海洋石油自動化儀表的可靠性及發展趨勢

［摘 要］自動化儀表在海洋石油開采中起著至關重要的作用，其能夠借助強大的數據總結、分析功能幫助提高開采效率，確保作業過程的安全性。然而，海洋環境條件較為極端，在高鹽度、高濕度、強腐蝕性及巨大的水壓等環境因素的影響下，對儀表的可靠性形成了極為嚴重的考驗。并且，隨著技術的不斷進步，現代自動化儀表正朝著更加智能化、精準化的方向發展。研究海洋石油自動化儀表的可靠性及其發展趨勢，不僅對保障能源的安全穩定供應至關重要，也對促進海洋石油行業的技術創新和可持續發展具有重要意義。

［關鍵詞］海洋石油；自動化儀表；可靠性；發展趨勢研究

［中圖分類號］TM75 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0063–03

1 海洋石油自動化儀表分類

1.1 壓力表

壓力表是測量液體和氣體介質氣壓的重要儀器，其核心部件包括信息采集裝置和測量裝置，裝置能夠承受高壓，并確保數據監控的極高精確度。壓力表的設計允許與系統和操作設備連接，從而實現對液流的實時控制及數據的精確采集和處理。壓力表在保證工藝流程順利進行方面起著至關重要的作用，特別是在石油精煉、化工生產等較為復雜的生產環境中，精確的壓力監測有助于維持設備的穩定運行，還能預防潛在的安全風險。此外，壓力表的數據對于分析系統性能、優化操作參數提供了重要依據，使得整個生產過程更加高效、安全。

1.2 測溫儀

在海上原油處理中，溫度傳感器是不可或缺的儀器。這類儀器通常具有良好的穩定性，能夠在極端溫度條件下工作，即使在高達1 600℃的環境中，也能保持數據的精確度。通過傳感器檢測溫度變化，當溫度升高時，傳感器能快速感應并轉換成電阻變化的信號，并將這些數據傳輸至控制系統。例如，在蒸餾過程中，溫度的精確控制可以確保不同成分的有效分離，從而提高原油加工的效率和產出質量。此外，溫度監控還有助于預防過熱或低溫帶來的風險，確保設備和人員的安全。

1.3 流量測量儀

流量監控儀主要應用了差壓式流量計和超聲流量計等先進設備，儀器主要用于控制原油加工中原材料的加入比率，用于保證生產效率和產品質量。在實際應用中，每種儀器都有其獨特的檢測機理及操作要求，因此須嚴格遵循使用說明書，確保儀器的正確運行。除了機械和操作上的精確性外，數據的分析和解讀也至關重要。正確的數據解析有助于調整生產流程，優化資源配置，從而提高整個生產線的效率。在復雜的加工環境（如溫度、壓力變化頻繁）中，流量測量儀器需要確保穩定性及準確性，保障整個系統的穩定運行。

1.4 物位測量儀

在處理海上溢油等緊急情況時，需要時刻監測儲罐液面狀況。物位測量儀能夠檢測化學性質不穩定的化合物，從而獲取準確的數據。該儀器類型較多，大致包括直讀式和浮力式兩大類直讀式儀器提供直接的讀數，便于快速判斷。而浮力式儀器則能提供更為準確的測量結果。在特定場合（如極端天氣或復雜的工業環境），結合使用直讀式和浮力式物位測量儀能夠提供更全面的數據支持。此外，面對泄漏等狀況，物位測量儀準確的物位監測有助于及時響應，采取必要措施，以最小化環境影響，確保生產安全。

2 自動化儀表可靠性對海洋石油的重要性

海洋石油開采涉及多種復雜的生產工藝，自動化儀表設備可以最大限度地簡化原油生產流程，加速工作流程，節省時間與人力成本，從而提升工作效率。自動化儀表可以有效記錄并及時更新系統數據，通過電腦數據計算提高結果精確度，實現對運行狀態下各項參數指標的準確監控，確保海上油田作業中的重復性工作可以完全交由機器實現，大幅降低人工操作的風險。

可靠的自動化儀表能夠確保石油鉆井、采油及生產安全，實時、精確地監控平臺上生產設備的運行狀況，迅速發現并處理各種異常或故障情況。儀表可以根據預設的邏輯進行快速響應和處置，從而有效保障整體作業平臺的安全性與穩定性，為提升我國石油企業的安全管理水平和效率提供了堅實的技術支持。

3 海洋石油自動化儀表可靠性的衡量標準

3.1 穩定性

海上石油平臺作為石油開采的核心生產基地，其內部的自動化儀表設備的穩定性，對于保障石油的高效生產、安全生產起著至關重要的作用。為了確保自動儀器的可靠運作，需要全面了解其工作原理和基本特性，綜合考量工藝流程、工況特點、安全需求及外部環境，從實際應用的角度出發，分析設備與生產需求的契合程度，尤其要在不同測量原理下進行穩定性評估。通過這種方法，可以確保自動化儀表的基本性能，在保證生產安全的同時，提高原油開采的整體效率與質量。

3.2 安全性

自動化儀表的安全性是評估海洋油氣開采項目整體安全性的主要參照。在規劃建設工程中的自動化儀器時，必須堅持理論與實踐相結合的原則，確保所選用的儀器符合生產工藝的要求。事故安全設計原則是安全儀器中的關鍵考慮因素，由于單一元件設計存在不同程度的潛在缺陷，為了確保海上油氣井的持續穩定運行，自控系統層面上的設計必須能在單一元件發生故障時，及時將工藝引導至安全狀態。事故－保險原則廣泛應用于海上油氣鉆井平臺的應急關閉系統，以確保在壓力、溫度、液位、流量等參數異常變化時，能夠有效保護人員、財產及環境安全。然而，并非所有控制裝置都具備失效保險功能，因此，在進行系統設計時，需要通過安全性較高的自動化儀表器件削弱系統整體的風險程度。

3.3 便捷性

對于自動化儀表的設計而言，不僅需要具備先進且可靠的自我診斷功能，還應注重用戶友好性，確保操作者能夠有效地執行相關指令，從而充分發揮儀器的性能。如果所選用的儀器操作過于復雜，作業者難以熟練掌握，這可能導致操作錯誤的頻率顯著增加，嚴重威脅到平臺的安全性和可靠性。因此，使用便捷性也是海洋石油自動化儀表設備可靠性的關鍵衡量依據，易于使用的儀器更容易提升作業效率，有效減少操作風險，保障海上油氣開采的安全穩定進行。

4 確保海洋石油自動化儀表可靠性的主要手段

4.1 劃定安全標準等級

安全儀表系統是過程安全管理的關鍵組成部分，也是自動化儀表可靠性的集中體現。系統指定適當的目標安全完整性等級（SIL），在過程參數超出預定范圍或脫離安全操作條件時，能夠有效引導過程進入安全狀態。值得注意的是，安全儀表系統僅為多層防護體系中的一環，無法獨立消除所有風險。

因此，有必要落實保護層分析（LOPA），識別并評估已知過程風險，如果LOPA 指出現有保護措施不足以將風險降至可接受水平，需引入安全儀表系統。確定SIL 級別涉及復雜的技術判斷，需由具備豐富經驗和技術知識的專業人員負責，技術人員不僅要熟悉設備操作、安全管理流程，還需深入理解設備運行的技術支持和基本原理。SIL 的確定方法包括：①安全保護層矩陣法，用于定性理解故障隱患并提供故障分析依據；②故障樹分析法，適用于故障發生后的邏輯圖表分析；③改進的HAZOP 方法，旨在分析設計圖紙和技術程序，以評估風險可能造成的危害性程度。無論是何種方法，其分析結果終將作為指導安全管理人員執行風險防控措施的信息支持。

4.2 編制安全要求說明

安全性需求規范關乎安全儀器系統的兩大核心方面：適用性的安全功能與安全功能的完備性。適用性的安全功能指的是在面對特定的失效隱患時，所采取的應對狀態，包括安全儀器系統的輸入、操作設定值、系統的輸出及其產生的效果。而完備性涉及安全儀器系統在事后分析中所要求的SIL 級別和故障診斷標準的匹配程度。此外，安全儀器還必須滿足在試驗中對品質和特性的特定需求，以確保其在實際操作中具有較高的可靠性。

4.3 重視儀表安裝效果

為確保自動化儀表的有效運行，根據具體的設計規程，啟動前的試驗工作需要充分準備，以保證儀器運行符合安全管理的要求。具體而言，儀表的安裝和調試工作涉及裝置配線、供電、保護裝置設定值、停機操作、旁路設置、重置操作及相關信息核查。在安裝階段，應密切參照儀表的參數設計，確保儀表使用環境能夠匹配要求，再通過綜合準備及精細調校，大幅提高自動化儀表的可靠性。

4.4 發揮儀表數據處理優勢

自動化儀表與傳統儀表設備的差距在于，其內部的線路構成極為復雜，且自動化儀表具有信息處理架構，在架構的支持下，儀表能夠迅速將探測到的數據轉換為其他形式的信號。得益于內置的微型計算機，自動化儀表的信息數據處理能力更加全面，這極大地提高了監測數據的準確性，確保了儀器的正常運行。與此同時，自動化儀表也帶有快速檢索功能，有助于減少信息錯誤，并對相關信息進行有效的糾正。自動化儀表具備完善的存儲能力，能實時記錄海上原油開采過程中的關鍵參數，并對電腦信息系統中的相關資料進行全面加工，為采油工作提供關鍵的信息支持，提升油田企業的工作效率，為安全生產帶來強有力的支持。

4.5 強化儀表故障分析能力

自動化儀表通常由液晶顯示屏、鍵盤及鼠標組成，能夠實時獲取整個生產流程的數據，監控人機接口和控制接口，并將相關數據有機地整合，記錄各種儀器的內部運行狀態，為后續的分析回顧提供便利。利用仿真制造和解析的方法，可以在平面上直觀地展示人體運動，提高人機交互的便捷性，并提升特定接口的加工水平。通過將自動化技術與其他技術相結合，能夠實現對自動化儀表的綜合管理，為平臺的穩定運行奠定堅實的基礎。考慮到儀表的結構復雜，儀器的敏感度較高，因而在維修過程中經常會遇到各種問題，對此必須對設備的狀態進行深入分析，以便高效地進行故障檢測，并利用適當的設備進行自動調試，從而實現對整個系統的全面診斷，在提高維修效率的同時，確保設備運行的穩定性和安全性。

5 海洋石油自動化儀表的發展趨勢

海上石油開發若發生安全事故將導致巨大損失，因此，未來自動化儀器的發展將以提高海上石油工業安全為核心，努力最小化各類風險事件的發生概率。

現階段，在我國產業發展進程中，自動化設備的應用領域日益廣泛，海上油田的自動化設備正朝向智能化發展。目前國內使用的部分儀器設備操作繁瑣，功能未能完全滿足特定需求，常需多種儀器聯合使用。因此，未來發展趨勢將是儀器結構簡化并增強功能性，智能化與自動化技術的融合程度將持續深化，推動儀器技術革新，優化內部結構。在提升自動化儀器功能方面，將主要依賴當前的信息科技，但隨著電腦技術的發展，自動化儀器在未來的進程中，將結合通信技術與微電子技術，走向更高級的智能化。同時，電子信息技術的發展也大幅簡化了自動化儀器在各個領域的應用，使得操作過程更加高效和安全。客觀來看，在未來的發展中，自動化儀器將成為海上石油工業安全、智能、高效運作的關鍵，為整個行業的技術進步和安全生產提供強有力的支持。

6 結束語

在日漸成熟的信息技術的推動之下，海洋石油自動化儀表已然成為提高生產效率、保障作業安全的關鍵，相關設備不僅在精確監控和數據處理方面展現出卓越性能，還可以通過智能化管理、操作簡化流程，極大地減少人力成本及操作風險。在未來，隨著信息技術與自動化技術進一步融合，海洋石油自動化儀表的應用也將更為廣泛，相關技術創新也將進一步推動海洋石油領域的發展，為國家經濟的進步貢獻更大的力量。

參考文獻

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