多线路成品油管道场站控制系统无扰动搬迁的可行性分析

傅天昱

中国石油天然气股份有限公司管道西安输油气分公司，陕西西安 710018

长输管道运行期间，由于线路改线、规划变更等原因会进行场站改造，乃至整体性搬迁。以兰郑长成品油管道咸阳输油站为例，由于站控室改建，整个站控系统需要整体物理搬迁。兰郑长成品油管道自动化控制水平较高，输油设备和自动化控制设备关联较紧密；同时，日常输油任务较为饱满，允许间隙停输的时间短。在这种情况下，如何做到整体搬迁，又尽量避免给正常输油生产带来扰动并保证管道安全，是管道运行管理者面临的一项技术难题。兰郑长管道咸阳站有多条管道进出，工艺流程复杂，输油设备种类繁多，这些因素更增加了改造本身的难度。本文以咸阳站站控室的搬迁作为参考实例，讨论在未大幅度改变管道运行计划的前提下，物理性地迁移控制系统设备的可行性。

1 咸阳站基本概况

咸阳输油站为一级调控场站，工艺流程均由北京油气调控中心操作。站场内主要流程包括：兰郑长干线兰咸段进库流程、咸郑段外输流程、兰郑段压力越站流程、庆阳支线进库流程（单管敷设，顺序输送）和长庆支线进库流程（三管同沟敷设）；主要功能包括：场站ESD 功能、管道压力保护和泵机组保护功能；主要设备包括：外输泵机组3套、调节阀6个、泄压罐2 座、先导式泄压阀3台、污油罐1 座、可燃气体和火焰报警系统1套、流量计3台；主要控制系统包括：SCADA 工作站2台、电气综保系统1台、站场PLC 系统1套、ESD 功能PLC 1套、流量计算机3台。

2 控制系统搬迁的难点分析

控制系统物理性迁移中存在两个主要难点：一是管道运行计划与施工工期的相互配合，二是由工程其他因素（如资金）带来的设备利旧的可行性。

一般而言，制订成品油管道运行计划时，应对批次、输送顺序、市场需求、泵的最小连续稳定流量、流量计工作范围、管道最小输量约束和各站场的罐容约束等进行综合考量[1]，一般由高级别调控中心安排，计划形成后几乎不许更改。而在搬迁过程中最大的扰动因素也就是输油计划的实施。

从经营角度而言，控制系统的搬迁不能造成管道运行成本的大幅度提升或当前在用设备和输送油品的大量损失。这就意味着控制系统在搬迁中应尽可能地利旧，以此降低管道运营的无形损失。

从运行角度，尤其对于多线路汇聚的场站，不同线路的运行工况不同，不同工况下采用的保护逻辑也不同。在同一场站中，既有基于线路工况设计的保护逻辑，也有按照场站不同区域而设计的保护逻辑，在运行中势必存在相互影响，在迁移过程中必然要使用安全仪表系统的屏蔽或旁路功能以达到系统不受现场仪表影响的目的[2]，由此在一定程度上降低了场站运行的安全性。

3 无扰动搬迁的可行性分析

3.1 无扰动搬迁的基本思路

无扰动搬迁是以输油计划为依托，以配合正常输油计划为前提开展的搬迁活动。管道输油计划是以各线路运行工况进行编制的，搬迁活动也要以各线路运行为前提。按照线路运行工况分别搬迁，以达到不扰动输油计划的目的。这就意味着大量的设备是不能利旧的，需要重新购置并提前完成架构。需要先期架构的系统主要是电力系统构建和网络设备构建，这是一种隐性条件的搬迁[3-4]。

3.2 无扰动搬迁的前置条件

前置条件包括软件和硬件条件。软件条件主要指在迁移前控制程序的改编和拆解、网络和通信业务的再次配置；硬件条件指电力设备、部分SCADA设备和网络设备等非利旧设备的提前构建。

如果工程要求尽量利旧，就需要进一步在前期将现有控制系统进行一定程度的改组，在硬件接线和软件架构上都改组为按照不同线路进行设备组合，以求有利于在最短时间内完成设备搬迁，而在搬迁过程中势必在一定程度上降低场站运行的可靠性。

控制程序方面：将现有程序进行改编和拆解，将原有按功能进行划分的子程序重新进行组合，最终形成依照管道划分的子程序模块。如有ESD 程序，同样按照管道进行划分。

电力和网络的设备方面：这部分设备不可利旧，从网络架构角度看，因为在搬迁过程中，事实上是形成了两个场站，而且在搬迁期间两个场站均需要运行，故而网络上不存在利旧的可能性，连带电力设备不可利旧。在硬件资源架设完毕后，需要对中心和新架构的网络设备重新进行配置，配置内容和构建新场站网络类似[5]。

3.3 无扰动搬迁的大致步骤

通过以上分析可知，在一定的条件下，多线路场站的无扰动搬迁并非不可能，但搬迁方式相对单一，视工艺复杂程度影响工期长度。大致步骤如下：

（1）先期架构。在这个阶段完成电力设备安装、网络设备架构和网络资源分配。这一阶段工作主要是不利旧设备的安装和初期调试，既包括新安装的，也包括中心网络设备的重新配置。

（2）先期改造。在这个阶段完成程序的变形、PLC 硬件变形，主要工作是可利旧设备的改装和变形，为之后的搬迁做好硬件和软件方面的准备。这一阶段与前一阶段可以同时进行，也可以分别进行，视工程可使用的资源分配情况而定。这两个阶段的结束也表明搬迁前期准备工作结束。

（3）第一次搬迁。在这个阶段完成部分利旧设备的搬迁，包括但不仅限于冗余设备的拆解、新程序载入、现场部分设备的重新接线和第一次综合调试。主要工作是在逻辑上重新构建一个场站，并完成设备综合调试。这个阶段是整个搬迁过程中风险最高的阶段，原有的冗余配置被打破，新设备可靠性还无从验证，此时场站控制可靠性极低，如果新构建的设备无法接入新控制系统，就有可能出现全站失控的局面，必须考虑到全站不能实现自控的可能性，并预备好应急处置措施和各项资源。

（4）后续搬迁。在这个阶段完成剩余部分线路的设备接线和综合调试，是一个可能会重复多次的阶段，主要工作就是完成剩余接线的搬迁和调试，最终完成完整的程序上载和全站综合调试。

（5）配置恢复。接线完成后可以按照需要恢复原有程序、网络和PLC 硬件配置，在这个阶段即可恢复设备的冗余要求，此时场站可靠性恢复至原有水平，主要搬迁工作结束。

（6）剩余设备的重组和处理。这一阶段不影响场站运行，主要是设备可用性的评价及资产清点。

3.4 无扰动搬迁的效益分析

根据上述分析可以得出几个结论：

（1）无扰动搬迁的工期一定偏长。工期越长势必资金投入越多，工程管理的风险越大，对于经营和安全管理都存在不利因素。但通过与集成商的接洽以及适时的工程管理措施，这些因素的影响会降低，从工程总体角度而言，对工程总体影响不大。

（2）设备利旧的范围有限。从经营角度而言，设备利旧无疑是降低成本的重要方面，同时也是无扰动搬迁的核心问题之一。但从生产管理的角度而言，不利旧不代表没有好处，例如在重新采购中就可以充分考虑购买更新、运行更稳定的替代设备来实现系统的硬件升级，既延长了系统使用寿命，又可以规避由于老旧设备停产带来的维护上的不便利。通过分析可以发现，利旧范围最大可以扩展到全部的PLC 设备和少量的网络设备。这需要综合考量运行成本和采购成本，再决定是否进行无扰动搬迁。

（3）无扰动搬迁的过程风险依然存在。从生产管理角度看，无扰动搬迁带来的运行风险是很大的，增加了运行管理难度和工作量，对工程施工人员和场站运行人员的素质都提出了很高的要求，加之工期较长，使得高风险运行的时间较长，无疑增加了运行中的不确定因素。

4 以咸阳站为假想模型的站控室无扰动搬迁的具体规划和措施

若以咸阳站为基本参考模型进行规划，站控室的搬迁规划为5个阶段：

（1）先期构架部分电源和网络。在这一阶段完成新的UPS 电源安装、光传输设备的架构，利用管道运行的窗口期完成光缆布置。

（2）先期实施部分软件修改及数据库临时组态。这一阶段完成新站控室的网络资源配置及对应的中控网络的架构；将PLC 程序按管道的不同进行模块化改组；将PLC 硬件接线按照不同管道分别集中。

（3）第一次搬迁。硬件部分完成1台工作站、1台PLC 处理器、1台ESD 系统PLC 处理器、1台交换机、1台路由器及本次处于窗口期管道对应设备的搬迁，重新接线并配合调控中心的整体调试。值得注意的是，完成这一步后，原有场站的冗余配置被打破，控制系统运行进入风险最高的时期。

（4）第二次至第四次搬迁。这一阶段完成剩余管道对应设备的重组和接线，以及对应管道程序功能的上载。

（5）系统功能的全面恢复。在这个阶段完成系统冗余功能的恢复。

利旧的设备有：SCADA 工作站、PLC 硬件、ESD 系统PLC 硬件、交换机、路由器，即多数具备冗余功能的设备。

为了实现搬迁而又不对正常输油生产产生扰动，采取了如下措施：

第一，放弃原有冗余功能。

第二，充分考虑生产设备手动操作条件。

第三，编制专门的失控处置方案。

5 结束语

安全、平稳和可控始终是输油管道运行的基本要求，无扰动搬迁站控系统是多线路场站搬迁中一种较为贴近理想运行状态的命题。对于现实输油场站而言，搬迁工作工期长、风险高，如何做到输油生产和改造工程的同时进行，尽量减少站控系统搬迁对管道正常输油生产的扰动，值得我们不断研究和探索。