一、引言
隨著3C技術(shù)即計算機(Computer)、控制(Control)、通信(Communication)迅速發(fā)展,現(xiàn)場總線技術(shù)在制造業(yè)和流程工業(yè)中的應(yīng)用正在持續(xù)的快速增長,由全數(shù)字化的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)代替半數(shù)字化及模擬量控制系統(tǒng)已成為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的必然趨勢。
自20世紀(jì)90年代中期以來,中國海洋石油總公司(以下簡稱中海油)相關(guān)技術(shù)人員持續(xù)跟蹤關(guān)注現(xiàn)場總線這一標(biāo)志自控領(lǐng)域一場革命的技術(shù),并于2002年首次提出將現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于旅大油田開發(fā)項目,獲得了上級批準(zhǔn)并進行實施。其中旅大10-1平臺于2005年1月28日正式投產(chǎn),旅大5-2平臺正在建設(shè)中,這項新技術(shù)的實施標(biāo)志著海洋石油自動化新時代的開始。
旅大項目能夠提前62天投產(chǎn),現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用功不可沒。在項目的設(shè)計、安裝、調(diào)試階段,對于現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)越性,人們已有了初步體會。由于采用了現(xiàn)場總線技術(shù),使得設(shè)計、繪圖的工作量簡化,布線及調(diào)試時間大大縮短,安裝成本得以降低。不僅如此,油田投產(chǎn)后,在其運行應(yīng)用過程中,現(xiàn)場總線技術(shù)所帶來的長遠(yuǎn)利益還將會進一步顯現(xiàn),如:出色的診斷能力;檢修、維護的方便性;提高資產(chǎn)效率、降低運轉(zhuǎn)成本等。
旅大油田開發(fā)項目的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域,在該領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的現(xiàn)場總線主要有基金會現(xiàn)場總線FF(H1,HSE)和Profibus PA?;饡F(xiàn)場總線FF應(yīng)用領(lǐng)域主要是石化、電力、冶金等連續(xù)生產(chǎn)過程控制,在公開性、公正性、互操作性等方面也具有明顯特點。而旅大油田開發(fā)項目是一個快馬加鞭的項目,工程進度的要求超越常規(guī),基金會現(xiàn)場總線FF具有專門的設(shè)計工程軟件(FF Design Tool)使得設(shè)計工作、計算工作變得簡單,對于縮短設(shè)計工期起到至關(guān)重要的作用。所以最終選擇基金會現(xiàn)場總線FF作為中海油首個現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的信息傳輸載體。
二、現(xiàn)場總線在旅大油田開發(fā)項目中的應(yīng)用
(1) 項目概況
旅大4-2/5-2/10-1油田地處渤海遼東灣中部海域,位于SZ36-1油田CEP平臺(已建)的西南方向,該油田原油產(chǎn)能規(guī)模為208.2′104m3/a,在旅大5-2油田建一座8腿綜合平臺(DPP);在旅大10-1油田建一座8腿中心平臺(CEP)和一座4腿井口平臺(WHPA)其間由棧橋連接;在旅大4-2油田建一座4腿井口平臺(WHPB),如圖1所示。
圖1 旅大5-2/10-1/4-2油田控制系統(tǒng)圖
(2)控制系統(tǒng)設(shè)計
考慮到大型綜合性平臺應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)效益更明顯因此決定在旅大5-2和旅大10-1平臺采用現(xiàn)場總線系統(tǒng),旅大4-2平臺仍采用傳統(tǒng)系統(tǒng)。
LD5-2/LD10-1平臺的控制系統(tǒng)包括:過程控制系統(tǒng)(PCS)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)(ESD)和火/氣探測系統(tǒng)(F&G)。其PCS采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fisher-Rosemount DELTA V),H1采用FF現(xiàn)場總線,H2采用HSE 100M以太網(wǎng)。ESD采用安全儀表(SIS)控制系統(tǒng),F(xiàn)&G采用專用的火/氣控制系統(tǒng)。
(3)現(xiàn)場總線網(wǎng)段設(shè)計
旅大10-1油田CEP/WHPA平臺的現(xiàn)場具有208個FF裝置,23個模擬量輸入,總線上布有28個FF網(wǎng)段和6個FISCO本安網(wǎng)段,如圖2所示。
圖2 旅大10-1CEP/WHPA平臺網(wǎng)段布置圖
旅大5-2油田DPP平臺的現(xiàn)場具有178個FF裝置,28個模擬量輸入,總線上布有16個FF網(wǎng)段和7個FISCO本安網(wǎng)段。
考慮到現(xiàn)場總線技術(shù)是首次在海上油(氣)田開發(fā)項目中獲得應(yīng)用,因此設(shè)計中留有較多的余量,在正常情況下一個FF網(wǎng)段接16個FF裝置,1個FISCO本安網(wǎng)段可接12 FF裝置。但在本項目中一個FF網(wǎng)段只連接了9個FF裝置,1個FISCO本安網(wǎng)段只連接了10個FF裝置。
(4)端子及接線設(shè)計
由于采用了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),使得控制系統(tǒng)電纜、橋架、本安安全柵與端子柜,I/O模板等的使用量大大減少,并減少了機架底板、電源等。
旅大10-1油田CEP/WHPA平臺的現(xiàn)場,還采用了模塊化快速連接電纜接線方式。這種接線方式具有的優(yōu)勢是,減少安裝時間,避免錯誤接線,即使斷開某一設(shè)備卻不影響網(wǎng)段其它設(shè)備工作,節(jié)省調(diào)試時間等,充分體現(xiàn)出總線設(shè)計的優(yōu)越性。
(5)先進技術(shù)在經(jīng)濟效益上的體現(xiàn)
現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用給旅大油田開發(fā)項目帶來了直接的經(jīng)濟效益,具體表現(xiàn)如下:
1.簡化工程設(shè)計,具有專門的設(shè)計工程軟件(FF Design Tool)自動生成各類圖紙,使得設(shè)計、繪圖工作簡化,設(shè)計時間縮短,節(jié)省人力、物力,并為項目設(shè)計進度贏得寶貴的時間。
2.徹底分散的分布式結(jié)構(gòu)將1對1模擬信號傳輸方式變?yōu)?對N的數(shù)字信號傳輸方式,節(jié)省了模擬信號傳輸過程中大量的A/D、D/A轉(zhuǎn)換裝置。
3.控制功能下裝使危險更分散,大大縮短控制周期。
4.各類I/O卡件,端子等減少75%。
5.現(xiàn)場布線工作量減少,降低了安裝成本,如旅大10-1油田由中心平臺(CEP)和井口平臺(WHPA)構(gòu)成,兩平臺之間由棧橋連接。如果應(yīng)用普通控制系統(tǒng)兩平臺之間有大量電纜穿越,而采用現(xiàn)場總線系統(tǒng),僅有幾根電纜穿越,大大節(jié)省電纜費用。
6.減少調(diào)試時間,縮短項目工期
旅大10-1油田CEP/WHPA平臺現(xiàn)場總線系統(tǒng)的調(diào)試啟動于2004年12月17日,調(diào)試工作僅用一周時間就全部完成。而通常,這樣規(guī)模的系統(tǒng)調(diào)試需要時間為30天左右。調(diào)試時間的大大縮短,為最終油田投產(chǎn)日期的提前,起到了不可忽視的積極作用。
7.回路測試簡易、方便
傳統(tǒng)控制系統(tǒng)需要兩個儀控人員進行回路測試(一個在現(xiàn)場,一個在中控),現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)僅需一個儀控人員在中控進行測試,旅大10-1油田CEP/WHPA平臺一個儀控人員僅用了一天就完成了31個網(wǎng)段/200 FF裝置的測試任務(wù)。
8.采用內(nèi)置AMS管理軟件,技術(shù)人員在控制室就能了解現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)及故障情況,大大減少現(xiàn)場巡檢。
三、結(jié)語
20多年來,海洋石油工業(yè)在海上石油和天然氣開發(fā)領(lǐng)域不斷拓展,目前正在國內(nèi)外投入更多的資本尋求新的石油和天然氣儲備,如何使這些投資的效益最大化,需要各行各業(yè)不斷的努力。
新技術(shù)的不斷應(yīng)用正順應(yīng)了海洋石油事業(yè)不斷健康發(fā)展的趨勢。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展及其越來越多的應(yīng)用,現(xiàn)場總線系統(tǒng)在設(shè)計、調(diào)試、組態(tài)、維護、智能資產(chǎn)管理、降低設(shè)備生命周期成本、防止災(zāi)難性的事故發(fā)生以及降低勞動力成本等方面將為保持海洋石油的持續(xù)競爭力做出貢獻。