王永勝 于洪慶 趙福丹

東營(yíng)五色石測漏技術(shù)有限公司

［摘 要］輸油管道泄漏遠程聯(lián)鎖停輸系統是減少泄漏損失、保障安全環(huán)保的重要手段，是智能化管線(xiàn)建設的重要組成部分。本文介紹了泄漏聯(lián)鎖控制系統的兩種方式，總結了系統特點(diǎn)及經(jīng)驗教訓，為今后輸油管道緊急關(guān)斷系統的設計與應用提供了參考。

［關(guān)鍵詞］輸油管道 泄漏監測 聯(lián)鎖控制

泄漏是輸油管道運行中的主要故障。輸油管道突發(fā)重大泄漏事故時(shí)，需要能夠迅速自動(dòng)聯(lián)鎖停輸，從而大大減少泄漏量，降低泄漏損失，避免可能引發(fā)的著(zhù)火、爆炸等次生事故，防止泄漏損失進(jìn)一步擴大。輸油管道泄漏遠程聯(lián)鎖停輸系統也是智能化管線(xiàn)建設的重要組成部分。

近兩年來(lái)，東營(yíng)五色石泄漏檢測公司先后建設了多套輸油管道遠程聯(lián)鎖停輸系統，采取了兩種控制方式，本文對其中的經(jīng)驗和教訓進(jìn)行了總結，以便為今后輸油管道緊急關(guān)斷系統的設計與應用提供參考。

1 有中間站的輸油管道

某條輸油管道由首站、中間站、末站三座站庫組成，首站、中間站均有輸油泵、加熱爐，進(jìn)出站均有緊急關(guān)斷閥門(mén)。中間站原油直接插入主輸油管道。管網(wǎng)分布示意圖見(jiàn)圖1。

1.1 設計思路

輸油管道泄漏遠程聯(lián)鎖停輸系統，與泄漏監測系統獨立運行，獨立完成數據采集與控制功能。在控制中心可以實(shí)現泄漏自動(dòng)聯(lián)鎖停輸，也可以由人工實(shí)施按鈕停輸。

1.2 系統構架

多站遠程聯(lián)鎖停輸系統獨立于其他SCADA系統和泄漏監測系統LDS之外，由安裝于站庫的停泵控制單元和安裝于調控中心的主控模塊等構成，采用雙供電、雙通訊模式，即采用外供電源和UPS蓄電池雙電源、局域網(wǎng)和3G公網(wǎng)雙路冗余通訊，具有突然掉電、通訊故障、儀表誤差等多重保護邏輯，確保了系統安全可靠。

在每個(gè)輸油泵站安裝PLC自動(dòng)控制器，調控中心安裝控制站和緊急停輸按鈕，既可以由系統自動(dòng)停輸，也可由調度監控人員實(shí)現遠程緊急停輸控制。系統構架框圖見(jiàn)圖2。

（ 1） 控制模塊。采用高性能PLC，采集管道進(jìn)出口的壓力、流量、泵爐閥狀態(tài)，控制泵爐閥停運。

（ 2） 通訊模塊。需要網(wǎng)絡(luò )通訊模塊和一臺3G路由器，同時(shí)通過(guò)局域網(wǎng)和移動(dòng)（聯(lián)通、電信）3G信號與各站PLC實(shí)時(shí)連接成網(wǎng)絡(luò )。

（ 3） GPS模塊。用來(lái)產(chǎn)生準確時(shí)間和提供校時(shí)脈沖，保證各站PLC間時(shí)鐘同步。

（ 4） UPS電源。提供不間斷電源，用于系統停電時(shí)短時(shí)間內供電。

1.3 控制邏輯

通過(guò)流量對比，一旦輸差超過(guò)設定值，系統自動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)鎖停輸，自動(dòng)啟動(dòng)緊急停輸流程，如管道上下游各站自動(dòng)順序完成設定的停輸動(dòng)作，實(shí)施停爐、停泵、關(guān)閥等操作。系統也可通過(guò)緊急停輸按鈕信號立即自動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)鎖控制邏輯。

1.4 系統特點(diǎn)

（ 1）無(wú)電腦不死機。系統的采集、通訊、控制等過(guò)程均由PLC完成，狀態(tài)顯示采用觸摸屏，系統沒(méi)有電腦參與，也就消除了電腦由于操作系統等原因可能會(huì )不定時(shí)自動(dòng)死機的隱患，確保了系統長(cháng)周期穩定運行。

（ 2） 獨立配置控制模塊。為了最大限度提高系統的穩定性，采用獨立采集處理系統不與別的站內系統有關(guān)聯(lián)，確保運行的獨立和安全，并簡(jiǎn)化所有現場(chǎng)操作，具有最快速的系統響應時(shí)間。

（ 3）雙電源雙通訊。采用UPS不間斷電源供電，在站內停電的情況下也可持續運行兩天。因為管道沿線(xiàn)站庫通信方式為局域網(wǎng)，通訊有可能時(shí)斷時(shí)續，不利于系統穩定運行，所以本系統采用局域網(wǎng)和3G雙路冗余通訊方式，各站均保持心跳信號，提高了通訊的可靠性和穩定性，從而保證了系統的可靠性。

（ 4）具有掛起功能。泄漏防護是以管段為單位的，當某一段掛起時(shí)，系統不再對該段進(jìn)行停泵操作，但不影響報警。掛起是非常有用的，當通訊中斷或人工檢修時(shí)，必須對該段進(jìn)行掛起。本系統能自動(dòng)對GPS不正常、流量計失電、段兩側通訊中斷、起停泵后的一段時(shí)間進(jìn)行掛起，避免影響正常輸送。當人工檢修流量計等設備時(shí)，必須手動(dòng)將該段掛起，以避免系統誤動(dòng)作。

（ 5）仿真功能。將系統手動(dòng)切換至仿真模式時(shí)，可以對各個(gè)設備的狀態(tài)情況進(jìn)行仿真輸入�？扇我庠O定各站流量，模擬出各段的泄漏情況，系統自動(dòng)報警聯(lián)鎖停輸，依次改變泵、閥的仿真工作狀態(tài)，可以查看PLC的執行情況，確定PLC聯(lián)鎖停輸功能的正常與否。應用仿真功能就可以在中間站完成所有模擬操作，可以測試通訊情況、系統泄漏切斷及掛起功能。還可以免除調試時(shí)必須各站互相配合，特別適合站間交通不便的場(chǎng)合。當出現故障時(shí)，現場(chǎng)人員也可通過(guò)仿真功能方便地查找問(wèn)題，不用等待工程師趕到現場(chǎng)再排出故障，大大縮短了停車(chē)時(shí)間。

（ 6）程序設計。程序編寫(xiě)時(shí)采用了類(lèi)似MVC模式（即采用了顯示和業(yè)務(wù)邏輯相分離編程方式），方便程序功能的添加和調試。

2 首末站單段輸油管道

該條輸油管道是最簡(jiǎn)單的首末兩站模式，首站有輸油泵、加熱爐，末站直接進(jìn)罐。

2.1 設計思路

輸油管道泄漏遠程聯(lián)鎖停輸系統，與泄漏監測系統“二合一”運行，完成數據采集與控制功能。在中控室可以實(shí)現泄漏自動(dòng)聯(lián)鎖停輸，也可以由人工實(shí)施一鈕停輸。

2.2 系統構架

單段管道聯(lián)鎖停輸系統架構圖見(jiàn)圖3。

2.3 系統特點(diǎn)

（ 1）共用PLC模塊。測漏系統和聯(lián)鎖停輸系統共用PLC模塊，系統結構簡(jiǎn)單可靠，經(jīng)濟實(shí)用性更好。

（ 2）引入輸油泵啟停狀態(tài)監測信號。當輸油泵啟動(dòng)時(shí)會(huì )造成管線(xiàn)兩端的壓力和流量對比值發(fā)生大范圍變化，系統有可能認為該段管線(xiàn)出現泄漏或憋壓狀況從而聯(lián)鎖停泵。本系統引入了設備狀態(tài)信號，當外輸泵啟動(dòng)或停止時(shí)系統會(huì )自動(dòng)掛起，只檢測不動(dòng)作，一定時(shí)間過(guò)后

待管線(xiàn)兩端的狀態(tài)穩定后系統再自動(dòng)投用，這樣可以屏蔽設備啟停時(shí)造成的數據波動(dòng)，避

免了系統的誤判斷。

（ 3）測漏系統和聯(lián)鎖停輸系統相結合。測漏系統引入多種泄漏報警的判斷機制，較停輸系統更靈敏、更智能。測漏系統分等級報警，而最高級別報警與停輸系統聯(lián)鎖，并設有延遲時(shí)間。在設定的時(shí)間內，還可取消停輸系統的緊急停輸控制動(dòng)作。

3 應用情況

對兩種管道聯(lián)鎖停輸系統都進(jìn)行了現場(chǎng)安裝應用，在系統調試和應用過(guò)程中，取得了豐富的

經(jīng)驗，總結出了需要改進(jìn)的地方。

3.1 電動(dòng)閥供電應與控制系統獨立

在系統建設時(shí)，采集控制系統接入了電動(dòng)閥的供電控制供電電路，在單個(gè)電動(dòng)閥動(dòng)作時(shí)系統正常動(dòng)作。而兩個(gè)電動(dòng)閥同時(shí)動(dòng)作時(shí)，由于啟動(dòng)電流過(guò)大導致空氣開(kāi)關(guān)斷電保護，采集控制系統全部中斷。因此，電動(dòng)裝置的供電應采用獨立的供電線(xiàn)路。

3.2 泄漏自動(dòng)聯(lián)鎖

管道首末站輸差值作為聯(lián)鎖控制的條件，應適當設置較大值，如首站外輸量的5%以上，持續時(shí)間超過(guò)5分鐘以上，防止出現誤動(dòng)作。泄漏監測報警值設置應偏靈敏，如首站外輸量的1%以?xún)�，通過(guò)人工分析排除誤報。

3.3 與測漏系統關(guān)系

三套停輸系統均同時(shí)建設了測漏系統。測漏系統偏于監測報警，追求靈敏度；停輸系統偏于聯(lián)鎖控制，追求可靠性。測漏系統和停輸系統相互配合，缺一不可，共同確保輸油生產(chǎn)安全。測漏系統作為泄漏監控的第一道防線(xiàn)，監控人員作為第二道防線(xiàn)，停輸系統作為第三道防線(xiàn)，從而形成了泄漏監控的三道防線(xiàn)，提高了管道生產(chǎn)的安全可靠程度。

4 結論

輸油管道泄漏遠程聯(lián)鎖停輸系統采用了先進(jìn)的控制思想邏輯、可靠的PLC控制模塊、雙回路通訊技術(shù)，提高了管道的自動(dòng)化、安全化、現代化管理水平。系統已經(jīng)在多條輸油管道上應用，運行穩定，快速、準確、安全、可靠。實(shí)踐中采用人機結合運行模式，進(jìn)一步提高了安全可靠性。

參考文獻：

［1］毛寶瑚，鄭金吾 ，劉敬彪. 油氣田自動(dòng)化［M］ .石油大學(xué)出版社， 2005-01.

［2］ GB/T 50823-2013 《油氣田及管道工程計算機控制系統設計規范》 .

作者簡(jiǎn)介：王永勝，男， 1982年10月生， 2005年畢業(yè)于唐山學(xué)院機電一體化專(zhuān)業(yè)， 現任東營(yíng)五色石測漏技術(shù)有限公司研發(fā)中心經(jīng)理 ，從事輸油管道泄漏監測技術(shù)研究與應用。

《管道保護》2016年第4期（總第29期）