阿加德姆油田地面建设工程仪表自控系统的安装调试

2013-04-08杨成伟杨登峰

石油工程建设 2013年5期

杨成伟，杨登峰，熊伟

（中国石油天然气管道局第六工程公司，天津 300280）

0 引言

由于仪表自控系统对生产过程具有实时监控、集中化管理以及智能控制的特点，对生产的平稳、安全和准确运行起到了不可或缺的作用，因而得到广泛应用。仪表自控系统将生产运行中的压力、温度、流量、液位等数据信息进行实时采集、传输和分析，并进行过程控制，工作人员不出机房就能观测整个现场生产运行中的数据变化情况。

在尼日尔阿加德姆油田地面建设工程中，仪表自控系统由SCADA、DCS和SSS三个子系统组成。这三个不同的子系统，再加上现场终端种类繁多的仪表，构建成了一个复杂的、多级化的庞大控制网络。整个仪表自控系统是一个软硬件结合体，在安装调试过程中会遇到不同厂家的产品，而且阿加德姆油田处于撒哈拉沙漠地带，风沙极大，现场施工难度可想而知。如果安装方法或调试方法不当，就会耽误施工进度，甚至对仪表设备造成损坏，致使仪表自控系统无法正常运行，因此，选用合理有效的安装方法和调试方法，对于仪表自控系统顺利投产运行至关重要。

1 现场仪表自控系统施工的特点与难点

（1）自然环境恶劣。阿加德姆油田地处撒哈拉沙漠腹地，地表均为蓬松的沙子，气候炎热干燥，沙尘暴频繁。夏季最高气温46℃，最大风速46m/s，平均风速11.3 m/s，年均降雨量6 mm。这种环境极大地增加了施工难度，且易造成仪表设备的损坏。

（2）控制系统复杂。在阿加德姆油田地面建设工程仪表自控系统中，三个子系统与现场仪表和其他电气设备传输数据的I/O点有2 000多个。各个控制子系统还有着逻辑联锁控制、PID控制、泵的自动启停控制、油气流量压力液位的自动调节控制等。这三个控制子系统还需相互进行通讯，同时，DCS系统还要与计量橇、天然气压缩机橇、火炬橇等10个橇块通讯。

（3）现场仪表设备的种类和数量多。现场仪表设备既有采集生产运行数据用的雷达液位计、磁翻板液位计、差压液位计、油水界面仪、压力变送器、温度变送器、流量计，又有起着执行作用的各种调节阀、关断阀，还有起着安全监督作用的火焰探头、可燃气体探头。现场仪表设备的数量接近1 000个，在场站里的分布也比较分散，而且它们还是由多个厂家生产的。

（4）安装调试要求高。由于现场所有的仪表设备对安装方法和数据采集精度都有一定的要求，如果安装不得当，不仅会影响仪表的正常性能，还可能损坏仪表。这些仪表设备也容易受到外界环境的干扰，致使其工作不稳定，所以在调试过程中需采取多种方法来解决相关的问题。

（5）图纸变动。当设计图纸不完全符合现场的实际情况时，有时需要增加一个点位，一个控制回路，一个逻辑联锁，或者是对原有的控制回路逻辑联锁进行更改等，这些因素均可能导致图纸的变动。这就需要在施工调试前及时与设计方和厂家进行沟通，尽量减少这种情况的发生。

（6）施工难度大。现场环境恶劣，沙尘暴频繁，打开仪表盖接线时需防止沙尘进入仪表。控制系统网络庞大，因而电缆错综复杂，把这些错综复杂的电缆理顺并接入盘柜不是一件简单的事情，不但接线工作量比较大，而且也容易接错。调试时，2 000多个信号点位都需进行校对，并且很多点位都是从多芯电缆里分出来的，接到同一个接线箱过程中极容易弄混淆。故为了避免出现差错，有时一个信号需反复校对多次。

2 安装与调试关键步骤及技术经验

2.1 前期技术准备

开展各项施工之前，要先做好各种准备工作，才能提高以后施工调试的效率。

（1）熟悉掌握各种图纸和技术资料。不仅要摸透施工设计图纸，掌握各种控制、联锁回路的用意，及时与图纸设计人员沟通，解决相关的疑问；还要仔细查看各种仪表的技术资料，了解它们的性能参数，并确定和掌握相关的安装方法和调试方法。

（2）熟悉现场的生产工艺流程。仪表自控系统最终都是为现场的生产工艺服务的，了解了生产工艺之后，才能明白各个控制系统要实现的功能及其意义。同时，还要掌握工艺对生产设备的控制要求。

（3）吃透各个控制系统的技术资料，仔细思考实现各种控制功能的原理。主要的准备工作包括：熟悉各个控制站的功能及配置情况，通信网络的结构及各节点的分布情况，现场I/O信号的名称、种类、数量及在现场的分布情况，现场各种电气设备的功能及分布情况，各类仪表及执行器的功能及现场分布情况等。

（4）对各种仪表设备进行验收。仔细对照发货单和参数表，检查到货仪表设备是否有遗漏、参数不对或损坏的情况。收集好所有仪表设备的技术资料、合格证和检验报告。

（5）试验室检验。在专门的仪表试验室，对运抵现场的仪表进行检测，以便查看仪表是否在运输途中有损坏，并检测这些仪表设备的性能是否满足相关的设计精度要求。

2.2 电缆敷设

电缆敷设极为关键，但也是一个看似简单，实际操作起来并不容易的工序。若施工方法不当，容易造成电缆打结、排列混乱；稍微疏忽大意，也容易漏放、错放。在敷设电缆之前，要仔细揣摩电缆布置图和现场平面图，尽可能规划出最为便捷的电缆线路。

信号电缆、系统电缆、电源电缆和接地线有不同的走向和出线方式，在敷设电缆时，先敷设端子柜至系统柜的信号电缆，再敷设配电柜至各用电点的电源电缆，最后敷设系统电缆。I/O信号电缆敷设时，不要与动力线平行敷设，并尽量避开大的用电设备，以免信号受到强磁场的干扰。每敷设好一根电缆，就要及时在电缆两端用记号笔写上电缆编号，以便于电缆查询，也便于接线时对号入座。同时，在电缆表上做好标识和记录后，哪项电缆已敷设，哪项电缆还没有敷设就会一目了然，可有效避免漏放和错放。

为确保电缆的连接性能，在电缆敷设前后都要做绝缘性和通断性试验，对同轴电缆还要做阻抗特性及品质特性测试。

2.3 仪表设备安装和接线

（1）仪表设备安装。根据设计图纸的规定，将各种仪表按照位号对应安装到现场的管道和设备上。有些仪表对安装方向、角度都有要求，安装时如有偏差，就可能影响仪表的测量精度，所以在安装前需要仔细阅读说明书。安装过程中还需特别注意不能碰撞仪表，以免造成损坏。仪表上的挠性管安装方向都要竖直向下，以防止雨水进入；若挠性管安装方向反向（竖直向上），当挠性管松动时，雨水极易顺着挠性管与仪表的接口处流进仪表内部，腐蚀仪表和信号线路。同时由于地处沙漠环境，气温高、日照强烈，故安装时需要注意调整仪表的方向，避免仪表显示屏被直晒，并且在表头上方要设置遮阳罩。

（2）仪表设备接线。仪表盘柜和现场接线箱接口密集，端子口非常多，而且很多电缆都是20对的，稍不注意电缆两端的接线排列顺序就会不一致，造成信号误传。为解决这一繁琐的问题，现场采取以下方法：首先根据电缆里面的色带来确定接线排列顺序，如红、橙、黄、绿、蓝、青、紫；然后结合电缆编号和I/O端子图，来制作号码管，把图纸上电缆两端的端子号都打印到号码管上，这样既利于接线又利于查线；再把这些号码管按照已确定的接线排列顺序套到每一芯电缆上；最后根据这些电缆上的号码管直接接到盘柜和接线箱。

在沙漠环境中需要特别注意防范风沙，因为极细小的沙子很容易进入到仪表设备中，并对它们造成损坏。中控室和盘柜室要特别注意关紧门窗，防止沙子进入。在仪表开盖接线时，如不注意防范沙子，它们很容易黏附到仪表盖的螺纹里，若此时把后盖拧到仪表外壳上，整个仪表盖就会被沙子卡住，很难再打开；若发现有沙子黏附到了仪表盖螺纹里，应先用钢丝刷把沙子清理干净之后再上盖。

2.4 仪表系统接地

仪表系统接地大体分为保护接地和工作接地，前者是出于电气保护的目的，后者则是用于抑制外界磁场对仪表信号的干扰，如果处理不好就容易导致静电对仪表设备造成损坏，或导致外界磁场干扰仪表的正常工作，影响其信号检测和传输。在阿加德姆油田就曾出现过因为外界磁场干扰而影响仪表信号传输的问题，当时用来往罐外排液的电机旁边是一个带远传功能的磁翻板液位计，当电机运行的时候，电机所产生的磁场对磁翻板液位计远传的仪表信号产生了干扰，由于二者在罐体上的位置是固定的，不能挪移，后来采用薄的铁皮包裹磁翻板液位计，并将该铁皮接地，磁场信号干扰的问题才得以解决。

仪表盘柜端要做好工作接地和保护接地，且二者必须隔离分开。所有的电缆屏蔽线都只能在盘柜端做好单侧接地，现场端则要悬空。对于安装在高空中的仪表需要特别注意防雷保护，仪表和电缆保护钢管都要做好接地措施。

2.5 中控室控制系统与现场联通测试

（1）线路检查。在设备通电之前，需要检查控制系统机柜的进线电源线路，以及给仪表供电的出线电源线路，确保其正负极接线正确，保证其工作电压正常。对于连接现场仪表与中控室的电缆，直接从仪表终端查验至中控室盘柜端，用现场短接和负极接地测试的方法，来测试线路的通断性能及正负极是否连接正确。如果发现存在问题，再去检查现场的仪表接线箱，这样既可以提高工作效率，还能避免差错。

（2）信号检测。在查线完毕确认无误后，对自控系统盘柜进行通电测试。对于中控室控制系统的所有信号，都用专门的检测设备从现场仪表设备终端进行测试。对于模拟信号，通过从变送器、检测设备终端给中控室控制系统发射模拟信号，或者接收从中控室传送过来的模拟信号，来检查控制板卡的信号精度分辨能力，同时也可以检测线路信号的衰减情况。对于开关信号，用万用表在仪表终端检测其输入输出的逻辑正确性。

2.6 单体调试

单体调试的目的是确认控制系统能否驱动现场设备的实际运行，同时检验设备的运行状态信号、现场仪表与执行器的信号能否反馈到控制系统。这一调试目的也是检验系统必不可少的单体系统运行功能实现状况的必要手段。

（1）仪表设备单体通电测试。给现场仪表供电，查看各个仪表的工作情况，检验此前在试验室无法校验的仪表，并用手抄器和调试软件对产生数据偏差的仪表进行校正，对比现场仪表显示的数据与远传到中控室的数据。对阀门和各种执行机构，通过在中控室用组态软件对其发出各种指令，核对它们的执行动作。查看现场设备反馈到中控室的信号，检查组态软件上的各种信息和状态指示是否与现场一致。

（2）对电气联锁先进行空投试验。将现场各电气设备主回路断开，二次控制回路投入运行，使现场设备不运行，而I/O信号正常发生，避免了电气设备因反复调试操作而频繁启停。在反复调试过程中，逐项对系统的各项功能进行验证，如顺序控制、联锁控制、报警反馈、单台设备的启停控制等。对电气仪表设备的各个信号指示灯进行验证，并对产生各个I/O信号的继电器、接触器、开关等的动作情况进行检查。

（3）将现场仪表设备与执行机构和电气设备进行回路联锁调试。从现场仪表终端采集数据，然后进行分析判断，再反馈到现场执行机构，检验控制系统这一系列的功能是否达到设计参数。查看电气设备是否能按照正常的设计参数来进行自动启停。

在这一步骤中需要注意的是，有些电气设备对三相电的相序要求很高，如果相序不对，就会保护性跳闸，所以电气设备的接线，从发电机出口处就必须保证正相序接线。再者，在电气设备，特别是大功率电机附近工作的仪表可能会受到强磁场的影响而产生信号波动。为解决这种情况，最好将仪表与电气设备隔开一定的距离，如果安装位置已经确定难以改变时，可以在仪表的周围做一个铁皮罩，用来屏蔽电机所产生磁场的影响。

（4）根据生产工艺要求对各个控制功能模块进行调试。按照设计要求，对系统结构图、回路图、逻辑图等进行分单元、分回路测试，确认回路与回路之间、系统与系统之间的信号传送和联锁控制等相互关系都符合设计和生产要求。

（5）在单体调试中，对于不能实际动作的执行器、限位开关、仪表的开关量和模拟量的输入、输出信号等，可以根据现场实际情况采用手动辅助、外部输入、软件强制等措施加以模拟，使整个系统按设计的正确逻辑联锁关系运行。

2.7 控制系统联合调试

控制系统联合调试属于现场施工中最复杂的工作，这个环节工作量大、技术要求高、涉及面广，几乎涉及到系统所有功能的调试，涵盖了工艺、电气、自控、机械等多个专业。

（1）在联合调试过程中，按照工艺流程和生产工艺要求进行实际运行，检验各流程的控制功能、检验信号系统的正确性、检验各外部节点的可靠性和稳定性、检验整个系统的各项控制功能。同时，要对系统的报警、参数趋势、记录、权限管理、数据存储和报表等系统的所有管理功能进行调试和检验。

（2）在联合调试过程中，对整个控制系统的组态系统进行一次全面的检验，检查系统的控制算法、逻辑联锁是否符合设计要求，参数设置是否准确。逐步完善和优化组态系统的各个控制功能，并根据现场的实际生产工艺要求整定PID参数。

（3）整个调试过程充分考验系统的稳定性。因为现场几乎所有的设备都处于运行中，这对敏感的仪表产生了不小的信号干扰，而且管道与储罐里的油气含量不断在发生变化，这给仪表检测带来了很多波动性。在调试过程中，对设备运行间隔时间、过程控制参数设定与调整、工艺生产极限状况等要特别注意，这直接关系到系统今后的稳定运行。