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摘 要：本文从涠10-3油田A平台改造初期的实际情况出发，指出了供气管路上自动控制存在的问题，接着分析、设计并最后实施了一套临时改造方案，为涠10-3油田A平台提前向涠洲终端供气提供了可靠的控制和有力的安全保障。
关键词：关断阀，电动控制，气动控制，自动检测控制技术
一、问题及措施
随着公司生产的大力发展和本着接替油轮“南海希望号”的迫切要求，在北部湾海域涠洲岛上组建了集原油处理与储存功能于一体的涠洲终端厂及其附属生产设施。为了降低庞大的动力燃料消耗费用，终端厂的动力主燃料由涠10-3油田A平台现成的天然气提供。为此，A平台的有关设备经过一系列的改造后，引出一条通往涠洲岛的输气管线。在此管线A平台的出口处，设有一个关断阀，用于开通或切断通往岛上的天然气气流。正常情况下，阀门的开关状态由检测其上游管线压力的两个压力开关通过平台紧急关断（ESD）系统控制。由于最初这套系统的设计思想是以油田主平台“自强号”到位以后为背景的，所采用的压力开关和相应控制器件及ESD信号皆为电动的，由“自强号”中控系统提供工作电源并进行控制。但根据涠洲终端和A平台改造的实际工程进度，A平台必须在“自强号”就位前开始向终端供气。然而A平台对现场设备的监控均是采用气动或液压的，无法为此控制回路提供象“自强号”那样的电气接口。有鉴于此，根据A平台的实际情况，临时把此控制回路的压力开关和有关控制器件改换成气动的，把原由“自强号”提供的ESD电信号也相应改成由A平台提供的ESD气信号，以实行适应A平台的气动控制。待以后“自强号”到位并调试正常、运行稳定后，再改回原来的电动控制线路进行正常的控制。
二、控制系统的设计
把电动控制系统改造成气动控制系统，并经过几次的性能改进和功能完善，最终的控制原理图如图所示。它能实现正常操作（同时受控于ESD系统和检测开关状态）和旁通操作（仅检测开关旁通、仅ESD信号旁通和检测开关与ESD信号同时旁通）两种控制模式，以适应不同场合的控制要求。下面分别加以介绍：
在正常操作控制模式下，三通阀T1和T2的手柄都置于NORMAL位置，使它们的常开端口1-2相通；针阀T4和T6打开，T3和T5关闭。被测天然气压力通过T6和BASE同时作用在低低压力开关PSLL B1032和高高压力开关PSHH B1035上。如果此时关断阀SDV B1033上游的天然气压力位于PSLL B1032和PSHH B1035两压力开关设定值之间（预设定2.0Mpas-4.5Mpas，用户可根据实际工艺参数设定），则PSLL B1032动作，其常闭端口1-2接通，常开端口2-3断开；而PSHH B1035未动作，仍保持常开端口2-3相通的状态。来自A平台平台控制屏（WA-PSDP-0003）的ESD信号经过三通阀T1的常开端口1-2、PSLL B1032的常闭端口1-2、PSHH B1035的常开端口2-3和三通阀T2的常开端口1-2作用在气动中继阀SDY B1033的控制端口上。在復位操纵杆HS B1033（附属于中继阀）的复位作用下，使中继阀的常闭端口1-2接通。这样仪表气源经过针阀T4和SDY B1033的常闭端口1-2作用在关断阀SDV B1033的气缸上，打开此关断阀，使来自平台井口经过一定处理后的天然气送去涠洲终端厂。如果由于某种不正常原因（如泄漏）而使关断阀上游的天然气压力低于低低压力开关的设定值（2.0Mpas），则PSLL B1032不会动作，常闭端口1-2断开，常开端口2-3接通。于是经过三通阀T1的ESD信号由PSLL B1032的端口1隔离，而中继阀SDY B1033控制端口上的信号压力经T2的常开端口1-2、PSHH B1035的常开端口2-3和PSLL B1032的常开端口2-3，向大气泄放。失去控制压力的SDY B1033使其常闭端口1-2断开，常开端口2-3接通，进一步使经过T4的仪表气源被其端口1隔离，SDV B1033气缸内的操作压力由端口2-3向大气排放。这样，关断阀随着其操作压力的泄空而关闭，切断向终端厂提供的天然气气流，以免可能引起的严重后果。同样如果被检测天然气压力高于高高压力开关的设定值（4.5Mpas），PSHH B1035也象PSLL B1032一样动作，其常开端口2-3断开，常闭端口1-2接通。经过三通阀T1和PSLL B1032常闭端口1-2的ESD信号被PSHH B1035的端口3隔离；中继阀SDY B1033控制端口上的信号压力经T2的常开端口1-2、PSHH B1035的常闭端口1-2，向大气泄放。接下去的动作过程和被检测压力低于低低压力开关设定值时发生的情况完全一样，最后同样使关断阀关闭。另外，关断阀除了受PSLL B1032和PSHH B1035两个压力开关的状态控制外，还直接受控于平台ESD系统，因为平台一旦执行ESD指令，作为本系统控制信号的ESD信号压力便泄为零。根据系统以上的工作特点，此时不管两个压力开关动作与否，都将使关断阀关闭。
正常控制模式是系统的主功能，此外本系统还提供三种不同的旁通模式，用于一些特殊的场合，作为主功能的补充。在系统启动或需要对压力开关进行不停产调整和维修时，均要求对压力开关组实行临时性的旁通。因为系统刚启动时，天然气管线中还没有建立起压力，根据系统正常模式下的工作方式，此时是无法打开关断阀的；不停产维修时，也应该把两个压力开关隔离开来而不能让其影响关断阀的状态。在正常操作模式下，只需把三通阀T1和T2的手柄转到BYPASS位置，使它们的常开端口1-2隔断，常闭端口1-3接通，就能实现旁通压力开关组的目的。此时ESD信号经T1的常闭端口1-3，直接施加在SDY B1033的控制端口上，不再经过压力开关组的信号通道，自然也不再受其状态的影响，但仍受ESD系统的控制。另外，如果在这种旁通模式下，关闭T6，打开T3和T5，在T2的端口3接上气动信号指示器，在T5的泄压口接模拟压力源，还可以对压力开关组实行不停产校验。在平台执行FSD和ESD测试时，要求系统能提供对ESD信号单独的“屏蔽”作用。这时只要在正常操作模式下，打开针阀T3，把三通阀T1的手柄转到STOP位置，使其端口1既不与端口2相通，也不与端口3相通，由经过T3的仪表气源来模拟ESD信号，就能实现旁通ESD信号的目的。如果要同时旁通压力开关组和ESD信号，则可直接置中继阀上的复位操纵杆于“复位”状态，并用外力固定，以强制使中继阀的常闭端口1-2接通。此时不管压力开关组和ESD信号状态如何，只要仪表气源压力正常（0.35Mpa以上），都能把关断阀打开。
最后顺便提一下，作为与本项目改造紧密相关的另一部分，还必须在气井井口的采油树上安装高可靠性的高低压检测开关（HI-LOW PILOT），用于检测气井气嘴出口至关断阀的管汇压力（设定为2.0Mpas-5.0Mpas），与下游的关断阀控制系统同步协调工作。一旦管汇压力低于低压设定值（如因事故泄漏）或高于高压设定值（如因下游关断阀突然关闭），都将使井口控制屏（WA-PSDP-0001）关闭相应的气井安全阀，以达到安全生产的目的。这里限于篇幅不再加以详细的叙述。
三、结束语
设计完成后，对关断阀控制系统和与之相关的井口HI-LOW PILOT关井控制系统进行了实际的安装和调试，反复测试了它们动作的全过程。特别在以后的实际运行中，进一步证明了系统工作稳定，控制安全可靠。至此圆满完成了改造工作。
关键词：关断阀，电动控制，气动控制，自动检测控制技术
一、问题及措施
随着公司生产的大力发展和本着接替油轮“南海希望号”的迫切要求，在北部湾海域涠洲岛上组建了集原油处理与储存功能于一体的涠洲终端厂及其附属生产设施。为了降低庞大的动力燃料消耗费用，终端厂的动力主燃料由涠10-3油田A平台现成的天然气提供。为此，A平台的有关设备经过一系列的改造后，引出一条通往涠洲岛的输气管线。在此管线A平台的出口处，设有一个关断阀，用于开通或切断通往岛上的天然气气流。正常情况下，阀门的开关状态由检测其上游管线压力的两个压力开关通过平台紧急关断（ESD）系统控制。由于最初这套系统的设计思想是以油田主平台“自强号”到位以后为背景的，所采用的压力开关和相应控制器件及ESD信号皆为电动的，由“自强号”中控系统提供工作电源并进行控制。但根据涠洲终端和A平台改造的实际工程进度，A平台必须在“自强号”就位前开始向终端供气。然而A平台对现场设备的监控均是采用气动或液压的，无法为此控制回路提供象“自强号”那样的电气接口。有鉴于此，根据A平台的实际情况，临时把此控制回路的压力开关和有关控制器件改换成气动的，把原由“自强号”提供的ESD电信号也相应改成由A平台提供的ESD气信号，以实行适应A平台的气动控制。待以后“自强号”到位并调试正常、运行稳定后，再改回原来的电动控制线路进行正常的控制。
二、控制系统的设计
把电动控制系统改造成气动控制系统，并经过几次的性能改进和功能完善，最终的控制原理图如图所示。它能实现正常操作（同时受控于ESD系统和检测开关状态）和旁通操作（仅检测开关旁通、仅ESD信号旁通和检测开关与ESD信号同时旁通）两种控制模式，以适应不同场合的控制要求。下面分别加以介绍：
在正常操作控制模式下，三通阀T1和T2的手柄都置于NORMAL位置，使它们的常开端口1-2相通；针阀T4和T6打开，T3和T5关闭。被测天然气压力通过T6和BASE同时作用在低低压力开关PSLL B1032和高高压力开关PSHH B1035上。如果此时关断阀SDV B1033上游的天然气压力位于PSLL B1032和PSHH B1035两压力开关设定值之间（预设定2.0Mpas-4.5Mpas，用户可根据实际工艺参数设定），则PSLL B1032动作，其常闭端口1-2接通，常开端口2-3断开；而PSHH B1035未动作，仍保持常开端口2-3相通的状态。来自A平台平台控制屏（WA-PSDP-0003）的ESD信号经过三通阀T1的常开端口1-2、PSLL B1032的常闭端口1-2、PSHH B1035的常开端口2-3和三通阀T2的常开端口1-2作用在气动中继阀SDY B1033的控制端口上。在復位操纵杆HS B1033（附属于中继阀）的复位作用下，使中继阀的常闭端口1-2接通。这样仪表气源经过针阀T4和SDY B1033的常闭端口1-2作用在关断阀SDV B1033的气缸上，打开此关断阀，使来自平台井口经过一定处理后的天然气送去涠洲终端厂。如果由于某种不正常原因（如泄漏）而使关断阀上游的天然气压力低于低低压力开关的设定值（2.0Mpas），则PSLL B1032不会动作，常闭端口1-2断开，常开端口2-3接通。于是经过三通阀T1的ESD信号由PSLL B1032的端口1隔离，而中继阀SDY B1033控制端口上的信号压力经T2的常开端口1-2、PSHH B1035的常开端口2-3和PSLL B1032的常开端口2-3，向大气泄放。失去控制压力的SDY B1033使其常闭端口1-2断开，常开端口2-3接通，进一步使经过T4的仪表气源被其端口1隔离，SDV B1033气缸内的操作压力由端口2-3向大气排放。这样，关断阀随着其操作压力的泄空而关闭，切断向终端厂提供的天然气气流，以免可能引起的严重后果。同样如果被检测天然气压力高于高高压力开关的设定值（4.5Mpas），PSHH B1035也象PSLL B1032一样动作，其常开端口2-3断开，常闭端口1-2接通。经过三通阀T1和PSLL B1032常闭端口1-2的ESD信号被PSHH B1035的端口3隔离；中继阀SDY B1033控制端口上的信号压力经T2的常开端口1-2、PSHH B1035的常闭端口1-2，向大气泄放。接下去的动作过程和被检测压力低于低低压力开关设定值时发生的情况完全一样，最后同样使关断阀关闭。另外，关断阀除了受PSLL B1032和PSHH B1035两个压力开关的状态控制外，还直接受控于平台ESD系统，因为平台一旦执行ESD指令，作为本系统控制信号的ESD信号压力便泄为零。根据系统以上的工作特点，此时不管两个压力开关动作与否，都将使关断阀关闭。
正常控制模式是系统的主功能，此外本系统还提供三种不同的旁通模式，用于一些特殊的场合，作为主功能的补充。在系统启动或需要对压力开关进行不停产调整和维修时，均要求对压力开关组实行临时性的旁通。因为系统刚启动时，天然气管线中还没有建立起压力，根据系统正常模式下的工作方式，此时是无法打开关断阀的；不停产维修时，也应该把两个压力开关隔离开来而不能让其影响关断阀的状态。在正常操作模式下，只需把三通阀T1和T2的手柄转到BYPASS位置，使它们的常开端口1-2隔断，常闭端口1-3接通，就能实现旁通压力开关组的目的。此时ESD信号经T1的常闭端口1-3，直接施加在SDY B1033的控制端口上，不再经过压力开关组的信号通道，自然也不再受其状态的影响，但仍受ESD系统的控制。另外，如果在这种旁通模式下，关闭T6，打开T3和T5，在T2的端口3接上气动信号指示器，在T5的泄压口接模拟压力源，还可以对压力开关组实行不停产校验。在平台执行FSD和ESD测试时，要求系统能提供对ESD信号单独的“屏蔽”作用。这时只要在正常操作模式下，打开针阀T3，把三通阀T1的手柄转到STOP位置，使其端口1既不与端口2相通，也不与端口3相通，由经过T3的仪表气源来模拟ESD信号，就能实现旁通ESD信号的目的。如果要同时旁通压力开关组和ESD信号，则可直接置中继阀上的复位操纵杆于“复位”状态，并用外力固定，以强制使中继阀的常闭端口1-2接通。此时不管压力开关组和ESD信号状态如何，只要仪表气源压力正常（0.35Mpa以上），都能把关断阀打开。
最后顺便提一下，作为与本项目改造紧密相关的另一部分，还必须在气井井口的采油树上安装高可靠性的高低压检测开关（HI-LOW PILOT），用于检测气井气嘴出口至关断阀的管汇压力（设定为2.0Mpas-5.0Mpas），与下游的关断阀控制系统同步协调工作。一旦管汇压力低于低压设定值（如因事故泄漏）或高于高压设定值（如因下游关断阀突然关闭），都将使井口控制屏（WA-PSDP-0001）关闭相应的气井安全阀，以达到安全生产的目的。这里限于篇幅不再加以详细的叙述。
三、结束语
设计完成后，对关断阀控制系统和与之相关的井口HI-LOW PILOT关井控制系统进行了实际的安装和调试，反复测试了它们动作的全过程。特别在以后的实际运行中，进一步证明了系统工作稳定，控制安全可靠。至此圆满完成了改造工作。