油气集输数字化管理系统建设研究

［摘要］江汉采油厂集输管网平均使用年限超过17年，设备老旧维修频繁，管线老化穿孔严重，传统人工巡检费时费力。江汉采油厂通过采用4G物联网技术，整合集输管网数据至PCS，健全重要区域可视化监控，完善关键节点数据化管理，建立集输运行系统预警模型，实现集输运行全程化管控和在线监测集输管网动态，有效提升全厂集输运行管理水平。但信息化建设有待进一步完善，还需采集站点内加热炉、缓冲罐和分离器压力，为下一步建设智能化管网奠定基础。

［关键词］油气集输；数字化管理；4G物联网技术；可视化监控

江汉采油厂集输运行系统包括接转站23座，输油泵70台，干线总长200公里，全厂超过三分之一的输油泵使用年限超15年，管线平均使用年限17年；设备老旧维修频繁，管线老化穿孔严重，2019年集输干线穿孔77次。生产信息化建成后，实现了部分输油泵数据的实时监控，但集输管网的流程管控及整体动态无法实时掌握，依靠人工巡检，呈现出现场巡检劳动强度大、巡线效率低、发现管线穿孔滞后、设备运行异常无法及时处理等问题，集输运行管理难度大。工艺部门提出完善集输运行系统信息化，强化对现场的监管，改善集输管理现状。

1主要做法

1．1完善集输系统网络架构

集输运行系统包括站库和干线两大部分。站库数据主要通过无线基站和铺设光纤回传，干线附近无供电源所以无法安装使用数据采集模块（RTU或PLC），且干线数据采集点多且分散。针对这种情况，江汉采油厂创新应用4G物联网技术实现数据回传。运营商为企业提供专用APN方式接入服务，在联通的物联网GGSN和企业的接人路由器之间建立起一条专用的数据传输隧道，只有企业容许的合法用户才能通过该隧道接人到企业内网，而拒绝其他用户的访问。江汉油区使用MSTP专线接人，100M带宽稳定独享，且数据安全性高（图1）。.4G物联网技术：采用DTU信息模式，无线压力变送器拨号成功并连接到油气生产信息化标准SCADA系统后，首先给SCADA系统发送一个注册包，同时要求注册包在每次连接成功后都发送，用于标识无线压力变送器区分不同设备。物联网技术实现压力仪表数据通过运营商网络进行数据上传，解决油区网络覆盖不全及供电问题。标准化采集：注册包m＾TETUNGJMEI号码＋V0T；注册包固定长度为22Byte，其中“ETUNG：”是固定的，为6Byte，IMEI号码是每一个设备的编号，作为设备标识，为15Byte，最后以lByte“＼xOO”结束；IMEI号是设备身份唯一标识码，在每一个仪表上要求有IMEI号标识，标识要求清晰牢固，并被默认在仪表里，不能修改。根据生产监控需要，规范DTU数据采集；约定压力、报警使能、上下限值、报警状态寄存器地址及采集方式。

1．2健全重要区域可视化监控

在接转站安装视频终端，实现视频监控全覆盖，并在重要位置使用电子围栏，由生产指挥中心监控岗负责远程巡检、统一管控。一是在全厂接转站站点大门处安装海康360°球形摄像机，包括混油泵区、热水泵区、加热炉区，并设置侵入报瞥，包括告膂联动时间和告警联动对象。二是在重要设备区域安装海康枪机。枪机专门用于监控输油泵、热水栗、加热炉。

1．3建立关键节，点数据化管理

1．3．1完善生产现场数据采集接转站重要设备则通过站控PLC系统实现参数采集，包括输油泵、热水泵进出口压力、电压电流、有功功率等参数。干线关键节点则将原有的356块无线ZIGBEE压力变送器通过与生产厂家结合，改装通讯模块、改变通讯协议升级为4G压力变送器，依靠软件运维服务单位建立物联网与SCADA系统专用通讯协议，实现插卡后前端数据每天定时传送至后台数据库，最终实现全厂集输注水干线全部节点的压力采集。1．3．2强化数据监测管理在实现压力表安装M盖齐全的基础上，基于PCS系统平台，通过标准化采集协议，实现数据安全转换并在PCS系统上的交互集成。同时，深化PCS系统功能延展，在PCS系统中新增“关键点査询”模块，将每天前端采集的4300条数据按照单元、设备、节点等方式归类管理，并实现报表集成汇总、导人导出。技术人员选定关键设备、重要指标、设定阈值，系统生成关键点运行班报。系统将每个班次数据与阈值比较，超过阈值的以红色标识。低于阈值的以蓝色标识。辅助巡线人员更快发现管网异常点。

1．4强化集输运行全程化管控

1．4．1建立集输拓扑流程为有效提高集输数字管网模型的使用效率和管理水平，建立宏观网络脉络拓扑图，实现关键节点处实时数据及时掌控。传统模式下，展示拓扑流程图必须在服务器上使用PSVIEVU工具绘制，需在网页上安装力控控件，才能实现WEB端的流程展示，操作繁琐不便，无法推广使用。在本研究中，技术人员通过梳理全厂集输拓扑关系，依托PCS系统建立17张拓扑流程图（图2），在PCS中整合html5技术，可以直接在WEB端进行拓扑流程的编辑维护。同时，在系统中配有标准图元库，技术人员可根据现场流程变化及时调整设备和管线走向，维护简单方便，实现各一线单位的生产运行管网个性化展示，实现联合站、接转站、计量站等470处关键节点的全覆盖，有效辅助监控人员掌握整体集输生产运行状况。1．4．2建立集输预警模型统计历史生产情况，结合技术人员的专业知识、管理经验，分析管线和油泵出现异常问题前＇生产参数的变化情况、参数变化趋势，总结变化规律，以此作为该类问题的预警分析模型，并利用该模型对问题进行预测、预警。对不同集输子系统中管线正常工作压力、承受压力以及输油泵的工作电流、压力值，技术人员则通过延展PCS系统报臀预筲功能及前端仪表阀值手动输人设定，研究制定了管网压力预警和基础管理预警两类预警模型。管网压力预警包括管线穿孔、混输流程泄漏、审井管理原因回压升高、分层级压力预警等状况；难础管理预膂包括输油泵压力异常、输油泵电流异常等状况。通过搭建报警预警模型，实现生产管网的全过程数字化管控。

2应用情况

2．1应用成效

1）降低巡线劳动强度．提卨工作效率。常规人工管理模式：每人负责一个站的集输管网现场巡线，单趟需要花费60min，一天巡线3次。PCS线上巡检集输管网：由生产指挥中心远程集中管控，1名监控人员花费15min可完成全区电子巡线和设备远程巡检。2）及时发现管线穿孔，降低安全环保隐患。运用PCS集输干线在线监控，发现泄漏时间缩短至lOmin，与常规人工巡检管线发现穿孔时间6h相比，效率提高360％，管线穿孔造成的污染面积同比下降90％。2020年5月24日，王场采油管理区王6站外输压力超下限，系统推送王6站外输干线穿孔报警，生产指挥中心通知班站巡检王6站至王场联合站千线，及时定位穿孔位置。运用PCS监测集输干线压力，及时发现集输管线穿孔事件30次。3）保障设备平稳运行，提升集输运行管理水平。运用PCS监测集输管网，输油泵异常运行及时发现调整，保障输油压力平衡、流量稳定，保障管网运行更加顺畅。2020年5月5日晚20点11分，王17站出口压力超限，系统推送输油泵压力异常预警，中控人员通知王17站站长。经排査问题发现输油泵异常导致停输，21点59分问题解决恢复输油。运用PCS监测输油泵运行情况，及时发现设备异常40余次。

2．2效益分析

1）优化人力资源，提高管理效益。有效降低一线员工劳动强度，提高工作效率，实现接转站少人值守、远程巡检。全厂23座接转站，按照每座接转站优化2名用工，预计全厂可优化46名用工。2）减少维修费用，增加经济效益。及时发现油泵工作异常，预计年减少泵维修次数40次，维修费按照1万元／次测算，预计年节约设备维修费用40万元。3）降低污染风险，提升社会效益。运用PCS在线监测集输管网，及时发现管线穿孔30次，极大降低了大面积原油泄漏造成的环境污染，为环保型生产油区保驾护航，呵护江汉绿色家园。

3结论与建议

1）借助生产信息化，实现集输系统全程化管控。全面监测重点设备和集输干线，提高应急处置效率，优化输油管网运行，促进集输管理由经验式管理向数据化管理过渡，由粗犷式管理向精细化管理转变。2）集输系统已实现输油泵和干线压力采集，建议进一步完善信息化建设，采集站点内加热炉、缓冲罐和分离器压力，为下一步建设智能化管网奠定基础。

［参考文献］

［1］曲斌，丰大成，袁涛．构建油气集输系统的智能化管理网络DG．西安石油学院学报，2002，17（3）：61＿64．

［2］尹虎，肖广荣，辛刚，等．基于信息自动化的现代油田发展分析［J］？石化技术，2015，22（8）：254＋258．

作者：胥小龙 单位：中国石化江汉油田分公司江汉采油厂