海洋石油平臺安全儀表系統(tǒng)設(shè)計研究

賈俊范

摘 要：我們都知道，深海蘊藏著大量的資源和能源。為了進一步促進國家和社會更好更快的發(fā)展，合理合理的開發(fā)利用海洋資源具有重要的現(xiàn)實價值。近年來，中國對海洋石油資源進行了科學(xué)勘探和開發(fā)。海洋環(huán)境相對復(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程的效率、安全性和可靠性，有必要加強和優(yōu)化安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計和安裝方法。

關(guān)鍵詞：海洋石油;平臺安全儀表;系統(tǒng)設(shè)計

0 引言

海洋就是一個聚寶盆，它是一個無窮無盡的寶藏，合理地開發(fā)與利用海洋資源能為國家和民族的發(fā)展與進步做出必要的貢獻。隨著這些年以來經(jīng)濟與科技的飛速發(fā)展，中國的海洋資源不斷受到更加深層次的開發(fā)，越來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)計流程

1.1 概念過程

概念過程主要是對相關(guān)設(shè)備和環(huán)境狀況進行有效控制，確保安全周期的順利進行。在此期間，要確立危險源和類型，獲取設(shè)計工作所需的有關(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。

1.2 總體范圍定義

總體范圍定義主要包括2個層面，分別是對受控設(shè)備以及安全控制系統(tǒng)的界定，以及對所存在的危險和風(fēng)險進行研究。其中受控設(shè)備是指依據(jù)生產(chǎn)需求而進行參數(shù)控制的設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)主要包括從傳感器到執(zhí)行器的整個回路，可以確保控制功能得到充分發(fā)揮。對危險和風(fēng)險因素進行研究，不但要重視外部因素和子系統(tǒng)情況對整個系統(tǒng)的干擾，同時還要掌握突發(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：對其定義工作要由專業(yè)安全小組來負責(zé)，主要工作負責(zé)人包括設(shè)備操控人員和具有多年維修經(jīng)驗的工作者。在工作期間，相關(guān)工作者要掌握具體過程、設(shè)備控制的基本技能以及工作原理;②安全完整性等級的確定方法：考慮到過程存在危險性，所以要對有可能發(fā)生的危險情況和影響進行合理的評估。安全保護層矩陣法要能夠及時發(fā)現(xiàn)所要出現(xiàn)的問題和有可能造成的后果;③改進HAZOP法：此方法主要是給工藝圖紙和操作過程做好分析工作。分析內(nèi)容主要有對后果造成的影響、出現(xiàn)風(fēng)險的概率和其他有關(guān)的風(fēng)險因素。要根據(jù)評估的過程，讓過程安全小組采取合適的推薦意見，或者對所要采用的風(fēng)險控制措施能否得到合理的運用進行分析;④創(chuàng)建安全要求說明書：安全功能需求以及安全完整性是安全說明書的主要構(gòu)成部分。安全功能主要包含確立已經(jīng)確定的過程安裝狀態(tài)、SIS輸入和動作設(shè)定點等方面。安全完整性要求包含安全系統(tǒng)的SIL等級和對其進行的檢修、試驗等方面的需求。

2 海洋石油平臺安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計原則

2.1 可靠性原則

石油資源作為促進我國工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟提升非常關(guān)鍵的能源，在今后一段時間內(nèi)將作為重點開發(fā)資源在眾多范圍展開開發(fā)活動，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)科技時代的潮流，不斷研發(fā)和升級海洋石油平臺安全儀表系統(tǒng)，加強對設(shè)計過程中每一環(huán)節(jié)的設(shè)計關(guān)注，有效提升關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系性，同時提高系統(tǒng)的運行效率。在實際設(shè)計和開發(fā)利用過程中，人們往往將目光更多的關(guān)注系統(tǒng)整體的設(shè)計和控制，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，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

在對海洋石油進行開發(fā)的過程中，加強對安全儀表的設(shè)計和利用具有非常重要的現(xiàn)實意義，這主要是因為其對于施工人員的人身安全具有一定程度上的決定性作用，同時也從側(cè)面代表了國家技術(shù)專業(yè)和發(fā)達水平的高低。就目前我國資源開發(fā)形勢來看，海洋石油具有非常高的開發(fā)價值，在未來的一定時間范圍內(nèi)，將作為相關(guān)科學(xué)家重點探究和分析的領(lǐng)域。因此，這需要相關(guān)設(shè)計人員加強對安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計和利用，理論結(jié)合實踐，確保設(shè)計完成后的安全儀表能夠和實際情況有效吻合，同時確保每一元件設(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)故障問題，安全儀表系也能夠為故障部分提供新的軟件，以充分保障施工作業(yè)過程的順利完整運行。

3 安全儀表系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)同硬件設(shè)計

對檢測設(shè)計、執(zhí)行元件的設(shè)計等是系統(tǒng)硬件設(shè)計的主要工作，在設(shè)計過程中要注重其可靠性和可用性。系統(tǒng)能否可靠，會很大程度決定系統(tǒng)運行安全，而可用性盡管不會降低系統(tǒng)的安全性，不過要是下降，則很有可能導(dǎo)致裝置不能得到有效運行。①邏輯運算器設(shè)計要使邏輯運算器設(shè)計具有可靠性，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)。無論哪種結(jié)構(gòu)，都已經(jīng)得到認證，同時符合有關(guān)安全等級的規(guī)定。所以，相關(guān)的邏輯運算器就能夠在裝置上得到合理使用，這樣一來就可以達到安全保護的效果。系統(tǒng)的可用性程度直接關(guān)系到系統(tǒng)的基本指標，要加強系統(tǒng)的可用性就一定要讓系統(tǒng)具備容錯能力。其作用是能夠在系統(tǒng)或控制器出現(xiàn)問題的情況下，確保系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，而且還能夠檢查出存在的故障;這就要求系統(tǒng)當中要具有冗余，電源、通信模塊等冗余配置是進行容錯的最基礎(chǔ)條件。通常，進行隔離、故障檢查、故障辨別等是容錯主要具有的功能;②檢測、執(zhí)行元件的設(shè)計要使元件自身出現(xiàn)故障的可能性下降，則要在檢查安全儀表系統(tǒng)時，選用高性能的產(chǎn)品。如何設(shè)置檢測以及執(zhí)行元件，一些發(fā)達國家已經(jīng)制定出有關(guān)的標準，就是在安全儀表系統(tǒng)當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 邏輯運算設(shè)計

3.2.1 典型邏輯關(guān)系

目前海洋平臺安全儀表系統(tǒng)，普遍使用基礎(chǔ)硬件設(shè)備。而安全鎖功能主要是通過邏輯計算進行，一般情況下采用布爾代數(shù)運算。標準的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，通常都具備多段邏輯運算;在系統(tǒng)里，不但需要過程信號產(chǎn)生連鎖結(jié)果，而且還要對其余的某部分操作方式和信號關(guān)系進行設(shè)立，這樣就可以確保此系統(tǒng)的安全可靠性。

3.2.2 人為啟動聯(lián)鎖和輸入信號旁路開關(guān)

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

3.3 典型邏輯關(guān)系設(shè)計

3.3.1 旁路設(shè)計

在施工期間或停工過程中要對旁路傳送信號。要是輸入信號存在問題，則要立即進行維修;在校驗輸入信號過程中，如果觸發(fā)連鎖系統(tǒng)，就不會給人工連鎖造成影響;在對邏輯關(guān)系進行設(shè)計的過程中，僅需要在輸入信號的入口處進行旁路;另外，想要確保報警系統(tǒng)能夠正常運行，則信號旁路邏輯不允許把報警顯示的輸出進行屏蔽。

3.3.2 故障安全設(shè)計

平臺安全儀表系統(tǒng)要采用故障安全模式，若系統(tǒng)其中一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障，就會導(dǎo)致受控裝置停止運行。在通常狀況下，系統(tǒng)會保持靜態(tài)，也就是在靜態(tài)狀態(tài)下監(jiān)測裝置的運行情況，無需人為操控;只有在生產(chǎn)裝備不正常的情況，或具有安全問題時，才會通過程序設(shè)計方案來讓有關(guān)裝備停止運行。如果裝置繼續(xù)運行，儀表系統(tǒng)就一定要起到作用，不允許被旁路代替。在對故障安全采取設(shè)計過程中，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)計工作。

4 結(jié)語

由于海上石油開采作業(yè)的難度很大，在挖掘和探索過程中一旦發(fā)生意外，救援和海上自救的難度都是非常大的。所以海上石油平臺安全儀表的作用就更加凸顯，一定要提高對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家發(fā)展做出更大的貢獻。

參考文獻：

[1]王凱.海洋石油平臺安全儀表系統(tǒng)設(shè)計研究[J].自動化儀表，2018，39（1）：16-19.

[2]王晨.海洋石油平臺安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].化工管理，2019（25）：147.