員站中識(shí)別和記錄。
動(dòng)差異校驗(yàn)得益于內(nèi)部主動(dòng)診斷。嵌人式差異化結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)的儲(chǔ)油站和處理站通過(guò)光纜連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,服務(wù)器、控制器
冗余方案的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)模塊具有獨(dú)立的故障模式(將潛在的共和網(wǎng)絡(luò)均為冗余配置,提高系統(tǒng)的可靠性
因失效故障概率降到最低)。輸入輸出模塊也采用帶有嵌入式差
控制網(wǎng)絡(luò)可配置為星型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。SCS控制器帶有2個(gè)以太
異化技術(shù)的兩個(gè)信號(hào)通道:一個(gè)采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)網(wǎng)絡(luò)接口,采用網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議RP(Redundant Network Routing
技術(shù),另一個(gè)采用微控制單元(MCPU),這樣的硬件結(jié)構(gòu)保證了 Protocol)
SCS系統(tǒng)具有較高的可靠性和可用性。如圖2所示
(
(1)可連續(xù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通路的狀態(tài),故障時(shí)報(bào)警,自動(dòng)切換
 CEX Bus
 ModuleBus
(2)高、底層的協(xié)議是透明的,完全兼容TCP/IPEthernet
(3)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到兩個(gè)完全獨(dú)立的以太網(wǎng)
(4)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)P地址
 CPU
(5)主P地址用于節(jié)點(diǎn)的辨識(shí)
(6)主網(wǎng)路故障時(shí)RNRP將自動(dòng)完成通路的切換
網(wǎng)絡(luò)的最上層為信息管理網(wǎng),配置硬件防火墻,通過(guò)OPC通
 Inv.RAM
 Iny.RAM
訊協(xié)議同工廠信息管理網(wǎng)進(jìn)行單向數(shù)據(jù)傳輸,既滿足生產(chǎn)管理信
 Superv. Lo
息的外輸需求,又可保證系統(tǒng)的安全:中間層為過(guò)程控制網(wǎng),采
 Superv.L
用高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)作為其過(guò)程控制網(wǎng),連接工作站、服務(wù)器
協(xié)同處理器
CPU主處理器
PM865
10模塊
現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)
和控制站,傳輸實(shí)時(shí)信息底層為控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通訊,采用高
圖2ss系統(tǒng)架構(gòu)速通訊系統(tǒng) Module Bus總線通訊速率10mb/s,是控制器與各
工程師站及操作站選用工業(yè)級(jí)工作站,配備系統(tǒng)組態(tài)和監(jiān)站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的通道
控軟件,兼具儀表工程組態(tài)維護(hù)和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控功能,并采用用
系統(tǒng)通過(guò)過(guò)程控制網(wǎng)連接工作站、服務(wù)器與控制站,完成站
戶分組、口令登錄方式實(shí)現(xiàn)操作環(huán)境的轉(zhuǎn)換。工作站配有以太網(wǎng)與站之間的數(shù)據(jù)交換。過(guò)程控制網(wǎng)可以連接多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)成為組合
卡,余配置,基于 TCPIP的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)與SC系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)每個(gè)控制站的容量可以滿足一般裝置的需要,以VO站為單
模塊建立雙向數(shù)據(jù)通訊,用于監(jiān)控和組態(tài)數(shù)據(jù)的上傳和下裝
位,一個(gè)控制站可以擴(kuò)展到7個(gè)1O站和96個(gè)O模塊。每個(gè)O模塊
(下轉(zhuǎn)99頁(yè))
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(上接87頁(yè))
均帶有專用微處理器,可以對(duì)模塊進(jìn)行控制、運(yùn)算、檢測(cè)、處理
與診斷,使系統(tǒng)的可靠性得以提高。
所示,從4:41:04開(kāi)始投入脫硝噴氨自動(dòng)控制,到4:59:32退出脫
硝噴氨自動(dòng)控制,期間最大的超調(diào)量為16mg/m,低于設(shè)計(jì)值
32軟件組態(tài)
每套sC系統(tǒng)都提 Windows高了基于平臺(tái)的系統(tǒng)組態(tài)軟
其余點(diǎn)均維持在設(shè)定值附近波動(dòng)。出口NOx在環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求的1件 Control Builder Safe,該軟件安裝于工程師站中,可用于進(jìn)
100mgm3以下,證明脫硝噴氨自動(dòng)能夠滿足控制要求
行系統(tǒng)硬件配置、定義輸入/輸出,還可調(diào)用各種功能塊進(jìn)行控制
程序組態(tài),組態(tài)界面同DCS系統(tǒng)完全一致,區(qū)別在于SCS系統(tǒng)采
用的數(shù)據(jù)庫(kù)(Library)滿足SIL-3安全等級(jí)認(rèn)證。該軟件還具備離
線仿真測(cè)試功能,包括軟控制器(oft-《SoItCqntrolurnq《)模塊,可以用
來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷、在線維護(hù)及控制邏輯的模擬測(cè)試
3.3人機(jī)界面
 ABB Industrial IT8800xA系統(tǒng)軟件具有中文顯示,界面友好和
1易于操作的特點(diǎn)。操作畫(huà)面的設(shè)計(jì)采用主菜單形式,可設(shè)置按鈕
1進(jìn)行切換,主要包括主菜單工藝流程圖、總貌、報(bào)表,報(bào)警及
歷史趨勢(shì)等畫(huà)面。主菜單畫(huà)面中匯總了各個(gè)畫(huà)面的按鈕,操作人
員根據(jù)維護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際需要進(jìn)入各個(gè)畫(huà)面進(jìn)行監(jiān)視并操作基于
圖6噴氨自動(dòng)調(diào)節(jié) Windows趨勢(shì)圖系列作系統(tǒng),大量采用 Windows標(biāo)準(zhǔn)控件,使得操作
保持一致性同時(shí)提供了在線幫助功能
4結(jié)語(yǔ)
168小時(shí)試運(yùn)期間共耗氨18.48噸,日均耗氨2.64噸左右。每
4結(jié)語(yǔ)
噸按2500元計(jì)算,日運(yùn)行費(fèi)用6600元,而日脫硝補(bǔ)償電費(fèi)約4萬(wàn) zarzitin田的儲(chǔ)油站和處理站分別設(shè)計(jì)安裝了安全控制系統(tǒng)
元,因此每日為廠里創(chuàng)造約3萬(wàn)余元的經(jīng)濟(jì)效益,脫硝系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近1
3個(gè)月的運(yùn)行,目前還處于設(shè)備磨合階段。由于20147月1日即將1后,對(duì)防止和杜絕生產(chǎn)裝置發(fā)生重大或?yàn)?zāi)難性的事故,在人員的安
實(shí)施新的排放標(biāo)準(zhǔn)(NOx小于100mg/m),因此在這期間要繼續(xù)全、健康和裝置安全生產(chǎn)方面起到至關(guān)重要的作用,對(duì)同類油氣處
此在
理裝置的設(shè)計(jì)和改造有一定的參考意義。同時(shí)對(duì)操作,控制和維護(hù)
抓好設(shè)備維護(hù)及改造,防止由于設(shè)備缺陷造成排放長(zhǎng)時(shí)間超標(biāo)1
從目前情況看脫硝系統(tǒng)總體正常,噴氨流量自動(dòng)控制也能夠長(zhǎng)期
的要求也愈發(fā)嚴(yán)格,任何影響到裝置安全的誤操作或維修失誤都可
投入,一來(lái)減輕了運(yùn)行人員監(jiān)盤負(fù)擔(dān),二來(lái)提高了噴氨效果,既能導(dǎo)致關(guān)斷停產(chǎn),因而對(duì)操作和維護(hù)人員素質(zhì)的要求也就更高
將NOx控制在達(dá)標(biāo)范圍內(nèi),又不浪費(fèi)液氨原料,節(jié)省運(yùn)行成本,
并且控制氨逃逸量,減少對(duì)空預(yù)器等設(shè)備的腐蝕
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2]中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部GB13223-211電廠大氣污染物排放標(biāo) FOR SAFETY CONTROL SYSTEM(ccpiecte). PROJECT
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3下花園發(fā)電廠脫硝工程調(diào)試報(bào)告Z
3 ABB Industrial80A可擴(kuò)展自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)手冊(cè)Z
作者簡(jiǎn)介
作者簡(jiǎn)介:
程松黨(1982-),男,河南漯河人,工程師,2006年畢業(yè)于
東北電力大學(xué),現(xiàn)就職于大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司下花園發(fā)
紀(jì)玉學(xué)(981,男,黑龍江人,工程師,本科,現(xiàn)就ABB
(中國(guó))有限公司,主要研究方向?yàn)楣I(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用
電廠設(shè)備部,從事火電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)工作,主要研究方向
為熱工自動(dòng)及DCS邏輯優(yōu)化
楊超(1983-),男,遼寧人,工程師,本科,現(xiàn)就職于中國(guó)
石化國(guó)際石油工程有限公司阿爾及利亞分公司,主要研究方向
為工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用。
 2015.9 AUTOMATION PANOR
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