摘要：油气田仪表及控制系统设计必须要符合工程实际并满足油气田开发、生产及管理要求, 设计要关注内容应包括工程自动化水平、投资、施工、使用及维护等方面。油气田仪表及控制系统工程设计分为设计阶段、现场服务阶段、技术总结阶段。该系统实际运行是检验仪表及控制系统设计水平的唯一标准, 仪表及控制设计人员必须重视现场技术服务阶段和技术总结阶段, 这样可减少理论设计与实际运行存在的误差, 理论与实际相结合的过程也是设计水平提升的过程。
关键词：仪表及控制,工程设计,标准规范,图纸文件,技术服务
油气田仪表及控制系统设计必须要符合工程实际并满足油气田开发、生产及管理要求, 设计要关注内容应包括工程自动化水平、投资、施工、使用及维护等方面。油气田仪表及控制系统工程设计分为设计阶段、现场服务阶段、技术总结阶段, 其中设计阶段包括可研设计、初步设计、施工图设计;现场服务阶段包括现场施工服务、现场投产服务;技术总结阶段是理论设计到工程实践验证过程, 是工程实践到理论设计提升过程。
1 可研设计
用框图、表格、文字等方式, 为主管部门描述一个清晰的仪表及控制系统设计思想和投资规模。根据油气田规模、工艺技术、相关标准规范及用户操作管理要求, 一般应提出2个或3个设计方案, 经过对技术、投资、可靠性、安全性等方面进行比较论证, 形成一个推荐方案。
主要设计要点包括: (1) 根据不同的设计方案, 明确设计范围和设计分工;确定现场测控仪表采用的技术, 现场测量点和控制点的规模及自动化操作程度;说明控制系统组成、规模、功能、水平, 规划中心控制室、仪表值班室及仪表设备间设置方式。 (2) 确定选择仪表及控制系统国产和引进范围, 确定仪表及控制系统选型原则, 提供测控仪表基本技术数据要求, 提供主要仪表及控制系统工程量, 估算仪表及控制系统投资。
设计文件主要包括说明书、主要工程量、投资预算及附图等。
2 初步设计
根据主管部门对可研设计方案的批复意见和工艺专业设计基础资料, 按《石油天然气工程初步设计内容规范 (SY/T 0082—2006) 》编制初步设计文件, 为主管部门及用户提供一个先进、实用、可靠、安全及经济合理的仪表及控制系统设计方案。
主要设计要点包括: (1) 明确设计范围、设计原则、设计分工、主要仪表及控制系统选型原则, 说明仪表及控制系统组成, 确定中心控制室、仪表值班室及仪表设备间设置方式,(2) 明确工艺及设备有关控制要求和测控内容, 理解仪表测控点与工艺操作关系,(3) 编写设计标准, 提出与工艺、设备、电力、通信、土建等专业接口技术要求及设计专业分工界面, 确定随成套撬装设备提供的仪表及控制系统设计分工界面, 配合工艺专业完成工艺自控流程图设计,(4) 编写说明书, 统计各种仪表、安装材料技术规格和数量, 确定控制系统配置要求和规模, 设计有关图纸, 达到《石油天然气工程初步设计内容规范》要求,(5) 进行各级别评审及用户审查, 获得最终批准。
设计文件主要包括说明书、设备表、材料表、投资概算及图纸等。
3 施工图设计
根据主管部门对初步设计的批复意见和工艺专业设计资料, 编制设计文件以满足仪表、控制系统及安装材料的采购, 仪表及控制系统施工安装, 装置调试投产, 生产操作维护等要求。
设计要点包括: (1) 明确工艺专业设计资料对仪表的要求, 确定仪表及控制系统的选择、安装及操作完全满足工艺操作和生产管理要求,(2) 明确与各专业和撬装设备厂商设计界面, 配合工艺专业完成工艺自控流程图设计,(3) 编制仪表数据表及控制系统技术规格书, 认真阅读和修改投标厂商提供的技术文件, 使其满足设计要求和采购要求,(4) 设计相关图纸文件达到施工图设计深度, 满足施工安装和操作维护要求。
设计文件主要应包括图纸目录、说明书、设备表、材料表、图纸、仪表技术规格书及专业设计接口条件表等。
4 现场服务
4.1 现场施工服务
现场施工服务要点包括: (1) 向施工人员介绍该工程仪表及控制系统内容、技术特点及注意事项等, 让施工人员深入了解设计思路和意图,(2) 与施工、监理、操作维护及仪表厂商现场技术服务等人员密切合作, 了解工程进度和施工计划安排, 对设计的图纸文件做到提前核查,(3) 尽可能做到每天到施工现场查看施工情况, 及时发现设计图纸文件与现场不符或不够科学的地方, 及时修改设计, 一般以设计变更单或施工联络单形式修改设计,(4) 仔细核实到货仪表的技术规格、安装尺寸、接口规格的数据是否与设计相符, 核实仪表安装的取源位置、方向、高度, 与工艺管线/设备接口、操作平台及仪表安装材料规格数量等信息, 进一步确认仪表与工艺设备之间是否匹配, 发现问题及时与供货商、仪表及工艺施工人员协商, 及时修改设计,(5) 认真做好施工纪录, 包括图纸文件修改, 实际到货仪表产品说明书, 安装材料有关数据, 仪表安装过程, 相关现场照片。
4.2 现场投产服务
现场投产服务要点包括: (1) 向测试人员介绍仪表测控点与工艺操作关系, 与施工、监理、操作人员、维护人员、仪表厂商现场技术人员及工艺设计等人员共同确认测控仪表安装正确, 确认控制系统 (DCS PLC ESD) 软件编程的检测及控制方案正确。 (2) 仪表和控制系统上电后, DCS显示相应的流程图画面, 所有参数应显示有关数据或出现报警状态, 部分温度参数应显示测试时管道或设备内的温度;现场检测仪表有就地指示表头应与DCS显示一致, 开关阀阀位和调节阀开度在正确位置。 (3) 根据工艺操作要求测定调节回路作用方式, DCS采用手动输出方式给出0%, 50%, 100%调节阀开度信号, 现场观察调节阀开度位置, 使其满足操作要求;开关阀应有开阀和关阀的阀位信号反馈给DCS, 在其显示屏幕上显示它的状态。 (4) 在工艺设备试压或试运等过程中, 如仪表运行条件满足时可一起调试运行, 注意核实仪表测量值和输出值的正确性, 观察控制系统 (DCS或ESD) 画面显示及参数变化趋势等, 为工艺试压或试运提供正确数据。 (5) 正式投运开始时, 随着时间推移, 压力、温度、流量、液位等参数应有变化, 与工艺设计人员共同确认有关参数是否在设计范围内变化或变化趋势是否正确, 同时确认显示与现场实际相符;DCS流程画面将有动态显示, DCS采用手动控制调节阀开度, 将改变相应的工艺参数, 流量的累积值显示将逐渐增加。 (6) 投运开始初期工艺流程、仪表及工艺设备从“冷”状态转入“热”状态, 主要工艺运行参数的控制和数据, 只有通过仪表控制系统才能控制和获得, 如发生重大偏差必须采取紧急措施, 设计人员必须向有关人员说明有关检测和控制方案。 (7) 在装置运行期间, 要密切注意进料时各种仪表测量值, 并做好记录;与工艺配合调整测量仪表量程, 控制设定点, 测量报警值, 调节回路手动自动操作选择;分析在运行中工艺参数测量和控制产生误差的原因, 提出解决方案。 (8) 一般投运72 h后, 操作管理人员将通过仪表控制系统调整工艺运行状态, 以获得生产信息及数据, 校核工艺装置性能。在此期间工艺操作人员, 为了调整工艺运行参数, 使装置达到最佳运行状态, 会对部分检测、控制功能回路进行方案修改。 (9) 设计人员要认真核查投运的测量仪表和控制阀是否能适应新的工况, 按操作程序修改相关仪表量程及DCS组态设置, 投运后继续观察运行情况。
5 技术总结
技术总结要做到: (1) 明确仪表及控制系统是否满足生产操作管理要求, 测控参数是否全面反应工艺过程运行, 测量值是否准确可靠, 与工艺专业共同分析有关问题产生的原因,(2) 仪表选型、材料选择、与相关专业接口是否正确, 分析出现错误环节, 提出如何避免错误的措施,(3) 材料规格、数量是否准确, 分析缺料或漏料的原因, 提出如何避免错漏的措施,(4) 整理一套完整的专业工程文件, 包括设计文件, 施工纪录, 图纸修改, 设计变更单, 与相关部门资料确认函, 工程全过程心得体会等。
油气田仪表及控制系统实际运行是检验仪表及控制系统设计水平的唯一标准, 仪表及控制设计人员必须重视现场技术服务阶段和技术总结阶段, 这样可减少理论设计与实际运行存在的误差, 理论与实际相结合的过程也是设计水平提升的过程。
