长输管道一般采用密闭输送方式，全线处于一个水力系统中，任何一点的压力或流量变化都可能引起管道运行状态的改变，严重时会产生水击，造成管道破裂、设备损坏等后果。构建一套安全程度高、防御能力强的管道压力保护系统对保证输油管道的安全平稳运行具有重要意义。

Enbridge公司以液态烃和天然气的管道传输与配送为主营业务，其下属公司Enbridge管道公司（Enbridge Pipelines Inc）管辖北美洲长逾80000 km的油气管道以及北美洲以外约4000 km的油气管道，具有55年以上的能源运输经验。该公司十分注重管道安全保护系统的研究和应用，基于其不断发展的输送工艺和自动化控制技术，目前已建立起由点到线以及主被动结合的全压力保护系统，从而为管道输送提供了多种有效的防超压安全保障。

1.   系统架构

Enbridge公司全压力保护系统的防超压保护功能是依靠管道SCADA系统的全压力自动调节模块（TPC，Total Pressure Control Module）实现的。当管道内发生超压或水击时，通过TPC压力保护系统自动调节管道安全保护设定值，管道实际压力一旦达到该值即实施局部或全线停运。

该系统包括各种形式的管道压力保护逻辑，分为站场级和管道级两个层次，主要针对管道全线压力可能的超限情况进行保护。站场级保护动作由站控PLC执行，并在PROCYS系统（管道SCADA中心控制系统）操作员工作站显示相应的报警。管道级保护则通过PROCYS系统监视管道沿线所有压力点并根据需要采取一系列站场响应，以实现对管道的保护功能。

Enbridge管道压力保护逻辑设置于PROCYS系统主机、站控PLC或RTU中。站场PLC/RTU设置检测通信故障的控制逻辑，站场压力监测逻辑设置在站控PLC中。站控压力保护逻辑在PROCYS系统主机中存有副本，所有基于管道级的保护操作只能在可以执行跨站场保护操作的工作站PROCYS系统主机上执行。站控系统只能配合PROCYS系统主机执行管道级的保护操作。

2.   系统的分级设置

2.1   站场级

站场级保护主要提供站场进站压力超低限保护和出站压力超高限保护^[1]，采用降低压力设定限值或停泵的方式。这些操作由站控PLC执行，并在PROCYS系统主机显示相应的报警，PROCYS系统亦同时监测出站压力和水击压力，并且像PLC备用系统一样起保护作用。

对于低入口压力工况，由于只影响本站设备（泵机组），因此仅由本站PLC提供保护并发送报警至PROCYS系统，但PROCYS系统不会执行任何远程操作。对于站场出站压力高或水击压力高的工况，为了确保该站场下游管道的安全，出站压力必须保持在设定的最高出站压力（BMDP）限值之下。出站压力一旦高出BMDP限值，站控PLC和PROCYS系统主机软件将提供多层次保护和操作，操作程度取决于出站压力或水击压力高出BMDP限值的幅度（表 1）。

表  1  出站压力高出BMDP限值的保护措施层级

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2.2   管道级

站控PLC只能监视本站的进站压力和出站压力，而基于PROCYS系统的管道级压力保护可以监视管道沿线的所有压力点，并根据下游泵站的进站压力或上游泵站的出站压力采取一系列站场响应。

2.2.1   动态调整最大出站压力的限值保护

操作限值保护既是底层保护也是较为核心的保护程序，它综合管道的纵断面、油品物性、管道输送规模和管道强度等诸因素，计算操作限值以保证稳态运行的管道从上游泵站到下游入口间均在安全工况下运行。这些限值储存于PROCYS系统数据库中，用于防止沿线各站间的管道超压。其中，在站场进站设置远程进站压力超高报警（RSW），本站进站压力超过此值则发出警告，同时PROCYS系统自动降低上游泵站的出站压力，并计算强制的最大出站压力，赋给上游泵站的BMDP，确保管道的压力安全。当设备故障、通信中断时，PROCYS系统主机无法改变操作压力限值，主要通过站控来实现调整本站的压力保护限值，达到管道安全运行的目的。

2.2.2   通信中断时全线压力保护

PLC与PROCYS系统中内置判断通信状态的程序。当通信中断时，依靠本地PLC中的通信中断限值（CODP）进行安全保护。本站通信中断3 min后，出站压力下调至通信中断限值，以确保本站至下游泵站间的管道压力安全；通信中断5 min后，受影响的其他管道上游泵站出站压力和下游泵站进站压力也降至通信中断限值，由PROCYS系统程序完成。清除通信中断限值命令必须由操作员执行，并非由管道保护逻辑发出。对于Enbridge公司的控制系统，通信中断限值的概念不仅仅被用于通信中断的情况，通信中断压力保护限值被取为在任何流量下都不会导致管道超压的数值，在TPC系统下，通信中断限值是最后的保障。

2.2.3   管道关断保护

TPC系统能根据阀门类型在自控系统组态时进行程序配置，将远控阀门按照其对管道安全的影响程度进行分级，具有安全截断功能的阀门设定级别高于普通截断阀门，站控和中控重点设防，通过监视单个阀门和阀组可以检测管道的流向关断情况。当一个阀门关闭或存在高压状况（如阀门关闭、高背压、库区流程不通）时，TPC系统均能迅速做出反应，对系统内受影响的站段发出停机命令，确保受影响管道的压力安全。

2.2.4   全线停车保护

若管道出现泄漏、爆炸、着火等紧急情况，控制中心调度员按下PROCYS系统的“line stop”按钮，所有机组将同时接受停运命令，实现事故管道的全线紧急停输。

3.   与国内压力保护系统的差异比较

Enbridge公司和国内在压力保护逻辑上的称谓不同，但均含有站场级保护、管道级保护等内容，其功能和保护范围大体相当。但Enbridge公司全压力保护系统的部分理念较新颖，层级划分较细致，特别在应用最大安全保护值并采取动态调节赋值的方式来保护管道、考虑通信中断情况下管道压力安全的极限保护等方面具有较高水平。

3.1   压力超高

Enbridge公司管道中间站一般不设计配置泄放阀和泄放罐，其更注重软件系统的主动防御，且层次分配合理有效，站、线结合，动态调整的保护方式对实现进出站压力超高保护、预防管道超压十分有利。

Enbridge公司管道进站压力超高远程报警（RSW）设有固定值，进站压力超过该值即发出警告，同时降低上游泵站出站压力，并计算强制最大出站压力赋予上游泵站；国内液体管道RSW通过自设定报警，无固定值，进站压力达到最大允许值将直接泄压。

Enbridge公司管道出站压力超高层级保护共4级（表 1）。国内液体管道顺序停车值和泄压值固定，出站压力达到其值并延迟一定时间后启动相应操作。

Enbridge公司管道动态调整BMDP限值，通过进站压力超出进口压力报警值的范围来降低上游泵站的BMDP。国内液体管道无此保护逻辑。

3.2   通信中断出站限值

Enbridge公司管道无人值守站多，通讯中断时全线压力水平将自动降至安全状态，通信中断提示也具备人性化界面。本站通信中断后，站控对本站出站压力下调至通信中断限值，TPC对受影响的其他管段的上游泵站和下游泵站也降至通信中断限值，画面显示通信中断进度条，提示中断时间。国内液体管道依靠数据背景颜色提示，无此保护逻辑，不能对中断时间进行精确统计。

3.3   阀门关闭

Enbridge公司管道在设计阶段就将阀门流程特性进行模块化、标准化配置，对影响安全的管道设置停运程序。操作者发布关阀命令时，TPC首先向受影响的站场传送线路停输命令，然后发布关阀命令。若是非命令关阀，则产生报警信息，并向已配置程序的阀门传送线路停输命令，同时发出警告并列出将要停输的站场，当系统收到线路阀门已关断的信号时，将再次产生一个停输线路命令给受影响的管道，以确保受影响管道的设备停运。值得注意的是：上述所有停输命令均只针对关断点上游。国内液体管道系统设计和架构无阀门流程特性配置功能，也未设置对人为操作关闭阀门和故障关闭阀门的工况进行识别的功能。

3.4   全线停输命令

该功能在应急情况下可以快速有效地停止管道运行。国内液体管道调控中心无全线停输操作按钮，但某些ESD程序具备该功能。

综上可见，Enbridge公司全压力保护系统逻辑层次非常清晰，将可能出现的“故障”以及引发后果的严重程度划分了诸多等级，各等级的处理主体和处理方式亦很明确，对于可能的超压工况考虑比较全面。在压力限值保护方面，其根据水力学原理和实践经验总结的一整套计算进站最大压力警告值、出站压力最大限值、强制最大出站压力限值（动态出站压力最大值）及通讯中断限值的方法值得深入研究，并从设计源头开始，借鉴Enbridge公司全压力保护系统的部分设置原则和理念，完善和细化各种异常工况压力保护设置程序、优化保护执行层次的衔接与配合，持续改进自动化控制水平，为输油管道压力保护系统的安全、准确、稳定运行提供有力保证。