某海上平台修井机主绞车防提断控制功能改造

张勇 (中海石油 (中国) 有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057)

1 原有系统概述及存在问题

海上平台修井机作业时，存在井喷井涌的风险，当发生紧急情况，需要快速启动应急装置，从而降低作业风险，保护人身安全。在原有的修井机控制保护系统中，在需要紧急制动的情况下，设计的是司钻人员操作BOP控制装置以及司钻台上的紧急停止按钮，方可使BOP控制装置关闭和主绞车滚筒紧急制动停止[1]。地面防喷器装置的远程控制台放置在钻台司钻房外，由司钻人员直接控制，成为第一操控地点。第二操控地点放置在平台的甲板上，成了辅助作用。如图1所示为控制系统的电气控制原理简图，其中SB3、SB5、SB15为第一控制点的备用关按钮、半封闸板关按钮、环形关按钮。其中SB3A、SB5A、SB15A为第二控制点的备用关按钮、半封闸板关按钮、环形关按钮。

图1 控制系统的电气控制原理简图

修井机主绞车滚筒的制动器是一个伊顿辅助刹车装置来控制的，而伊顿辅助刹车又是由气动模式控制，通过梳理控制程序和现场设备，气动控制是由PLC程序输出和继电器进行控制，即当电磁阀不得电没有气源压力时，此时没有制动；当气源压力大于500 kPa，制动器触发，主绞车抱住不动。那么问题来了，主绞车和地面防喷器是两套相对独立系统，当地面防喷器动作时，主绞车怎样才能同步动作产生制动？

2 分析与研究改造

为了满足主绞车滚筒的同步动作，我们需要在防喷装置控制点按下半封闸板关或者环形关或者备用关的时候，同时输出一个信号给主绞车伊顿辅助刹车，让它产生同步制动。经过研究控制原理图，我们发现原有控制系统的PLC控制程序可以保持不变，可以通过改变控制系统的控制电路和现场设施来实现目的，即通过改变控制电路，增加一路控制气源和一个电磁阀给伊顿刹车制动器，两路控制二选一，控制主绞车滚筒制动停止。改造之后的控制逻辑为：当修井机司钻按下BOP控制装置环形关或半封闸板关或备用关时，在BOP控制装置执行关闭动作的同时，也会自动锁住正在运行的主绞车滚筒，使其无法移动；当司钻人员恢复BOP控制装置环形关或备用关或半封闸板关时，已经被锁住的主绞车滚筒解锁，可以正常操作天车上下移动，改造后的原理图如图2所示。

图2 设计改造后的原理图

控制电路功能如下：

(1)当按下备用关按钮时，继电器KM1得电，继电器KM1的线圈KA1得电，此时继电器KM4得电，继电器KM4的线圈KA4闭合，形成自锁，电磁阀SDY得电形成自锁。

(2)当按下半封闸板关按钮时，继电器KM2得电，继电器KM2的线圈KA2得电，此时继电器KM4得电，继电器KM4的线圈KA4闭合，形成自锁，电磁阀SDY得电形成自锁。

(3)当按下环形关按钮时，继电器KM3得电，继电器KM3的线圈KA3得电，此时继电器KM4得电，继电器KM4的线圈KA4闭合，形成自锁，电磁阀SDY得电形成自锁。

(4)当需要恢复正常时，按下复位按钮SB12，继电器KM4掉电，继电器KM4的线圈KA4掉电，SDY掉电，恢复原始正常状态。

新加电磁阀原理如图3所示，在不影响原来系统控制的基础之上，并联一个两位三通电磁阀，该电磁阀只受增加的备用关按钮、环形关按钮、半封闸板关信号紧急控制，如图3所示。

图3 改造后的控制结构图

3 现场实施

(1)在现场控制箱面板安装复位开关SB12，该按钮为点动按钮，非自锁开关，根据控制需要，我们选常闭点，既按下状态为0，弹起状态为1，如图4所示。

图4 改造后的控制箱面板

(2)在控制接线箱新添加接线排，安装4个继24 V直流继电器，4个继电器都选择接常开点，三个继电器KM1、KM2、KM3为新增加的备用关、半封闭闸板关、环形关控制钮，第四个继电器KM4用作自保持作用，当触发后，需要重新按下复位按钮之后才能解锁恢复正常，如图5所示。

图5 改造后的控制箱内部

(3)现场新增加一路电磁阀，与原有电磁防碰系统电磁阀并联，这样不影响原有系统控制功能，并改造现场的仪表管线、电缆和电磁阀等仪表设备，如图6所示。

图6 改造后的现场实物图

4 现场调试

在完成现场基本的改造和安装，检查气源压力、电线线路都正常之后，进行调试工作。

(1)现场启动主绞车滚筒，按下司钻台的紧急停止按钮，查看确认主绞车滚筒是否立即停止，并记录此时的状态；复位该紧急停止按钮，确认是否可以再次启动主绞车滚筒，经过测试满足需求功能。

(2)启动主绞车滚筒，按下BOP控制装置的半封闸板关的“关”按钮，查看确认主绞车滚筒是否立即停止；再按下BOP控装置的半封闸板关的“开”按钮，确认是否可以再次启动主绞车滚筒，经过测试满足需求功能。

(3)启动主绞车滚筒，按下BOP控制装置的环形关的“关”按钮，查看确认主绞车滚筒是否立即停止；再按下BOP控制装置的环形关的“开”按钮，确认是否可以再次启动主绞车滚筒，经过测试满足需求功能。

(4)启动主绞车滚筒，按下BOP控制装置的备用关的“关”按钮，查看确认主绞车滚筒是否立即停止；再按下BOP控制装置的环形关的“开”按钮，确认是否可以再次启动主绞车滚筒，经过测试满足需求功能。

(5)现场模拟电磁阀故障或线路开路故障，按下BOP控制装置的半封闸板关按钮或备用关按钮或者环形关按钮，主绞车滚筒都不会停止，经过测试满足需求功能[2]。

5 结语

通过改造，新添加的主绞车防提断功能和紧急制动的功能相互独立，二者都能起到紧急制动作用。新增启动BOP控制装置的半封闸关、环形关或备用关紧急制动主绞车滚筒功能，简化了操作步骤，缩短了应急时间，消除了在关闭防喷器之后因误操作而造成提断钻杆、拉倒井架等重大隐患，有效保证修井作业的安全。