天然气井站工艺流程涵盖井场和气田集气站两部分, 是将气井采收的天然气经井口处采气树调压、水套炉保温和三相分离器净化进而向下游输送的过程。在采气工艺流程中除上述设备外, 天然气井站标准化设备配置还包括用于处理三相分离器排污的污水罐和监控天然气流量、压力和温度的流量计。
井站监控就是对上述天然气工艺流程运行参数及主要装备的运行状况进行监测和调节, 以确保天然气井站在最优化的工艺参数内安全生产、确保天然气井站各个设备健康平稳运行。传统的人工巡检主要依靠员工按规定时间周期性对井站工艺流程各个环节进行检查, 记录运行参数和设备运行状态, 对发现的问题进行处理, 在该监控模式下, 无论是监控的时效性和数据记录采集的准确性均较差, 进而对巡检发现问题的处理也容易滞后。因此, 需要建立无人值守的井站远程监控系统来解决人工巡检存在的瓶颈, 该系统应当能够满足如下监控需求:
一是能够实时采集和上传井站工艺流程现场参数和设备运行状态信息。根据采气工艺流程的主要环节, 采集数据内容必须包括: (1) 采气树和流程区气体压力和浓度; (2) 水套炉进出口压力和温度的检测以及炉内压力、温度和燃烧状态; (3) 三相分离器和污水罐内的压力和液位; (4) 流量计、压力和温度传感器的数据及工作状态。这些数据被准确收集后必须能够完整地传送到监控中心处理和数据库备份, 为此传输频率既不能过高也不能过低, 过高会导致服务器压力增加且降低数据处理效率, 过低则会造成数据丢包或者上传延迟, 影响井站监控和问题处理的时效性。
二是能够有效执行远程控制指令。利用现场监控设备数据采集和上传功能实时监控井站工艺流程过程中发现工艺运行参数和设备工作失常时, 必须能够通过在监控中心输入控制指令让现场监控设备控制采气树、水套炉、分离器、污水罐等设备的开关阀和调节阀, 进而实现工艺运行参数的优化调节和设备的安全工作, 特别是当发现设备运行状态严重失常时能够及时关断设备进行故障处理。
三是具备安全防范功能。一方面能够保障监控网络的安全, 既具有校验功能来保障采集上传数据库和监控中心的数据安全、真实, 又具有防火墙能够防范网络入侵;另一方面能够保障工艺和设备运行的安全, 既能够在工艺参数和设备运行出现安全隐患时及时作出预警, 又具有侦测和录制拍摄功能防范盗窃、损毁设备等行为的发生。
根据监控需求的分析, 从实现监控系统网络采集数据、执行指令和安全防范三大功能出发构建井站监控系统网络, 整体方案设计如下:
井站监控系统由监控中心、通信网络和现场监控设施三大单元构成, 首先由现场监控设施对井站现场数据进行采集和现场安全预警, 通过通信网络传输至监控中心, 监控中心根据传输来的数据做出判断发出控制指令, 再通过通信网络传送至现场监控设施对阀门和设备进行控制和现场图像采集。
系统通信网络单元是监控中心和现场设施单元数据交互的载体和通道, 目前主流的通信技术有GSM、GPRS、超短波和4G。
四种技术各有优劣:GSM网络技术成熟部署成本低、能够不受自然因素限制灵活组网且兼容性好, 但技术较为落后, 通信速率是目前所有技术中最低的;GPRS相比GSM虽然传输速率有所提升, 且改变了GSM按短信收费的方式为按流量收费, 节省了数据传输成本, 但随着近年来4G技术的全面普及应用, GPRS技术势必在不久的将来被淘汰;超短波通信的代表设备主要是数传电台, 由于其有效传输范围最大可达方圆50公里且可与现场设施单元直连从而最大限度保障数据传输安全, 因而在分布零散和地理环境复杂的监控环境中较为适用, 但组网成本最高且运维难度较大;4G网络是近年来逐渐成熟和全面普及的技术, 不仅传输速率最快、通信质量最高, 而且可直接在原来GSM和GPRS的基础上升级, 既拥有原移动通信技术的灵活性和不受自然因素限制的特点, 又能够节约建设成本, 尽管目前4G网络各通信运营商之间技术标准尚不统一, 但4G网络已成为当前通信技术发展的最主流技术, 相比其他技术其具有绝对的优势, 因此不仅应当采用4G网络作为日后新建天然气井站的组网方案, 还应当逐步对陈旧的天然气井站组网进行升级改造。
软件方面, 由于井站监控系统采集到的现场数据都会被上传到监控中心, 由监控中心对数据进行解析、存储、管理, 因此井站监控系统应当选用C/S (Client/Server) 与B/S (Browser/Server) 交叉的混合结构, 其优势在于用户既可以通过监控中心计算机实时监控局域网内的井站监控单元, 也可以通过浏览器登录的方式实现远程监控。
硬件方面, 可编程逻辑控制器 (PLC) 和 (RTU) 是目前主流应用的自动化控制硬件设备, 前者功能强大、编程方便, 后者比前者具有更优良的通讯能力和更大的存储容量, 能够在更恶劣的温度和湿度环境中使用, 因此天然气井站系统现场监控设施应当选用远程终端单元 (RTU) 。
摘要：随着国内天然气勘探开发规模的日益增长, 天然气气井数量与日增加, 人工巡检的气井监控方式越来越不能满足当前天然气开采的生产需求和安全保障, 利用现代信息技术建立远程监控系统已成为油气田企业采信息化建设的重要任务之一。为此, 本文立足于气井井站工艺流程的功能, 分析了天然气中心站的监控需求, 进而对天然气井站监控系统的设计方案选择提出拙见。
关键词：天然气,工艺,监控,方案
[1] 谢茂.美国天然气产业发展的经验与启示[[J].国际石油经济, 2015 (6) :30-36
[2] 成都国光电子仪表有限责任公司.RTU VO软件使用手册v1.2.5[S].2014.
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