海上平台开排槽液位自动控制系统改造

许巍，刘向铭，荆少骏(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

1 项目背景

海上某平台共有4个开排槽，开排槽内介质主要有雨水，污油，聚合物等。

在平台前期设计中开排槽没有设计安装液位监测设备，中控无法对开排槽液位进行有效监控。中控无法对开排槽液位进行监测，只能通过定时人员巡检并手动启动和停止气动隔膜泵将开排槽内介质输送到开排罐内。一方面人员不能24小时对开排槽液位进行有效监测，突发异常情况(夏季暴雨)开排槽液位上涨迅速，隔膜泵未及时启动，存在发生溢油环保事故的风险。另一方面，每隔一到两小时人为启动一次隔膜泵，大大的消耗了人力(如图1所示)。

图1 开排槽生产流程

本平台设有1 套中央控制系统，其中包括过程控制系统(PCS)，应急关断系统(ESD)和火气监控系统(FGS)，各平台均设置PCS、ESD系统机柜，FGS 机柜全部放置于N 平台中控室。过程控制系统(PCS)采用的是EMERSON DevltaV 产品，应急关断系统(ESD)和火气监控系统(FGS)均采用的是EMERSON DeltaV SIS 产品。3 套系统在控制层及其以下相互独立，在管理层则共享人机界面和通信网络。

2 技术简介

2.1 改造方案

2.1.1 开排槽基本参数

海上某平台共有四个开排槽，详细参数如下：

O平台开排槽：容积为5 m3

尺寸：1 500 mm(L)×1 500 mm(W)×2 300 mm(H)

气动隔膜泵：排量为10 m2/h

工作压力:200 KPa；

N平台开排槽：容积均为3 m3

尺寸：1 200 mm(L)×1 200 mm(W)×2 300 mm(H)

气动隔膜泵：排量为6 m2/h

工作压力:200 KPa；

n平台开排槽：容积为2 m3

尺寸：1 500 mm(L)×850 mm(W)×2 000 mm(H)

气动隔膜泵：排量为8 m2/h

工作压力:200 KPa；

2.1.2 改造设计方案

平台开排槽深度为2 300 mm，开排槽内介质为雨水、粘稠污油、滤网清洗的聚合物等，正常液位维持在1 000 mm左右。定时人为的启动排量为10 m2/h的气动隔膜泵，将开排槽内的介质输送到开排从而进入生产流程。平台上目前有从原油高效分离器和斜板除油器上换型下来的柯普乐磁致伸缩液位变送器，废弃气动蝶阀上拆卸下来的三通电磁阀，中控有预留的AI和DO通道，开排槽液位自动控制系统的改造可行[1]。

改造方案如图2所示：

图2 改造开排槽的PID图

(1)选取合适量程可用的液位变送器，经改造后安装到O平台开排槽。

(2)选取中控预留的AI和DO通道，完成上位机的组态程序和组态画面，并下装到相应的控制器。

(3)对启动隔膜泵的控制气路进行改造，安装电磁阀。

(4)根据生产流程，启泵液位设置为1 400 mm，停泵液位设置为900 mm。

2.2 技术难点及解决方案

2.2.1 实现自动启动/停止气动隔膜泵

技术难点：液位变送器输入到中控卡件信号为4～20 mA的模拟量信号，当液位高于1 400 mm和低于900 mm时要实现的是数字信号输出。

解决方案：Deltav系统AI模块内部的比较，将高液位动作设置为1 400 mm，低液位动作设置为900 mm。当液位高于1 400 mm时HI_ACT输出1，LO_ACT输出0；当液位在900 mm到1 400 mm之 间HI_ACT、LO_ACT输 出0；当 液位低于900 mm时HI_ACT输出0，LO_ACT输出1。将HI_ACT接入RS触发器的SET位，LO_ACT接入到RESET位。可实现DO信号输出给控制气路电磁阀[2]。

2.2.2 弱电控制继电器输出

技术难点：DO卡件直接输出24 V电压信号到电磁阀，电磁阀故障短路，有损坏DO卡件的风险。

解决方案：以弱电控制弱电的供电方式，电磁阀直接由24 V电源模块直接供电，在供电回路加入中间继电器，DO卡件信号直接输出到中间继电器。

2.2.3 液位浮子自由浮动改造

技术难点：选用的磁致伸缩液位变送器适用在原油系统，开排槽内的污油非常粘稠，浮子容易卡死在磁致伸缩杆上，浮子在开排槽内无法随着液位浮动。

解决方案：对磁性浮子进行改造，为增大其浮力与重力。在浮子外包裹一层清管球所用聚氨酯泡沫。

2.3 具体施工步骤

(1)开具相关工单，广播通知现场人员；(2)前期调研及物料准备工作；(3)液位变送器及磁性浮子改造；(4)中控接线及组态；(5)现场电缆铺设及调试；(6)电磁阀，液位变送器安装；(7)功能测试；

3 工作质量效益

完成海上平台开排槽液位自动控制系统改造，对其进行功能测试，液位变送器可以实时监测开排槽液位，当液位高于1 400 mm时正常启泵，当液位低于900 mm时正常停泵。

3.1 经济效益

完成平台开排槽液位自动控制改造工作，从前期施工调研、选型、铺线、组态、调试直到安装，严格进行风险质量把控，把施工风险降到最低，最大程度提高施工质量，保障施工顺利进行。本次改造所用料均为废旧料再利用，节约费用约5万元，后期全部改造总计可节约20万元。

改造完成后，中控可以实时监控开排槽液位，并对液位进行自动控制。避免了人为监控的盲区，降低因突发情况导致溢油环保事故的风险。

3.2 推广性

平台开排槽之前一直处于中控无法检测盲区,仅靠人员的定时巡检无法有效的对液位进行监测。本次开排槽液位自动控制系统成功的改造，实现了全天24小时对开排槽液位进行监测并对液位进行自动控制，消除了监测盲区。一方面大大降低了突发情况发生溢油环保事故的风险。其次改造所用料均为废弃料再利用，在保证施工质量的同时也为公司降本增效做出了贡献。也为其他平台后续改造工作提供了经验，具有极大的参考意义。

4 结语

通过本次改造工作，现场人员积累了丰富的自检自修工作经验，开拓了人员工作思路，加强了人员预防环保事故风险的观念。本次改造现场工作量大，技术难点多，整体的统筹协调工作对班组来说是一个挑战也是一次锻炼的机会。在此次改造工作中，班组人员对项目进行全局把控、自我监督保证了施工质量，共同协作，增强了团队凝聚力。