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某采油廠管道物聯網智能巡檢系統試點項目

作者:信立科技時間:2019-11-11來源:深圳市信立科技有限公司點擊數:761
項目概述
本工程重點以采油廠采油一隊作為網絡智能巡檢系統的試點單位,是管道壓力監測、數據傳輸、遠程控制的終端總控點。通過在采油廠4#集輸系統和3#注水系統安裝智能壓力傳感器,并配套應急遠程控制工藝,同時將石油河區域自動化控制數據實現WI-FI網絡數據傳輸功能,在采油一隊值班室建設總控機房。最終完成管道壓力及站場PLC信號采集、網絡實時監測和數據傳輸、電磁閥門遠程控制等自動化改造,實現石油河區域的環保隱患監控和應急遠程控制的目標。


項目需求

本工程項目,是對采油廠4#集輸系統、3#注水系統設置管道壓力監測系統,并配套應急遠程控制工藝;同時,將石油河區域自動化控制數據實現傳輸功能;建設采油一隊值班室總控機房。項目具體內容如下:


1、采油廠4#集輸線設置管道壓力監測系統,配套應急遠程控制工藝
根據集輸管網流程和地形地貌特點,為實現采油廠4#集輸系統壓力監測,在管網特征位置設置管道壓力監測點,共7處,具體位置入如下:
① 1號集輸閥門池增加1個壓力監測點,配套XL51PX0265智能壓力傳感器本項目壓力監測點一律選用此型號智能壓力傳感器,選用太陽能系統供電)。該閥池連接28#站至聯合站輸油主管線位于跨河段后,用于控制輸油流程。
② 3號集輸閥門池增加1個壓力監測點。該閥門池連接石油河東岸集輸流程,位于老橋東側,用來控制石油河東岸油井流程。
③ 6號集輸閥門池增加1個壓力監測點。該閥池匯集自山上E15來液及210方向來液,位于15號鍋爐房東側,下坡轉彎處。
④ 8號集輸閥門池增加1個壓力監測點。該閥池連接E15及下坡段4#干線,位于隊部門口東側150米處。
⑤ 141井下坡處閥門池增加1個壓力監測點。該閥池連接4-1支線和4-5支線匯總后到4-10支線的下坡管段,位于141井下坡處。
⑥ 3號平臺井閥門池加裝1個壓力監測點。該閥池連接沖斷帶平臺井及4-10支線,位于平臺井南側30米處。

⑦ 18號閥門池增加1個壓力監測點。該閥池位于山上廟8井東側10米處,為串聯4-1、4-2、4-5支線的流程切換控制閥,可以使整個4#集輸管網形成閉合。當某條支線壓力過高時,可用來切換流程,保持4#集輸系統的暢通。


結合壓力監測系統,需要配套電磁閥門,實現遠程應急啟停控制。結合現場實際,需要設置智能遠程控制點的位置有以下3處:
①141井集輸閥門池安裝電磁截止閥,用來在應急狀態下關斷北側下山流程,使山下石油河畔集輸管線得到關停控制。
②6號集輸閥門池安裝電磁截止閥,用來在應急狀態下關斷南側下山流程,使山下石油河畔集輸管線得到關停控制。

③8號集輸閥池安裝電磁截止閥,主要用于在應急狀態下開啟集輸管網泄壓流程。


綜上,壓力監測點山上3處(141井下坡處閥池、8號閥池、18號閥池),山下4處(1號閥池、3號閥池、6號閥池、3號平臺井閥池),管道電磁控制閥3處(2處常開、1處常關),通過系統監測和控制信號的整合,達到石油河畔集輸管線應急狀態下得到控制的目標。具體采集信號和指令位置示意圖如下:

設備清單

序號

設備名稱

型號規格

技術參數

備注

1

智能壓力傳感器

XL51PX0265

LoRa無線傳輸,XL/6-IoT、Modbus RTU協議;介質:水油混合物;量程:0-2.5MPa;精度:±0.5%F.S.。
安裝接頭:G1/2;傳感器材質:304;工作電壓范圍:DC6-26V。傳感器防護級別:IP67,ExiaIICT6Ga。

每個集輸壓力監測點配置1臺。

2

電磁閥

E80F

適用介質:水、石油混合物(無雜質);壓力:2.5MPa;溫度:常溫;管徑及工作方式:DN80,常開(通電關閉,斷電打開);工作電壓:DC24V;功率:30W;連接方式:法蘭連接;材質:不銹鋼;安裝方式:水平安裝;防爆等級:ExdllCT5。

用于6#集輸閥門池和141井下坡處閥門池。

3

電磁閥

E150F

適用介質:水、石油混合物(無雜質);壓力:2.5MPa;溫度:常溫;管徑及工作方式:DN150,常閉(通電打開,斷電關閉);工作電壓:DC24V;功率:30W;連接方式:法蘭連接;材質:不銹鋼;安裝方式:水平安裝;防爆等級:ExdllCT5。

用于8#集輸閥門池和141井下坡處閥門池。

4

太陽能供電系統

XLSE-80W-120AH

含:太陽能板、蓄電池、太陽能充電控制器,以及控制箱、安裝輔材、配件等。80W,18V太陽能電池板;蓄電池:DC12V,120AH;輸出電壓:DC24V;電池使用時間:20天無太陽使用。控制箱:戶外防水。

每個集輸監控點配置1套。

2、采油廠3#注水線設置管道壓力監測系統,配套應急遠程控制工藝
根據注水管網流程和地形地貌特點,采油廠3#注水線設置管道壓力監測點3處,同時配套設置電磁控制閥門3處,實現壓力監測和遠程應急關停操作,具體位置有:
① 注水流程1號閥池安裝壓力監測點和遠程電磁控制閥門。該閥池連接4#注水場來水及單井B227管線,位于石油河東側。
② 注水流程3號閥池安裝壓力監測點和遠程電磁控制閥門。該閥池連接上山段管線,位于15#鍋爐房西北側,石油河西側。
③ 注水流程G139支線安裝壓力監測點和遠程電磁控制閥門。該閥池連接3-2支線及單井G139管線,位于G39井南側。
上述位置都位于山下沿河處。設置系統監測點和控制點,實現注水系統管道壓力的實時監測,以及應急狀態下控制石油河畔注水管線緊急關斷的操作目標。監測點和控制點的具體位置示意圖如下:

設備清單

序號

設備名稱

型號規格

技術參數

備注

1

智能壓力傳感器

XL51PX0265

LoRa無線傳輸,XL/6-IoT、Modbus RTU協議;介質:普通水;量程:0-25MPa;精度:±0.5%F.S.。
安裝接頭:G1/2;傳感器材質:304;工作電壓范圍:DC6-26V。傳感器防護級別:IP67,ExiaIICT6Ga。

每個注水壓力監測點配置1臺。

2

電磁閥

E125F

適用介質:水、石油混合物(無雜質);壓力:2.5MPa;溫度:常溫;管徑及工作方式:DN125,常開(通電關閉,斷電打開);工作電壓:DC24V;功率:30W;連接方式:法蘭連接;材質:不銹鋼;安裝方式:水平安裝;防爆等級:ExdllCT5。

用于1#閥池和3#閥池。

3

電磁閥

E65F

適用介質:水、石油混合物(無雜質);壓力:2.5MPa;溫度:常溫;管徑及工作方式:DN65,常開(通電關閉,斷電打開);工作電壓:DC24V;功率:30W;連接方式:法蘭連接;材質:不銹鋼;安裝方式:水平安裝;防爆等級:ExdllCT5。

用于G139支線。

4

太陽能供電系統

XLSE-80W-120AH

含:太陽能板、蓄電池、太陽能充電控制器,以及控制箱、安裝輔材、配件等。80W,18V太陽能電池板;蓄電池:DC12V,120AH;輸出電壓:DC24V;電池使用時間:20天無太陽使用。控制箱:戶外防水。

每個注水監控點配置1套。


3、石油河區域自動化控制數據實現整合傳輸功能

在采油一隊值班室建設數據收集、顯示以及信號報警、發出指令的總控機。將采油廠石油河區域現有數據信號(28號轉油站的兩臺輸油泵進、出口壓力監測信號和PLC控制系統內的數據信號),以及新配置的壓力監測信號和遠程電磁閥門應急啟停控制信號,通過XL80智能主機,傳輸至總控機內,實現壓力實時監測、超壓報警和控制閥門的遠程啟停操作。
設備清單

序號

設備名稱

型號規格

技術參數

備注

1

智能主機

XL801E6M

支持433MHz/RS485/Ethernet通訊接口,Modbus/MQTT/SOAP通信協議;DC24V供電,導軌安裝。

用于PLC及壓力信號采集。


4、通訊網及數據傳輸方案構建

① 系統通信中心站
監控中心設在采油一隊隊部。在采油一隊所在地靠石油河的山邊上,建立“管道物聯網系統”的通訊中心機站。通信中心站通過Wi-Fi和監控中心通信,通過LoRa和其它的監控點,或是局部通信集中節點,通信。通信中心站預留有以太網,4G Lte(可選NB-IoT)等通訊接口,以便于和其它系統通信,交換數據。
系統中心站配置1臺XL90物聯網關,1對網橋(網橋的另一端安裝采油一隊隊部),一套防水控制箱。
② 在廠區地點設一個局部通信集中站
在廠區內部地點,設置一套局部通信集中站。該局部通信集中站,配1臺XL90物聯網關,一套防水控制箱。
③ 在141井地點設一個局部通信集中站
在141井地點,設置一套局部通信集中站。該局部通信集中站,配1臺XL90物聯網關,一套防水控制箱。
項目通信網絡設備清單

序號

設備名稱

型號規格

技術參數

備注

1

物聯網關

XL905E6I

LoRa、Ethernet、RS485、4G Lte(NB-IoT)通訊接口,A11(油氣生產物聯網協議)、MQTT、SOAP、Modbus、XL/6-IoT等等通信協議;工作電壓:24V;壁掛式或導軌安裝。

用于系統中心站和每一個局部通信集中站。

2

防水控制箱

BO4515XS6

400X5400X150,防護等級:IP664。含1分快三平台、開關、端子。用于安裝物聯網關。

用于系統中心站和除28號點外的其它局部通信集中站。

3

無線網橋

 XLA2

工作模式 AP / CPE / 網橋/轉發器, 標準 IEEE 802.11b/g/n: 工作頻率(信道) 2.412 – 2.472 GHz (Ch 1-13) ? 發射功率 30 dBm (最大值);標準 IEEE 802.11a/n : 工作頻率 5.15 – 5.35 GHz  5.47 – 5.725 GHz  5.725 – 5.825 GHz ? 發射功率 30 dBm (最大值) ;工作溫度: -40 °C ~ +60 °C (設備周圍環境) ; 雷電保護 EN61000-4-5 ,風載荷 可達 216 km/h, 防護等級 IP67;最大速率:300M/867M。

安裝于中心站和隊部。


⑤ 通信網絡示意圖

⑥ 通信網絡平面示意圖


5、系統監控平臺技術方案
① 監控平臺概述
監控平臺作為智能巡檢系統的人機對話接口。以圖、表形式展示各監測點的實時數據、設備狀態。當某監測點數值越限,平臺發出聲光報警信號。

監控平臺軟件,將讀取的數據,生成歷史數據庫。將歷史數據生成報表、曲線,對相關的數據進行統計、分析,實現用戶要求的功能。


人機交互界面,可以更改報警值,下發控制指令,復位報警信號。
監控平臺系統,具有遠程配置、維護功能。可以隨時隨地為用戶提供技術支持、技術服務。
監控平臺配有智能主機,可通過以太網,或4G通訊方式,將數據轉發至其它系統,支持A11(油氣生產物聯網協議)、MQTT、SOAP等等多種通信協議。
② 監控系統配置

選擇10吋觸摸屏cMT3103的作為監控平臺的核心設備。


主要技術參數如下:
  10.1" ,1024 x 600 TFT LCD, LED背光燈;
  無風扇冷卻系統;
  COM2及COM3 RS-485 2W支持MPI 187.5K;
  主板涂布保護處理在嚴苛的環境中,能防止腐蝕;
  內置1分快三平台隔離;
  支持以太網接口:10/100 Base-T;
  NEMA4 / IP65 前面板防護等級;
  WiFi 802.11 b/g/n無線網絡;
  內置 EasyAccess 2.0 授權;
  1G內存,4G閃存;
  內裝應用軟件、數據庫;
  另配一臺XL80智能主機,一套現場控制箱,安裝觸摸屏、智能主機,開關、1分快三平台等等。
③ 監控平臺的通信
監控平臺,通過網橋,從系統通信中心站的XL90物聯網關,實時讀取所有監控點的數據、設備運行狀態。
從監控平臺下發的控制指令,通過系統通信中心站的XL90物聯網關,轉發至目標監控點,執行控制操作。

監控平臺,可通過企業局域網,或是運營商的4G網絡,將數據上傳至企業的其它平臺,如后續構建的石化物聯網大數據平臺。


項目綜述
① 本項目技術方案的數據傳輸方式,選用更新一代的物聯網傳輸技術,LoRa、Wi-Fi、4G Lte(可選NB-IoT),等多物聯網傳輸技術結合的方案,以解決采油廠管網巡檢項目復雜地理環境下對無線傳輸的技術要求。并預留有擴展接口(以太網,及4G、NB),及油氣生產物聯網(A11)協議,接入后續企業構建的大數據服務器。
② 本技術方案的無線通訊網絡,按分布式和局部集中的數據傳輸方案,設計整個系統的通信網絡。從而更好的解決采油廠復雜地理環境(有地下監控點、地上監控點、山下監控點、山上監控點、山前監控點、山后監控點)下的物聯網絡構建。
③ 為本項目設計的通訊網絡,嚴格考慮了保密的要求。所有數據不經過任何第三方企業的內部通信網絡,公有云或私有云服務器。
④ 項目的安裝方案設計,以最低限度影響正常生產為原則,安裝方式簡單、方便、快捷為目標。
⑤ 系統監控中心,以簡單、適用、方便,易于現場工作人員操作使用為原則進行設計。
⑥ 監測點設備選型,以智能設備、智能傳感器,更低功耗為設備原則。
⑦ 系統方案設計,并不僅僅考慮項目試點的監測點,系統設計已經考慮了更多的擴容和兼容能力。在項目實施過程中,如巡檢試點需要增加監控點,增加的設備能方便接入通訊網絡中,且系統不需進行修改,不管增加的設備是“技術協議”中要求過的,或是未提及的,都能接入,系統具備良好的兼容能力。
總之,項目試點實施后,如要增加更多的監控點,或是更多的監控內容,第三方的設備接入系統,或是本系統接入到第三方的系統,本方案已設計預留有相應的接口和容量,方便后續的系統擴容,并兼容第三方的設備和系統。


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