井场生产需防患于未然——气源压力监控及报警装置研制成功

时间：2015-07-01 10:53:57 来源：362 点击量：145

川庆钻探工作人员利用转盘、阀岛、顶驱等自动化设备及PLC控制设备和人机界面监控系统，利用监控系统中润滑油、液压油的压力检测原理，研发出气源压力监控及报警装置（简称压力预警器），用来预防事故发生。

对 LDB 钻机来说，整个动力系统中能量的输入输出都是通过气囊的充气与放气实现离合，钻井现场如没有足够的气源压力就失去了动力传输。因此，钻井现场必须保证气源压力充足，才能保证生产安全稳定地运行。当气源压力低于 0.5MPa 时，过卷阀防碰器、重锤防碰器、远控房（封井器）等关键设备就会失灵，造成难以预计的后果。虽然气源压力表在机房和司钻控制房都有显示，但低气压情况往往不能被人们察觉，需要一种新的报警装置来提醒工作人员及时发现问题，安全隐患，避免事故发生。2014 年 7 月，川庆钻探公司50698钻井队在下套管作业中，当班司机发现 1 号柴油机并车气囊冒烟，立即通知井场停止了作业。现场工作人员检查发现，寿力压风机由于油温过高而产生停机，导致气源压力下降，由于气源压力不足导致气囊摩擦冒烟。

试想如果当时当班司机没有发现这个问题，就会引发一场重大事故。压力预警器的工作原理是在自动化数据检测中，利用油压的检测原理，通过在气路上安装压力变送器，将模拟量电信号输入 PLC 的模拟量输入模块AI，并将此模拟信号转换为 CPU 可识别的数字信号，利用通讯协议传送至人机界面显示压力值；另一方面 CPU 处理数据时与之前设定好的压力阀值进行比较，当压力变送器传出的压力信号高于或者低于阀值时，PLC 输出报警信号，启动报警器报警。压力预警器由硬件和井场现有软件组成。

硬件包括压力传感器、备用气源闸门（见图 1、图 2、图 3）。现有软件系统为顶驱监控系统，含有 PLC 模块、顶驱电控房 WinCC工控机、顶驱司钻控制房 HMI 触摸屏（见图 4、图 5）。工作人员通过西门子编程软件 STEP7，编写项目所需的程序，当气压低于 0.6mpa 时报警。考虑到如设备压风机在达到 0.85mpa 后不停止打气，遇到安全阀失效时会引发气瓶爆炸，所以工作人员在编写程序时，把气压达到 0.9mpa 时作为气压高警示线，最后设置 WinCC 和 HMI。

完成以上工作后，工作人员对监控及报警装置进行了现场试验与调试。三个工作人员分别拿着对讲机在司控房、气源房、电控房进行操控与记录。当工作人员停止压风机并打开排气阀门时，三个地方屏幕显示的压力值一致。当气压降到 0.59Mpa 时，电控房和司控房分别发出报警音乐，并有相应报警文字本显示。然后工作人员启动压风机，在气压达到 0.61Mpa 时，报警自动消失，达到了预期试验效果。

Wincc 是西门子公司出品的一个工业控制组态软件，它利用各种通讯协议与现场控制设备（如 PLC，数字调节器等）交换数据，将生产现场的重要数据（如液位，温度，压力等）通过画面方式显示在计算机屏幕上，供操作人员检查和操作，它具有良好的开放性和灵活性，只要与它通讯的数据都可以根据设计人员的需要以图形和数字的方式显示，并可以将记录的数据保存下来以便工作人员随时查阅数据。工作人员在设计中将每次发生的气源压力低的报警自动记录保存下来，以便事后统计分析造成气压低的原因。

HMI 为人机界面，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换，凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。

压力预警器对井场的安全生产有着重要意义。通常气压过低只能通过气动绞车的运行正常与否和气囊冒烟等表面现象来判断，往往难以察觉。如果气源压力过低，可能导致游车防碰和封井器失效问题的发生，为安全生产埋下了重大隐患。为此，工作人员通过对现有设备的重新配置设计制造出了气源压力监控及报警装置，当气压有降低的趋势或已降低时能及时以报警声音提醒作业人员，处理隐患，避免事故，具有良好实

用价值。

王鹏 宋保华 / 川庆钻探公司