曹妃甸浮式生产储油船中央控制系统设计

维普资讯 http://www.cqvip.com ＼口％　、、１　、、　、　、　、　》船舶自动化　／　、！霈、　、呀　、＿　＼　曹妃甸浮式生产储油船中央控制系统设计　谢昊彬，陈根　（７０８研究所，上海２００１１）　摘要：以２００４年６月完工的中国海洋石油天津渤海公司“海洋石油１１２”号浮式生产储油船为实例，介绍了ＦＰＳＯ　中央控制系统的设计及主要功能，重点介绍了国内首次采ｆ｛ｊ圈际Ｅ新型的吨急关断和火灾及消防集中控制矩阵板　等先进设计理念。　关键词：ＦＰ￣Ｋ）；中央控制系统；安全性；实时管理　中图分类号：Ｕ６６４．８２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００５—９９６２（２００６）０３　００２７　０３　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ（Ｉ（　）ｉｓ　ｔｈｅ　ｂｒａｉｎ　ａｎｄ　ｎｅｒｖｅ　ｓｖｓｔｅｎｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＦＩ’　．Ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｐｒｏ—　ｄｕｃｔｉｏｎ．ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ（）ｆ　ｔｈｅ　ＦＰＳ０．Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ（７￣ｉＤ　ｊ　１２　ｂｅｌｏｎｇｅｄ　ｔｏ　Ｔｉａｎｊｉｎｇ　ｔ￣）ｈａｉ　ｆｉｌｉａｌｅ　ｏｆ　Ｃ（Ｘ）ＮＣ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ．ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒ０ｄｕｃｅｓ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＩＣＳ．ａｎｄ　ｇｉｖｅｓ　ｅｍｐｈａｓｉｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｌａｔｅ—　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｄｅａ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｓｈｕｔｄｏｖａ￣ａｎｄ　ｆｉｒｅ／ｇａｓ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＦＰＳ（）；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；￣ｆｅｔｖ：ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　１　日ＩＪ　舌　ＩＣＳ是采用美国ＦＯＸＢＯＲＯ公司的Ｉ／Ａ　Ｓｅｒｉｅｓ　系统７０系列，　它最大特点是系统的软件、硬件和通　曹妃甸油田（ＣＦＤ１ｌ—ｌ／２）由中国海洋石油总公　司和美国ＫＭＧ公司联合开发　它主要包括ｌ艘浮　讯系统都广泛采用开放型标准设计，硬件品种少，可　靠性高，组态灵活。ＩＣＳ的系统框图见图ｌ＝　式生产储油船（ＦＰＳＯ）、ｌ座中心平台和ｌ座井口平　台。在“海洋石油ｌ１２”ＦＰＳｏ全船中央控制系统　３　ＩＣＳ系统组成　３．１生产过程控制系统（ＰＣＳ）　主要用以动态显示生产流程的状态及显示主要　工艺参数，可以在线修改控制系统的参数，监视主要　设备的运行情况，处理报警事件等。系统规模的大　（ＩＣＳ）设计过程中，ＫＭＧ公司带来了一些国外先进　的设计理念，例如国内首次使用最新的“ＤＮＶ　ＯＦＦ—　ＳＨＯＲＥ　ＳＴＡＮＤＡＲＤ（２００１）”规范、网络拓＃ｂｆａ构的　设置、应急关断状态下考虑不影响临时应急避难区　域的使用，以及火气探测和消防集中控制矩阵板　（ＭＡＴＲＩＸ）的设置等。本文主要介绍该ＦＰＳＯ的　小主要是根据船东要求及ＦＰＳ（）上生产处理模块配　置的情况而定？本船ＰＣＳ的规模要求如下：　ＩＣＳ系统功能、特点及生产过程控制系统、船舶管理　控制系统和安全系统的构成，以供参考。　（１）硬点监测点约４８８点（其中带ＨＡＲＴ协议　模拟量输人为１６８点，带ＨＡＲＴ协议模拟量输出为　２　ＩＣＳ的功能及特点　２．１主要功能　９６点，开关量输入为ｌ７６点，开关量输出为４８点）；　（２）串行通讯点约为２　０００点（一共２２个串行　通讯口）；　（１）为船舶管理和原油生产人员提供日常工作　的过程处理信息，保证生产安全、连续运行。　（３）ｌ７幅模拟图（如生产水处理模拟图、进口原　油／生产水交换模拟图、原油脱水模拟图、一二级分　离进口加热器模拟图、一二级分离器模拟图等）；　（４）８幅趋势图（如原油脱水系统、一二级分离　系统等）　根据以上要求，共配备了３个系统柜和３个远　程遥控输入／输出柜。　３．２船舶管理控制系统（ＶＭＳ）　（２）为全船人员提供必要的安全信息，保障安　全。　（３）接受与处理各项实时信息，防止潜在危险。　（４）在船上实现与国际互联网的安全连接，为公　司管理层提供必要的实时信息以便于管理　２．２主要特点　主要用于提供船舶日常管理的计算机信息系　第一作者简介：谢吴彬，男，工程师。１９７２年生，２０００年上海　第二工业大学毕业，从事昭舶电气设计工作。　统：它包括了阀门遥控系统、液位遥测系统、货油泵　控制系统、监测报警系统、装载计算机系统、数字摄　上海造船２００６年第３期（总第６７期）　维普资讯 http://www.cqvip.com －＿二＿¨一一…一～～～一一　一　，１　ｌ，　、　ＳＤＨＳＴＨ￣￣６２２Ｈｂｐｘ　Ｖｏ￣ｂｅ，　ｄｅ　如ｔａ　￡越Ｆａｕｌｔ　ｆｏｌｅｒａ￣ｔ　ｇ　／　／　、、：～～＿～～～～…一一一一一一一一一：二　ＬＬＬＰ　一　一　一Ｔｃ￣ｄｅｓ　高　一　一。　∞　薯Ｆ　！　【　一　・　：霉　’ｌ　一　—　Ｆ　！０ｉＩ－［Ｉ—　、　　。：　　～　０　拿二～　‘　ｉ　　一］；一　Ｉ０奠　］　：　一、　Ｉ　ｒ１　　、’　一　＝ｒ—　ｊ。■ｉ　　Ｉｉ　　０　ｌ＿　・　芦、　；　ｒ上　Ｉ二　　］＇，＝厂　　一＿’　…　…－　…　一……－　●Ｄ‘＿　…　…ｔ一　一●Ｄ’　Ⅵ　Ｓ　日　Ｅｇ　［　Ｅ　目　月　ｓ　Ｆ¨ＥｇＸＦｊＥＳＳ　Ｅ　图１　曹妃甸Ｆｔ　全船中央控制系统框图　像监视系统等子系统，能帮助船舶管理人员对船舶　（１）为ＦＰＳＯ的人员和设备提供安全保护；　各种工况进行及时管理。ＶＭＳ的规模大小是根据　（２）预防生产过程进入非安全状态；　船东要求及设备配置情况而定　本船ＶＭＳ的规模　（３）当有任何原因导致生产过程达到非安全状　要求如下：　态时，快速切断并隔离危险源以达到确保人员安全。　（１）硬点监测点约为２　０００点；　本船的安全系统分为以下２个相互独立又相互　（２）串行通讯点约为２　０００点（共１６个串行通　联系的子系统：　讯口）；　（１）火／气探测报警系统（Ｆ＆Ｇ）　（３）１６幅模拟图（货油系统、专用压载系统、艉　Ｆ＆Ｇ主要是对ＦＰＳＯ上危险气体泄漏和火灾　部卸油系统、气体采样系统、压缩空气系统、海水冷　进行自动检测和报警。它应与应急切断系统（ＥＳＤ）　却系统、货油泵控制面板、舱柜液位及吃水系统、阀　相连，当发生火灾和危险气体泄漏时，能通过ＥＳＤ　门遥控液压系统控制面板、机舱舱底压载系统、水消　自动切断该区域的风机、油泵、防火风闸和防火门，　防及甲板泡沫系统、低压配电板系统、中压配电板系　以确保火灾或危险不扩散。由于ＦＰＳＯ上安装的火　统、火气报警系统、应急配电板系统、风速风向等）。　／气探头数量比较多，在重要区域为了防止探头的误　根据以上要求，本ｖＭＳ共配备了２个系统柜　动作，本船采用挪威ＡＵＴＲｏＮＩ　Ａ公司带有可寻址　和１远程遥控输入　出柜。考虑成本，主控制器是　及表决功能和自检功能的Ｆ＆Ｇ，并满足ＳＩＬ　２安全　采用了２个单处理器的主控制器ＣＰ６０Ｓ。　标准。它配备了１个火气设备柜、１个ＵＰＳ（能连续　３．３安全系统（ｓｓｓ）　供电４小时）、１块火饩报警及消防集中控制矩阵　虽然自动化系统已有高水平的安全性，但当发　板以及合适数量的火／气探头。火　报警及消防集　生错误和差错时，仍需要一个更高级别的专有安全　中控制矩阵板在国内首次使用，面板示意图见图２。　系统来降低风险和产生最小化的影响。　火气报警分区的基本原则是以每层甲板、每个　ＦＰＳＯ全船综合计算机网络中对于安全可靠性　生产模块、一些重要控制室和工作场所各分为一个　要求比较高的子系统，如应急切断系统（ＥＳＤ）必须　分区，并根据船东要求，ＦＰＳＯ上共分７１个分区，其　满足有关安全标准，例如ＩＥＣ６１５０８　ＳＩＬ３（ＳＡＦＥＴＹ　中１９个为生产模块分区（包括单点ＳＰＭ、火炬塔和　ＩＮＴＥＧＲＩＴＹ　ＬＥＶＥＬ　３）或ＴＯＶ　ＡＫ６的要求，并取　计量区域），并且把居住楼内的第一甲板独立作为临　得相应的证书。　时应急避难区（ＴＲ）。　ＳＳＳ主要实现以下３项任务：　（２）应急切断（ＥＳＩ））系统　一２８一　谢昊彬等：曹妃句浮式生产储油船中央控制系统设计　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｆ　ｄ　ｆ『目Ｅ　【　【ＩＪ　⑨　【ＩＪ　【Ｉ】　⑨　【　《ｃ—ｅｅ一　【！＝Ｉ　⑨　⑨　【Ｉ】　【Ｉ】　【　—ｅｅ一　⑨　】　【Ｉ】　ｂ　Ｊ　＝！＝　⑨　⑨　⑨　：Ｉ：　Ｉ：　：Ｉ　臻岛嚣　盘　，　＝亘＝　⑨　⑨　ｒＩ　【　ｂ　ｅ　一　⑨　】　⑨　【Ｉ】　【｜】　ＳＴＡ　Ｔ　…　…ｖ＾　Ｔ　Ｉ　￡Ｄ　，　等　ｅｅ州　：　等　ｅ叫ｊ　苫ｌ　ｌ　…　ｔｅｓｔ　ｌ＿…　…ｔ　ｅ　Ｉ＿＿＿ｌ…’ｌ　…一　＿　图２　火／气报警及消防集中控制矩阵板示意图　当该系统接收到危险报警信号，通过预先设定　的逻辑判断程序自动或手动地对船上相应的设备或　系统进行切断，以保证人员和设备的安全。其设计　２Ａ．ＬＥＶＥＬ　２ｔ３），第四级为单个设备装置的关断　（ＬＥＶＥＬ　４）。高一级的关断动作将触发低一级的　关断，但低一级的关断不能触发高一级的关断动作。　本船ＥＳＤ系统是按照满足ＳＩＬ　３安全规则要　求来设计的。在船体部分配备了１个系统控制器　柜、２个输入黼出机柜和１个继电器输出柜；在生　产模块部分配备了２个系统柜，１个控制器柜和７　个远程输入黼出柜，其中２个系统柜用于火饩报　原则为低级别的关断不能引起高级别的关断，而只　能触发比它更低级别的关断。所有ＥＳＤ系统的输　入黼出信号都应采用硬线连接。一般在船舶部分　应急切断的级别中又可以根据船上的不同工作区域　分成几个不同的切断区域，在保证安全第一的原则　下尽量减少对生产的影响。　本船的ＥＳＤ系统主要分为两大部分，第一部分　为生产模块部分，包括生产模块区域的火气关断、生　产流程的应急关断（ＰＳＤ）以及单个生产设备的应急　关断。第二部分为船体部分，主要是火气关断。由　于生产模块部分是ＦＰＳＯ上最有可能产生危险的部　分，故ＥＳＤ系统的总逻辑原则应由生产模块部分生　警及消防集中控制矩阵板和应急切断矩阵板。　应急切断系统的主控制器是一种建立在三重模　块冗余结构ＴＭＲ技术上的容错带表决的控制器。　它使用３个同样的控制模块，每个控制通道能与另　外两个控制通道并联独立执行应用程序。当一个控　制模块出现故障时，能在线更换而无须中断另外两　个控制模块的处理工作，提供了系统的可靠性。　应急切断控制矩阵板反映了应急切断系统各级　产工艺流程及危险程度等决定，而船体部分的应急　切断系统主要是火气关断，故属于ＥＳＤ的第二级　别。　别的主要逻辑因果关系，使操作者对应急切断操作　有清晰的了解，减少误操作，并能在板上显示应急切　断操作后的执行情况，使操作者能确认应急切断执　行结果的正确与否，从而增加了系统的安全性及可　靠性。　全船应急切断（ＥＳＤ）系统分为４级（由高至　低）：第一级为弃船关断（ＬＥＶＥＬ　０），第二级火／气　关断（ＬＥＶＥＬ　１），第三级为生产工艺流程关断　（ＬＥＶＥＬ　３）以及生产模块区域的火气关断（ＬＥＶＥＬ　上海造船２００６年第３期（总第６７期）　一２９—