无线仪表在海上石油平台采油树上首次应用.pdf

第 1 1 期 一 4 一 无线仪表在海上石油平台采油树上首次应用 李家明，邹道标 ，李 天斌 1 ． 中海石油 中国有限公司湛江分公司，广东湛江5 2 4 0 5 7 [ 摘要]海上石油平台的采油树与中控系统的通讯方式常规设计为点对点硬线连接。为解决常规设计施工量大、速度慢、 扩容 困难等缺点，本文大胆创新，在确保通讯稳定的前提下，引进 了无线仪表技术，在南海某油田使用获得成功，为油气 田的今后开发调整提供 了改造空间，具有推广价值。 [ 关键词]海上石油平台；无线仪表；采油树；应用 海洋石油开发 的特殊性使建造 的海上平 台投 资非常高，单位 面积建造成本往往是 陆上石油 的 几十倍。在确保安全和质量的前提下，降低建造 成本是工程 设计人员的重要工作。海上平 台的采 油树与中控 系统的通讯方 式常规设计 为点对 点硬 线连接 ，该设计存在施 工工作量 大、速度慢 、扩 容 困难等缺点 。针对该 问题 ，在确保通 讯稳定的 前提下 ，引进 了无线仪表 技术，大大提 高了施工 效率 ，节约了成本 ，同时为油气 田的今 后开发调 整提供 了改造空间。本文总结 了在南海 某油田运用工业无线技术替代硬线连接 的技术措施。该油田2 0 1 0 年底投产，使 用结果表明，无线技术成熟稳定 ，性能 优越，完全可满足油田生产 的需求。无 线仪表技术的应用，大大减少 了施工工 作量和成本 ，缩短 了海上施工工期，为 经济效益较差的海上边 际油田的开发提 供 了可能。 品质量 ，降低生产成本 ，提高效率方面发挥了重 要作用 。 工业无线技术架构分两层第一层是现场无 线设备组成 的 自组织 网络 ，该网络 由仪表层的无 线设备和 网关组成 。这些设备 以自我组织 、智能 化的方式与 网关进行无线通讯；第二层是 网关和 主机系统的无缝集成 ，由网关将数据送入主机系 统。主机系统可以是DC S ，P L C，H MI 或类似于设 备管理和维护的工作站等 。如图1 所示。 控制窜 圈圆蕊 j 二 棚 乐 } 舂 1 工业 无线技 术发展状况 工业无 线技术于本世 纪初兴起 ，是一种面 向 设备 间信息交互 的无线通信技术 ，是现有工业通 信技术在工业应用上功能 的扩展和提升 。现阶段 通过将计算机 网络技术 、无线通讯技术和智能传 感器技术 的相互 结合 ，发展形成 了基于无线技术 的网络化智能传感器全新概念 。在此基础上发展 起来 的工业无线技术 ，在现代工厂苛刻 的环境条 件 下，为各种 智能现场设备 、移动智能设备及各 种 自动化设备之 间的通信提供高带 宽的无线数据 链 路和灵活 的网络拓 扑结构 ，在一些特殊环境下 有效地弥补 了有线网络 的不足 ，进一步完 善了工 业控制 网络 的通信性 能。工业无线技术在提 高产 现场 现场无线设备 U 第 二层 第 一层 图1无线技术架构 2 工业无线技术的安全性和可靠性 2 ． 1 安全性 无线技术应用在工业领域 ，其安全性是用户 高度关注 的问题 。在现阶段 ，工业无线技术在无 线现场 网络层面采用了先进 的基于标准的加密 、 识别 、认证 、密钥管理和抗干扰技术 ，以提高安 全性 。例如 智能无线解决方案，使用加密标准 NI S T 标准的F I P S 一1 9 7 的端对端 1 2 8 先进加密 技术 。出于认证 的 目的 ，每 个网关拥有一个与之 作者简介李家明 1 9 6 4 一。男，广东电自人，2 0 0 5 年本科毕 业，工程师。现从事海上油田开发工程项目管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 4 2 一 ■ 技术交流 石 油 和 化 工 设备 2 0 1 2 年第1 5 卷 通信 的设备名单，而单个设备也只接受来 自以前 经过验证的网关或经过其他网关验证 的设备发出 的信息。 2 ． 2可靠性 工业无线技术利用网络拓扑结构 、组网规模 和信号调制来保证可靠性 。智能无线现场 网络解 决方案利用 自组织ME S H网络技术，确保测量信息 将 随时可用 。 白组织 网络 自动优 化连接可 以实现 大于9 9 ％的数据可靠性 。智能无线方式最大程度 地保证 网络 的完整性 ，使设备互相沟通 。这意味 着 没有单 点故障，每 一台设备都可以作为 网络连 接器 。设备会 自动寻 找最佳的通信路径 ，网络会 对堵塞路径连续监控 并进行 自我修复。如果链接 临时被堵塞 ，网络会 自动将信号传输 到邻近的设 备，确保网络的可靠性和数据完整性。 3工业无线技术的特点 随着可靠的工业无线现场通 讯系统 的出现 ， 很大程度 上排 除了以往从过程设备和周边 区域采 集信 息时所面 临的技术和经 费两方面的障碍 。无 线设备可以采集 以往难 以达到或几乎不可能访 问 的信息，并将其传送至控制系统 。这样，设备性 能和过程 状态数据可连续实时地传送至规定的系 统。该技术可归纳为具有 以下特点 3 ． 1 节省安装成本 无线技术可大大节约材料成本 。电缆、电缆 桥架、 电缆保护管 、接线盒均不必使用 ，同时无 需占用I ／ O卡件，节省了机柜 。 无线技术节省 了前期工程设计 费用和后期维 护费用 ，无需传统的设计 、工程 、画图、设备采 购环节 ，几乎不需后期维护。 无线 技术节省 了人工费用 ，包括人工接线费 用、安装桥架、保护管、安装端子、I ／ O卡件 、安 装接线盒、机柜的人工费用等。 虽然 目前无线技术并不能完全 替代 导线和 电 缆 ，但无线技术作为一种新型 的设备间的通讯手 段 ，可以使用户 自由地 解决一些无法用有线技术 来实现的问题。 3 ．2 便于安装、扩展便捷 无线现场仪表不需要通讯 电缆 ，安装时只需 考虑现场的安装位置和合理的网络分布 ，工作量 如 同就地仪表 的安装 ，不需要使用专业工具。而 且 当无线网络建立之后 ，增加测 点和移动现有测 点非常容易 ，施 工便捷程度是有线仪表系统不能 比拟的。 3 ． 3 设备管理智能化 所有设备可智能诊断，便于设备管理 。操作 员不需再到厂区内收集数据 ，在计算机前就 能实 时了解设备运行状况。通过数据分析，对 设备运 行状况进行评估 ，指导设备操作和维修 工作 ，提 高设备的可靠性，使运行环境更加安全 。 3 ．4适宜特殊应用场合 在一些特殊场合如移动的或旋转 的设备 ，由 于免除了信号线的缠绕，无线仪表有着 天然的优 势。在一些高危、远距离 的安装 点，或距离较长 检测 点分散之处 ，或出于环保原 因的考虑，采用 无线 传输 的解决方案既可节省成本 ，又能快捷地 实现 目的。 4海上石油平台自动化仪表适合度分析 海上平台的建造 ，要求采用先进技术，选择 高效小型设备 ，平 台面积必须 高效利用 ，还要考 虑结构荷载等 因素 。无线技术节 省了安装材料如 线槽、线缆及接线盒 ，给平台腾 出了空 间，还减 轻了重量 ，降低了设备布置的复杂性。 海上平 台远离陆地，仪表设备 的维修难度和 费用要 比陆地极大增加 。因此，尽量减少维护设 备 的工作量 以降低 费用开支 。灵活布置或增加检 测 点。在一些临时检修施工 中，如果时间紧 ，无 线设备施工快捷性 的优 点体现得更为明显。无线 仪表还可在陆地上预先完成配置， 大大 降低在海 洋平台上的安装调试和校验时间 。 海上 平 台有很 多场 合 可运 用无 线 技术 。如 井 口温度 、压力的测量， 由于采油树往往是在平 台建造 、末期安装，仪表测量点位置无法提前确 定，使用有线方式必须在时间紧迫 的情况下完成 拉线配 管接线调试工作，易出差错 。采用无线技 术可 以大大减少工作量 ，甚至可 以提前调试、快 速投入使用。 5 应用实例 南海北部湾某海上调整井项 目是在海上石油 平 台旁增加一座简易井 口架，增加 的井 口架可打 7 口井 ，其 中包括两个主桩分别作为隔水套管打单 筒双井 。此项 目设计需要在新增 井 口架的采油树 上安装7 台温度变送器和 1 4 台压力变送器 。 由于该项 目为平 台的改造项 目，大部分改造 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 1 期 李家明等无线仪表在海上石油平台采油树上首次应用 ． ． 4 3．． 工作须在海上完成。根据现场调研 ，该平 台中控 系统控制 柜 空间有 限，控制系 统备用I ／ O及底板 卡槽 不足 ，后期增 设电缆通道不够 ，敷设 电缆 困 难 ，施工难度大 ，成本增加较 多。为此 ，对该项 目选用无线仪表方案，即采用 1 台1 4 2 0 无线 网关、 1 4 台3 0 5 l s 无线压力变送器和7 台6 4 8 无线温度变送 器满足改造需求 。 该方案的优 点是无需增 M I ／ O卡件 ，无需铺设 仪表 电缆 ，仪表安装及调试时间短 ，大大降低 了 成本和布线工作量，减少海上施工工时9 0 ％，在满 足需求 的同时取得 了明显 的经济效益 。该项 目自 2 0 1 0 年4 月投运以来 ，无线仪表运行正常 ，数据传 输 可靠 ，维护成本极低 ，增 强了现场维修人 员使 用无线 仪表 的信心，探 索出了无线仪表在海上平 台应用 的一条新路 。 鉴 于在 该 项 目中 ，采 油 树测 量 仪表 首 次 由 常规有线仪表改为无线 仪表获得成功应用 见 图 2 。在 随后新建 的南海北部湾某海上石油平台和 在建的南海某海 上石 油平台项 目中也采用 了无线 仪表技术方案 ，无线仪表的应用得 到了进 一步推 广 。 图2 无线仪表用于采油树测量 6结束语 在海洋 平台上施工 的特殊性 ，给工业无线技 术提供 了广 阔的发展空间 。特 别是在新建海洋平 台采 油树上应用无线仪表 ，可在较短 时间内快速 完成仪表安装及调试工作，节省9 0 ％的施工时间， 达 到节省材料和人工费用 的 目的，为实现项 目工 期及油田投产赢得宝贵时间。 上接3 6 页 能力，同时机组 的废热 回收装置系统 中热介质盘 管及消音器 因长期使用 ，产生 的脏 、堵情况也将 影 响机组排气背压 ，从而对机组带载能力产生不 利影响。 ◆参 考文献 【 1 】S O L AR ． T i t a n 1 3 0 Ga s T u r b i n e - 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