海洋石油平臺(tái)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

賈俊范

摘 要：我們都知道，深海蘊(yùn)藏著大量的資源和能源。為了進(jìn)一步促進(jìn)國(guó)家和社會(huì)更好更快的發(fā)展，合理合理的開發(fā)利用海洋資源具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。近年來(lái)，中國(guó)對(duì)海洋石油資源進(jìn)行了科學(xué)勘探和開發(fā)。海洋環(huán)境相對(duì)復(fù)雜多變，容易發(fā)生突發(fā)事件。為了充分保證海上石油開采過(guò)程的效率、安全性和可靠性，有必要加強(qiáng)和優(yōu)化安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝方法。

關(guān)鍵詞：海洋石油;平臺(tái)安全儀表;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

海洋就是一個(gè)聚寶盆，它是一個(gè)無(wú)窮無(wú)盡的寶藏，合理地開發(fā)與利用海洋資源能為國(guó)家和民族的發(fā)展與進(jìn)步做出必要的貢獻(xiàn)。隨著這些年以來(lái)經(jīng)濟(jì)與科技的飛速發(fā)展，中國(guó)的海洋資源不斷受到更加深層次的開發(fā)，越來(lái)越多的海洋資源被人們發(fā)掘與利用。

1 安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

1.1 概念過(guò)程

概念過(guò)程主要是對(duì)相關(guān)設(shè)備和環(huán)境狀況進(jìn)行有效控制，確保安全周期的順利進(jìn)行。在此期間，要確立危險(xiǎn)源和類型，獲取設(shè)計(jì)工作所需的有關(guān)規(guī)范。此外還要掌握好附近受控設(shè)備因彼此間的關(guān)聯(lián)性而可能造成的危險(xiǎn)。

1.2 總體范圍定義

總體范圍定義主要包括2個(gè)層面，分別是對(duì)受控設(shè)備以及安全控制系統(tǒng)的界定，以及對(duì)所存在的危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究。其中受控設(shè)備是指依據(jù)生產(chǎn)需求而進(jìn)行參數(shù)控制的設(shè)備。控制系統(tǒng)主要包括從傳感器到執(zhí)行器的整個(gè)回路，可以確保控制功能得到充分發(fā)揮。對(duì)危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行研究，不但要重視外部因素和子系統(tǒng)情況對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的干擾，同時(shí)還要掌握突發(fā)性故障因素。

1.3 定義安全完整性登記

①確定SIL的具體操作：對(duì)其定義工作要由專業(yè)安全小組來(lái)負(fù)責(zé)，主要工作負(fù)責(zé)人包括設(shè)備操控人員和具有多年維修經(jīng)驗(yàn)的工作者。在工作期間，相關(guān)工作者要掌握具體過(guò)程、設(shè)備控制的基本技能以及工作原理;②安全完整性等級(jí)的確定方法：考慮到過(guò)程存在危險(xiǎn)性，所以要對(duì)有可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況和影響進(jìn)行合理的評(píng)估。安全保護(hù)層矩陣法要能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)所要出現(xiàn)的問(wèn)題和有可能造成的后果;③改進(jìn)HAZOP法：此方法主要是給工藝圖紙和操作過(guò)程做好分析工作。分析內(nèi)容主要有對(duì)后果造成的影響、出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的概率和其他有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)因素。要根據(jù)評(píng)估的過(guò)程，讓過(guò)程安全小組采取合適的推薦意見，或者對(duì)所要采用的風(fēng)險(xiǎn)控制措施能否得到合理的運(yùn)用進(jìn)行分析;④創(chuàng)建安全要求說(shuō)明書：安全功能需求以及安全完整性是安全說(shuō)明書的主要構(gòu)成部分。安全功能主要包含確立已經(jīng)確定的過(guò)程安裝狀態(tài)、SIS輸入和動(dòng)作設(shè)定點(diǎn)等方面。安全完整性要求包含安全系統(tǒng)的SIL等級(jí)和對(duì)其進(jìn)行的檢修、試驗(yàn)等方面的需求。

2 海洋石油平臺(tái)安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

2.1 可靠性原則

石油資源作為促進(jìn)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)提升非常關(guān)鍵的能源，在今后一段時(shí)間內(nèi)將作為重點(diǎn)開發(fā)資源在眾多范圍展開開發(fā)活動(dòng)，而海洋區(qū)域?qū)⑹鞘烷_采的關(guān)鍵區(qū)域。為了充分保障開采過(guò)程的高效性和專業(yè)性，相關(guān)部門和技術(shù)人員有必要順應(yīng)科技時(shí)代的潮流，不斷研發(fā)和升級(jí)海洋石油平臺(tái)安全儀表系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中每一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)關(guān)注，有效提升關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系性，同時(shí)提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在實(shí)際設(shè)計(jì)和開發(fā)利用過(guò)程中，人們往往將目光更多的關(guān)注系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)和控制，反而很大程度上忽視了系統(tǒng)關(guān)鍵元件的開發(fā)和升級(jí)，從而不利于整體安全儀表系統(tǒng)的可靠性的提升。

2.2 故障安全原則

在對(duì)海洋石油進(jìn)行開發(fā)的過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)安全儀表的設(shè)計(jì)和利用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，這主要是因?yàn)槠鋵?duì)于施工人員的人身安全具有一定程度上的決定性作用，同時(shí)也從側(cè)面代表了國(guó)家技術(shù)專業(yè)和發(fā)達(dá)水平的高低。就目前我國(guó)資源開發(fā)形勢(shì)來(lái)看，海洋石油具有非常高的開發(fā)價(jià)值，在未來(lái)的一定時(shí)間范圍內(nèi)，將作為相關(guān)科學(xué)家重點(diǎn)探究和分析的領(lǐng)域。因此，這需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)對(duì)安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和利用，理論結(jié)合實(shí)踐，確保設(shè)計(jì)完成后的安全儀表能夠和實(shí)際情況有效吻合，同時(shí)確保每一元件設(shè)備均具有非常高的應(yīng)用質(zhì)量和水平，即使系統(tǒng)中某一部分出現(xiàn)故障問(wèn)題，安全儀表系也能夠?yàn)楣收喜糠痔峁┬碌能浖猿浞直Ｕ鲜┕ぷ鳂I(yè)過(guò)程的順利完整運(yùn)行。

3 安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)同硬件設(shè)計(jì)

對(duì)檢測(cè)設(shè)計(jì)、執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)等是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主要工作，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要注重其可靠性和可用性。系統(tǒng)能否可靠，會(huì)很大程度決定系統(tǒng)運(yùn)行安全，而可用性盡管不會(huì)降低系統(tǒng)的安全性，不過(guò)要是下降，則很有可能導(dǎo)致裝置不能得到有效運(yùn)行。①邏輯運(yùn)算器設(shè)計(jì)要使邏輯運(yùn)算器設(shè)計(jì)具有可靠性，就要符合安全儀表系統(tǒng)的安全度等，利用此規(guī)定合理采用各種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。在全部系統(tǒng)中，主要包括三重化、四重化等結(jié)構(gòu)。無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)，都已經(jīng)得到認(rèn)證，同時(shí)符合有關(guān)安全等級(jí)的規(guī)定。所以，相關(guān)的邏輯運(yùn)算器就能夠在裝置上得到合理使用，這樣一來(lái)就可以達(dá)到安全保護(hù)的效果。系統(tǒng)的可用性程度直接關(guān)系到系統(tǒng)的基本指標(biāo)，要加強(qiáng)系統(tǒng)的可用性就一定要讓系統(tǒng)具備容錯(cuò)能力。其作用是能夠在系統(tǒng)或控制器出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，確保系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還能夠檢查出存在的故障;這就要求系統(tǒng)當(dāng)中要具有冗余，電源、通信模塊等冗余配置是進(jìn)行容錯(cuò)的最基礎(chǔ)條件。通常，進(jìn)行隔離、故障檢查、故障辨別等是容錯(cuò)主要具有的功能;②檢測(cè)、執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)要使元件自身出現(xiàn)故障的可能性下降，則要在檢查安全儀表系統(tǒng)時(shí)，選用高性能的產(chǎn)品。如何設(shè)置檢測(cè)以及執(zhí)行元件，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)制定出有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，就是在安全儀表系統(tǒng)當(dāng)中盡量采用冗余配置，其能夠很大程度降低系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性，從而讓系統(tǒng)能夠提高可用性。

3.2 邏輯運(yùn)算設(shè)計(jì)

3.2.1 典型邏輯關(guān)系

目前海洋平臺(tái)安全儀表系統(tǒng)，普遍使用基礎(chǔ)硬件設(shè)備。而安全鎖功能主要是通過(guò)邏輯計(jì)算進(jìn)行，一般情況下采用布爾代數(shù)運(yùn)算。標(biāo)準(zhǔn)的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，通常都具備多段邏輯運(yùn)算;在系統(tǒng)里，不但需要過(guò)程信號(hào)產(chǎn)生連鎖結(jié)果，而且還要對(duì)其余的某部分操作方式和信號(hào)關(guān)系進(jìn)行設(shè)立，這樣就可以確保此系統(tǒng)的安全可靠性。

3.2.2 人為啟動(dòng)聯(lián)鎖和輸入信號(hào)旁路開關(guān)

安全聯(lián)鎖一般情況下都會(huì)設(shè)立人工連鎖按鈕。如果要進(jìn)行人為干預(yù)，為了能夠做好裝置開工過(guò)程系統(tǒng)的投運(yùn)，最好啟用連鎖，然后對(duì)某些信號(hào)設(shè)立旁路開關(guān);要是工藝過(guò)程量無(wú)法符合有關(guān)需求，則要切斷連鎖系統(tǒng)的有關(guān)輸入信號(hào)。另外，輸入信號(hào)旁路開關(guān)要在維護(hù)和檢測(cè)期間起到應(yīng)有效果。

3.3 典型邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)

3.3.1 旁路設(shè)計(jì)

在施工期間或停工過(guò)程中要對(duì)旁路傳送信號(hào)。要是輸入信號(hào)存在問(wèn)題，則要立即進(jìn)行維修;在校驗(yàn)輸入信號(hào)過(guò)程中，如果觸發(fā)連鎖系統(tǒng)，就不會(huì)給人工連鎖造成影響;在對(duì)邏輯關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，僅需要在輸入信號(hào)的入口處進(jìn)行旁路;另外，想要確保報(bào)警系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，則信號(hào)旁路邏輯不允許把報(bào)警顯示的輸出進(jìn)行屏蔽。

3.3.2 故障安全設(shè)計(jì)

平臺(tái)安全儀表系統(tǒng)要采用故障安全模式，若系統(tǒng)其中一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障，就會(huì)導(dǎo)致受控裝置停止運(yùn)行。在通常狀況下，系統(tǒng)會(huì)保持靜態(tài)，也就是在靜態(tài)狀態(tài)下監(jiān)測(cè)裝置的運(yùn)行情況，無(wú)需人為操控;只有在生產(chǎn)裝備不正常的情況，或具有安全問(wèn)題時(shí)，才會(huì)通過(guò)程序設(shè)計(jì)方案來(lái)讓有關(guān)裝備停止運(yùn)行。如果裝置繼續(xù)運(yùn)行，儀表系統(tǒng)就一定要起到作用，不允許被旁路代替。在對(duì)故障安全采取設(shè)計(jì)過(guò)程中，要確立故障情況、故障所出現(xiàn)的位置等。在全部確立后，就能夠做好故障安全設(shè)計(jì)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

由于海上石油開采作業(yè)的難度很大，在挖掘和探索過(guò)程中一旦發(fā)生意外，救援和海上自救的難度都是非常大的。所以海上石油平臺(tái)安全儀表的作用就更加凸顯，一定要提高對(duì)于安全儀表的重視程度，逐漸完善海上安全儀表系統(tǒng)，為人類的人身安全以及國(guó)家發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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