摘要：西部原油及成品油管道自投產(chǎn)運(yùn)行至今近15年，受輸送油品物性、工藝運(yùn)行參數(shù)、管道運(yùn)行方式、設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)參數(shù)等因素的影響，需要對(duì)原油及成品油管道的部分站內(nèi)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。結(jié)果表明，
壓力開關(guān)更換成帶冗余的
壓力變送器，可提高儀表使用的安全性能，減少因儀表故障導(dǎo)致的事故發(fā)生；水擊泄壓閥保護(hù)程序優(yōu)化后，可有效避免泄壓罐溢罐事故，減輕了因泄壓閥故障導(dǎo)致的管道停輸損失；出站調(diào)節(jié)閥選擇性保護(hù)調(diào)節(jié)優(yōu)化，提高了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有效性，避免了因儀表安全失效導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥相關(guān)系統(tǒng)誤動(dòng)作。優(yōu)化后的站內(nèi)工藝能夠更加適應(yīng)今后的輸油調(diào)度操作，同時(shí)對(duì)其他類似長(zhǎng)輸管道的工藝優(yōu)化具有借鑒和參考作用。
西部原油管道包括鄯善—蘭州干線（鄯蘭干線）和烏魯木齊—鄯善支干線（烏鄯支干線），以及吐哈進(jìn)油支線和玉門分輸支線，線路總長(zhǎng)1838km。其中，鄯蘭干線全長(zhǎng)1541.2km，設(shè)計(jì)壓力8.0MPa，管材X65，設(shè)計(jì)輸量2000×104t/a；烏鄯支干線全長(zhǎng)296.5km，設(shè)計(jì)壓力8.0MPa，管材X65，設(shè)計(jì)輸量1000×104t/a[1]。2004年8月，西部原油管道試驗(yàn)段開工建設(shè)，2007年8月底全線投產(chǎn)成功。管道全線包括11座工藝站場(chǎng)、43座線路閥室（其中RTU閥室27座、手動(dòng)閥室12座、單向閥室4座）、4座高點(diǎn)放空閥室、玉門油庫、秦川油庫以及調(diào)控中心[2]。
西部成品油管道干線起點(diǎn)位于新疆烏魯木齊市王家溝，終點(diǎn)位于甘肅省蘭州市，全長(zhǎng)1842.4km。管道設(shè)計(jì)輸量為1000×104t/a。全線采用常溫密閉順序輸送方式，輸送油品為92號(hào)汽油、95號(hào)汽油和0號(hào)柴油，根據(jù)需要還可以輸送-10號(hào)柴油以及其他石油產(chǎn)品[3-4]。管道全線包括12座工藝站場(chǎng)、6座成品油分輸計(jì)量站、1座注油計(jì)量站、50座線路閥室（其中RTU閥室31座、手動(dòng)閥室15座、單向閥室4座）、5座高點(diǎn)放空閥室以及調(diào)控中心。為便于西部原油及成品油管道的輸油調(diào)度操作及指揮生產(chǎn)，部分站內(nèi)工藝運(yùn)行參數(shù)以及工藝聯(lián)鎖保護(hù)條件需要修改。以下就壓力開關(guān)更換成
智能壓力變送器、水擊泄壓閥保護(hù)程序優(yōu)化、出站調(diào)節(jié)閥選擇性保護(hù)調(diào)節(jié)等方面進(jìn)行論述，對(duì)站內(nèi)工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。
1壓力開關(guān)更換為壓力變送器
目前西部原油及成品油管道的輸油主泵入口匯管低壓保護(hù)、輸油主泵出口匯管高壓保護(hù)、出站管線高壓保護(hù)普遍采用機(jī)械式壓力開關(guān)進(jìn)行硬保護(hù)，利用壓力開關(guān)的開關(guān)量輸入信號(hào)作為保護(hù)邏輯。在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)原有機(jī)械式壓力開關(guān)存在以下問題[5]：
（1）工作不可靠。例如在實(shí)際工況下，當(dāng)給定壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，壓力開關(guān)仍不動(dòng)作，當(dāng)用物體敲擊時(shí)又恢復(fù)正常。另外壓力開關(guān)設(shè)置沒有冗余，單個(gè)壓力開關(guān)失效就可能導(dǎo)致聯(lián)鎖停泵。
（2）誤動(dòng)作。管線震動(dòng)會(huì)對(duì)壓力開關(guān)的內(nèi)部機(jī)械機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)造成影響，導(dǎo)致誤動(dòng)作，進(jìn)而帶來不安全因素。
（3）精度低、校準(zhǔn)難，不具備自診斷功能。在校驗(yàn)時(shí)需反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)才能確定設(shè)定值。
（4）巡檢時(shí)無法檢查壓力開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，壓力開關(guān)的觸點(diǎn)失效無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
2017年3月17日，玉門原油中間分輸泵站由于壓力開關(guān)誤動(dòng)作導(dǎo)致西部原油管道全線停輸。因此需要將壓力開關(guān)、
不銹鋼壓力表改成帶冗余的SIL2等級(jí)壓力變送器，實(shí)現(xiàn)控制邏輯優(yōu)化，提高自控系統(tǒng)的可靠性[6-7]。
壓力變送器的冗余設(shè)置目的是實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)，將管道上現(xiàn)有1個(gè)壓力開關(guān)改成遠(yuǎn)傳壓力變送器，和同一區(qū)域另外2個(gè)壓力變送器形成2oo3表決，從而實(shí)現(xiàn)不間斷、無差錯(cuò)的聯(lián)鎖控制。在此基礎(chǔ)上，還需在組態(tài)時(shí)編寫一套滿足使用要求的程序。另外借助ESD系統(tǒng)的計(jì)時(shí)器功能模塊，配置一個(gè)延時(shí)繼電器，用來屏蔽由于電磁干擾、電壓波動(dòng)等因素而出現(xiàn)的瞬間錯(cuò)誤信號(hào)[8]。從傳感單元隨機(jī)失效概率、誤觸發(fā)率（MTTFs）、結(jié)構(gòu)約束能達(dá)到的安全完整性等級(jí)三個(gè)方面對(duì)壓力開關(guān)、壓力變送器1oo1和2oo3結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比（表1）。
經(jīng)對(duì)比后得出以下結(jié)論：①由壓力開關(guān)組成的2oo3傳感單元隨機(jī)失效概率非常低，為0.00359a-1，即每1000回路中1年內(nèi)平均會(huì)有3.59次安全事故無法抑制；②由壓力變送器組成的2oo3傳感單元誤觸發(fā)率非常低，經(jīng)計(jì)算是13000a；③結(jié)構(gòu)約束安全完整性等級(jí)方面，傳感單元2oo3結(jié)構(gòu)高于1oo1結(jié)構(gòu)。
壓力變送器組成的2oo3組合MTTFs非常低、平均無故障時(shí)間非常長(zhǎng)，且與壓力開關(guān)組成的2oo3組合具有相同的SIL2等級(jí)，因此壓力開關(guān)替換為壓力變送器具有可行性。
2水擊泄壓閥保護(hù)程序
2.1水擊泄壓閥的作用
采用管道輸送油品時(shí)，由于泵的突然啟停、閥門突然開閉等原因會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)出現(xiàn)瞬變壓力脈動(dòng)，從而引起水擊現(xiàn)象，可能對(duì)管道造成巨大破壞，導(dǎo)致輸油過程的中斷[9-12]。水擊泄壓閥保護(hù)系統(tǒng)的作用就是當(dāng)輸送管道產(chǎn)生壓力脈動(dòng)時(shí)，將超壓油品部分輸送泄放到常壓罐中，以減輕瞬變壓力脈動(dòng)，避免瞬變壓力對(duì)管道造成危害。水擊泄壓閥保護(hù)系統(tǒng)一般由泄壓閥、泄壓罐和連接管道組成。
2.2當(dāng)前系統(tǒng)存在的問題
西部原油及成品油管道的水擊泄壓閥保護(hù)系統(tǒng)由水擊泄壓閥、泄壓罐及進(jìn)出連接管線、泄壓閥上下游截?cái)嚅y、
壓力表和流量開關(guān)等組成（圖1）。
因原油及成品油管道部分站場(chǎng)的泄壓閥上下游截?cái)嚅y為手動(dòng)球閥，當(dāng)泄壓閥由于內(nèi)漏、外漏等原因失效時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致泄壓罐溢罐、全線低壓保護(hù)停輸或設(shè)備超壓損壞，造成安全事故和經(jīng)濟(jì)損失[13]。西部成品油管道曾經(jīng)多次發(fā)生泄壓閥失效導(dǎo)致的事故（表2）。
2.3系統(tǒng)優(yōu)化
為避免泄壓閥出現(xiàn)閥門內(nèi)漏或不正常開啟事故，需要對(duì)站內(nèi)工藝中水擊泄壓閥保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。
（1）配套的工藝、儀表和電氣設(shè)備等相關(guān)優(yōu)化調(diào)整。水擊泄壓閥前手動(dòng)球閥改為電動(dòng)球閥，同時(shí)為提升執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電安全，將電動(dòng)球閥納入U(xiǎn)PS配電，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)具備SIL2安全等級(jí)，并設(shè)置邏輯鎖開；水擊泄壓閥前相連管線上增加帶冗余的壓力變送器，且應(yīng)具備SIL2安全等級(jí)；水擊泄壓閥后的流量開關(guān)應(yīng)具備SIL2安全等級(jí)；泄壓罐上的
遠(yuǎn)傳液位計(jì)應(yīng)具備SIL2安全等級(jí)。
（2）水擊泄壓閥失效聯(lián)鎖保護(hù)程序。第1步，程序自動(dòng)判斷滿足以下兩個(gè)條件之一時(shí)開啟聯(lián)鎖保護(hù)程序：①泄壓系統(tǒng)遠(yuǎn)傳壓力變送器壓力（泄放前）低于泄壓閥設(shè)定值；②泄壓罐液位計(jì)上升速率報(bào)警且持續(xù)10s或進(jìn)站/出站流量開關(guān)報(bào)警。第2步，若進(jìn)站/出站流量開關(guān)報(bào)警，程序給出進(jìn)站/出站水擊泄壓閥失效報(bào)警信息，持續(xù)10s，程序自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)站/出站泄壓閥上游電動(dòng)閥門，調(diào)度人員在10s內(nèi)未確認(rèn)，觸發(fā)“站水擊泄壓閥失效保護(hù)程序”。如果為進(jìn)站泄壓閥失效，則程序自動(dòng)關(guān)閉上游站場(chǎng)所有輸油泵，并調(diào)用執(zhí)行“運(yùn)行管段停輸控制程序-上游泵站事故”；如果為出站泄壓閥失效，則程序自動(dòng)關(guān)閉本站所有輸油泵，并調(diào)用執(zhí)行“運(yùn)行管段停輸控制程序-本站事故”。第3步，如果進(jìn)站/出站流量開關(guān)未報(bào)警，程序給出水擊泄壓閥失效報(bào)警信息，持續(xù)10s，程序自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)站端和出站泄壓閥上游電動(dòng)閥門，調(diào)度人員在10s內(nèi)未確認(rèn)，觸發(fā)“站水擊泄壓閥失效保護(hù)程序”。程序自動(dòng)關(guān)閉本站所有輸油泵，并調(diào)用執(zhí)行“運(yùn)行管段停輸控制程序-本站事故”。
（3）泄壓罐液位超高聯(lián)鎖保護(hù)程序。第1步，程序自動(dòng)判斷滿足條件——泄壓罐液位超過高高液位時(shí)開啟聯(lián)鎖保護(hù)程序。第2步，程序給出“進(jìn)站/出站泄壓，泄壓罐液位超高報(bào)警信息”，持續(xù)10s，程序自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)站/出站泄壓閥上游電動(dòng)閥門；調(diào)度人員在10 s內(nèi)未確認(rèn)，觸發(fā)“泄壓罐液位超高聯(lián)鎖
保護(hù)程序”。第3步，程序自動(dòng)關(guān)閉本站所有輸油泵，并調(diào)用執(zhí)行“運(yùn)行管段停輸控制程序-本站事故”。
優(yōu)化后的水擊泄壓閥保護(hù)系統(tǒng)可以更方便地應(yīng)對(duì)閥門內(nèi)漏或不正常開啟等事故工況，站控人員可根據(jù)實(shí)際情況遠(yuǎn)程關(guān)閉泄壓閥上游電動(dòng)閥門，截?cái)嘈箟合到y(tǒng)，避免泄壓罐溢罐事故，實(shí)現(xiàn)水擊泄壓閥前流量開關(guān)、液位計(jì)組合式聯(lián)鎖保護(hù)，工藝流程如圖2所示。
3 出站調(diào)節(jié)閥選擇性保護(hù)調(diào)節(jié)
西部原油及成品油管道各站出站均設(shè)置有等百分比流量特性的出站調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)設(shè)定值由調(diào)控中心給定，經(jīng)調(diào)控中心授權(quán)后可由站控系統(tǒng)給定，控制權(quán)限的變更、手動(dòng)/自動(dòng)和就地/遠(yuǎn)程的切換不應(yīng)影響調(diào)節(jié)閥的正常調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換[14]。出站壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用出站壓力和輸油主泵入口匯管壓力選擇性調(diào)節(jié)。在正常情況下，調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證出站壓力在設(shè)定值；當(dāng)主泵入口匯管壓力低于壓力報(bào)警設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)切換到保護(hù)性調(diào)節(jié)回路（以主泵入口匯管壓力為被調(diào)參數(shù)）。當(dāng)出站壓力達(dá)到高壓保護(hù)開關(guān)設(shè)定值時(shí)，保護(hù)開關(guān)動(dòng)作報(bào)警并聯(lián)鎖出站壓力調(diào)節(jié)閥降低壓力，對(duì)出站管線進(jìn)行保護(hù)。
優(yōu)化后的出站壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)明確了調(diào)節(jié)閥自動(dòng)切換的前提條件，同時(shí)將參與聯(lián)鎖的出站高壓保護(hù)壓力開關(guān)改成了 2oo3 的壓力變送器，從而保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有效性，避免因儀表失效導(dǎo)致安全相關(guān)系統(tǒng)誤動(dòng)作。具體措施如下：
（1）出站壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用出站壓力和輸油主泵入口匯管壓力選擇性調(diào)節(jié)，由出站管線壓力調(diào)節(jié)閥、出站壓力、輸油主泵入口匯管壓力等構(gòu)成選擇性壓力調(diào)節(jié)回路。主回路被控對(duì)象是出站壓力，副回路被控對(duì)象是輸油主泵入口匯管壓力。
（2）正常運(yùn)行情況下控制出站壓力的大小，保證出站壓力控制在設(shè)定值內(nèi)。一旦輸油主泵入口匯管壓力降低到保護(hù)值，站控制系統(tǒng)自動(dòng)選擇到副調(diào)節(jié)回路（對(duì)進(jìn)站壓力進(jìn)行控制）。
（3）保護(hù)性調(diào)節(jié)回路切換到主調(diào)節(jié)回路要實(shí)現(xiàn)主調(diào)節(jié)回路的無擾動(dòng)切換；PID手動(dòng)、自動(dòng)切換時(shí)主調(diào)節(jié)回路要實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。
4 結(jié)論
通過對(duì)西部原油及成品油管道站內(nèi)工藝的設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以得出以下結(jié)論：
（1）壓力開關(guān)更換成帶冗余的壓力變送器，經(jīng)測(cè)算，壓力變送器組成的 2oo3 組合 MTTFs 非常低、平均無故障時(shí)間非常長(zhǎng)，可提高儀表使用的安全性能，減少因儀表故障導(dǎo)致的事故發(fā)生。
（2）水擊泄壓閥保護(hù)程序中的泄壓閥前流量開關(guān)、液位計(jì)組合式聯(lián)鎖系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化，可以更方便地應(yīng)對(duì)閥門內(nèi)漏或不正常開啟等事故工況，站控人員可根據(jù)實(shí)際情況遠(yuǎn)程關(guān)閉泄壓閥上游電動(dòng)閥門，截?cái)嘈箟合到y(tǒng)，避免泄壓罐溢罐事故，降低了因泄壓閥故障導(dǎo)致的管道停輸損失。
（3）出站調(diào)節(jié)閥選擇性保護(hù)調(diào)節(jié)優(yōu)化，提高了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有效性，避免因儀表失效導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥相關(guān)系統(tǒng)誤動(dòng)作。
通過采取以上措施，可使優(yōu)化后的站內(nèi)工藝更加適應(yīng)今后的輸油調(diào)度操作及指揮生產(chǎn)；同時(shí)對(duì)其他類似長(zhǎng)輸管道的工藝優(yōu)化具有借鑒和參考作用。
