摘要： 为了减少输油管道泄漏事故时原油泄漏损失，降低事故危害程度，提高应急响应速度，对靖惠输油管道截断阀进行远程控制改造。改造方案从电源系统入手，选用符合工程项目现场实际条件的电动执行机构、远程控制系统、通信系统和电源系统，取得良好运行效果。
关键词： 输油管道； 截断阀； 远程控制
中图分类号： TE978 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）04-0034-02
靖惠管线东起陕西省靖边县周河乡，西至宁夏盐池县惠安堡镇，全长215km，截断阀室12座，钢管等级X52，管径377mm，壁厚6mm，设计压力6.4MPa，设计年输油量350万吨，于2003年9月投产运行。该输油管道所经区域地形地貌复杂，沟壑纵横，黄土高原和沙漠草原交替出现，最高海拔1800m，最低海拔1350m。夏季酷热，冬季漫长，极端最低气温达到-30℃。
一、前言
随着西部大开发和新农村建设，陕北、宁夏地区经济快速发展，城乡建设不断扩大和延伸，外界对输油管道安全构成的威胁也越来越多，打孔盗油和管道人为破坏案件时有发生。而且，该管线所经区域有多条季节性河流，还有水库，黄土高坡和沙漠草原地带自然环境脆弱，滑坡等地质灾害频发。为了全面提升管道的安全环保防护能力，防止发生颠覆性安全环保事故，决定对管道截断阀进行技术改造，实现调度中心和上下游输油站对阀室截断阀的远程控制，在事故工况下能够迅速切断。
二、技术改造方案及实施
靖惠输油管道途经我国西北地区黄土高坡和沙漠丘陵地区，管道沿线人烟稀少，除个别阀室可利用附近乡村的农电外，其它阀室均无正常的供电条件。即使阀室能够接到农电，电源也是不稳定，在农忙季节，停电经常达数天之久。
靖惠管道截断阀门均为苏州高中压阀门厂生产的自撑式金属密封球型闸阀，型号为：QZ541Y-6.4 DN350，两人手动关闭需约5分钟时间。事故时，如果巡线员从执勤点赶到阀室关闭截断阀，距离最远的截断阀关闭时间约2.5小时，远远不能满足应急抢险的需要。
1.电动执行机构
电动执行机构的选择是本方案的难点，要保证截断阀在正常生产运行时处于全开状态，事故状态时电动关闭，电源断电时阀门保持原位，同时要电动执行机构故障时具备手动打开和关闭阀门的功能。还要求阀门的全开、全关位置和开度指示器准确、易懂，能够满足及时开关阀门的要求。由于阀室内部属于爆炸危险场所（Ⅱ区）；所以执行机构及其附件的防爆等级必须达到EExd ⅡBT4，防护等级达到IP68。
由于大部分截断阀室地处偏远，没有电源依托，将380VAC或者220VAC接入阀室难度是极大的，即使可以接入高压电，还要新建配电装置和设施，成本极高，所以研究选用既可靠又节约建设成本的方案。
因为通信设备和控制系统通常使用24VDC电源，所以研究是否可以使用24VDC电源驱动的电动执行机构。经过考察，发现国内外目前没有成熟的低压直流弱电驱动电动执行机构，为此长庆油田油气工艺研究院与陕西航天泵阀厂合作，研制出弱电驱动电动执行机构，经过室内性能测试试验和现场试验均取得了成功。
与传统的380VAC电源驱动电动执行机构比较，弱电驱动电动执行机构使用直流电机、24VDC蓄电池驱动，机械部分与ROTORK、AUMA等电动执行机构相同，控制部分与阀体电动驱动部分分离，通过控制电缆与电动驱动部分连接，具备远程、就地切换开关、电源指示灯、阀门全开指示灯、阀门全关指示灯、开阀按钮、关阀按钮以及停止按钮。
2.控制系统
靖惠输油管道已经有一套完整的SCADA控制系统，系统采用施耐德-悉雅特的HMI软件和ROCKWELL AB的PLC，系统有一个控制中心、一个分控中心和7套站控系统。本次改造，从标准统一和易于维护的角度考虑，阀室控制采用与原SCADA系统相匹配的软硬件。
（1）RTU选择
罗克韦尔公司的AB系列PLC和RTU适用于各行各业、各种场所中的检测、监测及控制的自动化。系统由电源、处理器、输入输出模块和通信模块构成，有各种内置通信方式和不同容量的内存。其主要特点如下：功能强大，全面满足应用项目需要；模块式设计；先进的指令集；丰富的输入输出模块；抗振性强，耐高温，抗电磁干扰，专门针对工业现场恶劣的工作环境而设计；RSLOGIX500/5000编程软件使用简单，方便，纠错能力强，可以最大程度发挥控制器的性能。
本次阀室RTU选用AB的MicroLogix1400，具有12个快速24V DC输入、8点标准24V DC输入、6点继电器输出、 3点快速24V DC输出、3点标准24V DC输出、 4点电压输入、2点电压输出、 1个10/100 EtherNet/IP 接口、1个RS232C/RS485，工作温度:-20℃~+60℃，满足阀室远程控制升级改造的需要。
（2）HMI软件选择
本次改造选择在靖惠输油管道SCADA控制系统的Citect HMI软件中扩容，增加截断阀室控制功能。Citect HMI软件具有以下功能特点：
可伸缩性结构：系统采用客户/服务器体系结构可随意灵活、方便的扩展。
开放性：Citect内置近700种协议，支持各种I/O设备，如：PLC、控制器、分析仪、远程终端等。
软件设计、系统组态、实时采样等均采用模块化设计。
支持ODBC、OPC、API、DDE等标准数据交换方式；全面支持ActiveX控件。
I/O通讯冗余：主通讯中断时自动切换到旁路；I/O设备冗余：只从主设备读，可同时写主、辅设备或只写主设备；计算机冗余：服务器可冗余设置；LAN冗余：最多可支持16条LAN网。
开放性网络结构：网络通讯采用标准的NetBIOS，支持IPX/SPX、TCP/IP等协议，适用于Etherent、Arcnet、TokenRing网络。连网方式可采用同轴电缆、光缆、双绞线、拨号和无线方式。广域网可使用CiNet或远程访问服务器（RAS）。 分布式数据库：任何IO服务器的数据可被任何计算机访问，报警、趋势、报表能集中或分散处理。
Cicode：Cicode是一个简单而易用的计算机编程语言，专为工业监控应用设计；支持VBA。
支持多语种：能支持包括汉字在内的多种语言，并可在线动态相互切换。
系统通过设置不同级别的用户操作权限而防止越权操作保护系统的安全。
多媒体应用：能直接播放声音、视频文件，支持故障、报警等信息的语音提示或实时显示来自摄像机的视频图象。
（3）现场仪表选择
为了监测截断阀前后压力，安装了罗斯蒙特3051压力变送器；为了监测阀室内是否有原油泄漏，在发室内安装了瑞普韦尔GDT3000可燃气体变送器；为了监测原油温度但在不进行管线开孔焊接的基础上，安装测温原件紧贴输油管道外壁安装的长尾温度计STT-PT100A/09/X，并进行保温，基本可以反映管道内原油的温度。
3.通信系统
（1）SCADA系统通信方式
SCADA系统常用的通信方式有很多种，从理论上讲都可以满足数据远程传输的需要，但是随着通信技术的发展，现在适合的主要有以下几种方式。
（2）通信方案的选择
微波通信是使用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波进行的通信。微波通信不需要固体介质，当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离，但由于微波通信受大雪、大雾、沙尘暴等气候影响会出现间断，而且微波塔建设费用极高，而且维护工作量大，不适合本项目。
卫星通信简单地说就是地球上的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是：通信范围大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响（可靠性高）；但是由于卫星通信涉及国防安全，办理难度大，且后期使用费用高，不适合本项目使用。
ADSL是一种价廉物美的方案，但ADSL通信有一个致命的缺点，就是ADSL线路从用户侧至电信节点的距离必须小于3km，如果大于3km将造成通信链路不通。而本项目的切断阀室大部分在野外，不能保证小于3km的距离。
3G是即第三代移动通信技术，是近几年来才发展起来的无线通信方式，是支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。3G通信初期建设费用低，且使用费用不高，基本满足本项目的需要。
光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。光纤通信通信容量大、传输距离远，信号干扰小、保密性能好，是目前SCADA系统首选的通信方式。但是由于其高昂的建设费用，使人望而却步。但是，靖惠输油管道在建设期间，随管道敷设了光缆，经过详细的调查，还用多余的光芯可以使用，只要购置光传输设备就可以使用，所以光纤通信是本项目首选的通信方式。
本项目，为了保障阀室通信无间断，采用了光缆/3G冗余通信方案。光缆通信采用SICOM3000工业以太网交换机，提供10-100BASE-T 以太网RJ45口。3G通信采用CP-89-51无线传输设备，提供10-100BASE-T 以太网RJ45口。在控制中心安装冗余通信切换设备，一旦光缆通信中断，立即切换到3G通信，切换时间不超过1秒，从而保证阀室通信全天候畅通。
4.电源系统
电源系统采用太阳能风能发电互补供电系统，太阳电池组件与风力发电机，构成互补发电系统，风机和太阳能电池的储能和逆变系统可以共用，为阀室设备提供了一个持续可靠的独立电源系统。供电系统功率不小于200W。蓄电池采用6块12V-200Ah免维护胶体蓄电池组，满足电动执行机构对启动电流的要求，同时蓄电池容量满足供电时间不小于7天的要求。
三、结论
2010年11月初，12座截断阀室改造完成，完全达到了预期的目标，各系统运行状态良好；现在截断阀室主阀远程切断的时间最快的在10s左右，最慢的也在20s以内。
对截断阀室进行远程控制改造是预防输油管道原油泄漏，应对环保突发事件的有效手段。在生产运行过程中，还需要建立健全相关管理制度，需要定期对阀室设备进行检查维护保养，需要定期停输对截断阀进行远程开关试验，需要对应急预案进行了完善和修改，这样才能提高应急反应水平，为公司实现安全发展、清洁发展提供坚实保障。
参考文献：
[1] 祝荣荣，张士文.智能型阀门电动执行机构控制器的设计[J].工业仪表与自动化装置，2005（4）：26-28.
[2] 吴爱国，何信.油气长输管道SCADA系统技术综述.油气储运，2000，19（3）：43-46.
[3] 牟兆泉．无线通信技术在SCADA 系统中应用的研究[J]．中国制造业信息化，2007，36（13）：50-55．