海洋石油自動(dòng)化儀表的可靠性及發(fā)展趨勢(shì)

［摘 要］自動(dòng)化儀表在海洋石油開(kāi)采中起著至關(guān)重要的作用，其能夠借助強(qiáng)大的數(shù)據(jù)總結(jié)、分析功能幫助提高開(kāi)采效率，確保作業(yè)過(guò)程的安全性。然而，海洋環(huán)境條件較為極端，在高鹽度、高濕度、強(qiáng)腐蝕性及巨大的水壓等環(huán)境因素的影響下，對(duì)儀表的可靠性形成了極為嚴(yán)重的考驗(yàn)。并且，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代自動(dòng)化儀表正朝著更加智能化、精準(zhǔn)化的方向發(fā)展。研究海洋石油自動(dòng)化儀表的可靠性及其發(fā)展趨勢(shì)，不僅對(duì)保障能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)至關(guān)重要，也對(duì)促進(jìn)海洋石油行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

［關(guān)鍵詞］海洋石油；自動(dòng)化儀表；可靠性；發(fā)展趨勢(shì)研究

［中圖分類(lèi)號(hào)］TM75 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）04–0063–03

1 海洋石油自動(dòng)化儀表分類(lèi)

1.1 壓力表

壓力表是測(cè)量液體和氣體介質(zhì)氣壓的重要儀器，其核心部件包括信息采集裝置和測(cè)量裝置，裝置能夠承受高壓，并確保數(shù)據(jù)監(jiān)控的極高精確度。壓力表的設(shè)計(jì)允許與系統(tǒng)和操作設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液流的實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)的精確采集和處理。壓力表在保證工藝流程順利進(jìn)行方面起著至關(guān)重要的作用，特別是在石油精煉、化工生產(chǎn)等較為復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中，精確的壓力監(jiān)測(cè)有助于維持設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，還能預(yù)防潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，壓力表的數(shù)據(jù)對(duì)于分析系統(tǒng)性能、優(yōu)化操作參數(shù)提供了重要依據(jù)，使得整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程更加高效、安全。

1.2 測(cè)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(lèi)儀器通常具有良好的穩(wěn)定性，能夠在極端溫度條件下工作，即使在高達(dá)1 600℃的環(huán)境中，也能保持?jǐn)?shù)據(jù)的精確度。通過(guò)傳感器檢測(cè)溫度變化，當(dāng)溫度升高時(shí)，傳感器能快速感應(yīng)并轉(zhuǎn)換成電阻變化的信號(hào)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)。例如，在蒸餾過(guò)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(chǎn)出質(zhì)量。此外，溫度監(jiān)控還有助于預(yù)防過(guò)熱或低溫帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，確保設(shè)備和人員的安全。

1.3 流量測(cè)量?jī)x

流量監(jiān)控儀主要應(yīng)用了差壓式流量計(jì)和超聲流量計(jì)等先進(jìn)設(shè)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(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，每種儀器都有其獨(dú)特的檢測(cè)機(jī)理及操作要求，因此須嚴(yán)格遵循使用說(shuō)明書(shū)，確保儀器的正確運(yùn)行。除了機(jī)械和操作上的精確性外，數(shù)據(jù)的分析和解讀也至關(guān)重要。正確的數(shù)據(jù)解析有助于調(diào)整生產(chǎn)流程，優(yōu)化資源配置，從而提高整個(gè)生產(chǎn)線的效率。在復(fù)雜的加工環(huán)境（如溫度、壓力變化頻繁）中，流量測(cè)量?jī)x器需要確保穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，保障整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4 物位測(cè)量?jī)x

在處理海上溢油等緊急情況時(shí)，需要時(shí)刻監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐液面狀況。物位測(cè)量?jī)x能夠檢測(cè)化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的化合物，從而獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。該儀器類(lèi)型較多，大致包括直讀式和浮力式兩大類(lèi)直讀式儀器提供直接的讀數(shù)，便于快速判斷。而浮力式儀器則能提供更為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。在特定場(chǎng)合（如極端天氣或復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境），結(jié)合使用直讀式和浮力式物位測(cè)量?jī)x能夠提供更全面的數(shù)據(jù)支持。此外，面對(duì)泄漏等狀況，物位測(cè)量?jī)x準(zhǔn)確的物位監(jiān)測(cè)有助于及時(shí)響應(yīng)，采取必要措施，以最小化環(huán)境影響，確保生產(chǎn)安全。

2 自動(dòng)化儀表可靠性對(duì)海洋石油的重要性

海洋石油開(kāi)采涉及多種復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，自動(dòng)化儀表設(shè)備可以最大限度地簡(jiǎn)化原油生產(chǎn)流程，加速工作流程，節(jié)省時(shí)間與人力成本，從而提升工作效率。自動(dòng)化儀表可以有效記錄并及時(shí)更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過(guò)電腦數(shù)據(jù)計(jì)算提高結(jié)果精確度，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的準(zhǔn)確監(jiān)控，確保海上油田作業(yè)中的重復(fù)性工作可以完全交由機(jī)器實(shí)現(xiàn)，大幅降低人工操作的風(fēng)險(xiǎn)。

可靠的自動(dòng)化儀表能夠確保石油鉆井、采油及生產(chǎn)安全，實(shí)時(shí)、精確地監(jiān)控平臺(tái)上生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況，迅速發(fā)現(xiàn)并處理各種異常或故障情況。儀表可以根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯進(jìn)行快速響應(yīng)和處置，從而有效保障整體作業(yè)平臺(tái)的安全性與穩(wěn)定性，為提升我國(guó)石油企業(yè)的安全管理水平和效率提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。

3 海洋石油自動(dòng)化儀表可靠性的衡量標(biāo)準(zhǔn)

3.1 穩(wěn)定性

海上石油平臺(tái)作為石油開(kāi)采的核心生產(chǎn)基地，其內(nèi)部的自動(dòng)化儀表設(shè)備的穩(wěn)定性，對(duì)于保障石油的高效生產(chǎn)、安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。為了確保自動(dòng)儀器的可靠運(yùn)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(diǎn)、安全需求及外部環(huán)境，從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，分析設(shè)備與生產(chǎn)需求的契合程度，尤其要在不同測(cè)量原理下進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估。通過(guò)這種方法，可以確保自動(dòng)化儀表的基本性能，在保證生產(chǎn)安全的同時(shí)，提高原油開(kāi)采的整體效率與質(zhì)量。

3.2 安全性

自動(dòng)化儀表的安全性是評(píng)估海洋油氣開(kāi)采項(xiàng)目整體安全性的主要參照。在規(guī)劃建設(shè)工程中的自動(dòng)化儀器時(shí)，必須堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則，確保所選用的儀器符合生產(chǎn)工藝的要求。事故安全設(shè)計(jì)原則是安全儀器中的關(guān)鍵考慮因素，由于單一元件設(shè)計(jì)存在不同程度的潛在缺陷，為了確保海上油氣井的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，自控系統(tǒng)層面上的設(shè)計(jì)必須能在單一元件發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)將工藝引導(dǎo)至安全狀態(tài)。事故－保險(xiǎn)原則廣泛應(yīng)用于海上油氣鉆井平臺(tái)的應(yīng)急關(guān)閉系統(tǒng)，以確保在壓力、溫度、液位、流量等參數(shù)異常變化時(shí)，能夠有效保護(hù)人員、財(cái)產(chǎn)及環(huán)境安全。然而，并非所有控制裝置都具備失效保險(xiǎn)功能，因此，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要通過(guò)安全性較高的自動(dòng)化儀表器件削弱系統(tǒng)整體的風(fēng)險(xiǎn)程度。

3.3 便捷性

對(duì)于自動(dòng)化儀表的設(shè)計(jì)而言，不僅需要具備先進(jìn)且可靠的自我診斷功能，還應(yīng)注重用戶(hù)友好性，確保操作者能夠有效地執(zhí)行相關(guān)指令，從而充分發(fā)揮儀器的性能。如果所選用的儀器操作過(guò)于復(fù)雜，作業(yè)者難以熟練掌握，這可能導(dǎo)致操作錯(cuò)誤的頻率顯著增加，嚴(yán)重威脅到平臺(tái)的安全性和可靠性。因此，使用便捷性也是海洋石油自動(dòng)化儀表設(shè)備可靠性的關(guān)鍵衡量依據(jù)，易于使用的儀器更容易提升作業(yè)效率，有效減少操作風(fēng)險(xiǎn)，保障海上油氣開(kāi)采的安全穩(wěn)定進(jìn)行。

4 確保海洋石油自動(dòng)化儀表可靠性的主要手段

4.1 劃定安全標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)

安全儀表系統(tǒng)是過(guò)程安全管理的關(guān)鍵組成部分，也是自動(dòng)化儀表可靠性的集中體現(xiàn)。系統(tǒng)指定適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)安全完整性等級(jí)（SIL），在過(guò)程參數(shù)超出預(yù)定范圍或脫離安全操作條件時(shí)，能夠有效引導(dǎo)過(guò)程進(jìn)入安全狀態(tài)。值得注意的是，安全儀表系統(tǒng)僅為多層防護(hù)體系中的一環(huán)，無(wú)法獨(dú)立消除所有風(fēng)險(xiǎn)。

因此，有必要落實(shí)保護(hù)層分析（LOPA），識(shí)別并評(píng)估已知過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，如果LOPA 指出現(xiàn)有保護(hù)措施不足以將風(fēng)險(xiǎn)降至可接受水平，需引入安全儀表系統(tǒng)。確定SIL 級(jí)別涉及復(fù)雜的技術(shù)判斷，需由具備豐富經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)知識(shí)的專(zhuān)業(yè)人員負(fù)責(zé)，技術(shù)人員不僅要熟悉設(shè)備操作、安全管理流程，還需深入理解設(shè)備運(yùn)行的技術(shù)支持和基本原理。SIL 的確定方法包括：①安全保護(hù)層矩陣法，用于定性理解故障隱患并提供故障分析依據(jù)；②故障樹(shù)分析法，適用于故障發(fā)生后的邏輯圖表分析；③改進(jìn)的HAZOP 方法，旨在分析設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)程序，以評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)可能造成的危害性程度。無(wú)論是何種方法，其分析結(jié)果終將作為指導(dǎo)安全管理人員執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)防控措施的信息支持。

4.2 編制安全要求說(shuō)明

安全性需求規(guī)范關(guān)乎安全儀器系統(tǒng)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(duì)特定的失效隱患時(shí)，所采取的應(yīng)對(duì)狀態(tài)，包括安全儀器系統(tǒng)的輸入、操作設(shè)定值、系統(tǒng)的輸出及其產(chǎn)生的效果。而完備性涉及安全儀器系統(tǒng)在事后分析中所要求的SIL 級(jí)別和故障診斷標(biāo)準(zhǔn)的匹配程度。此外，安全儀器還必須滿(mǎn)足在試驗(yàn)中對(duì)品質(zhì)和特性的特定需求，以確保其在實(shí)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(dòng)化儀表的有效運(yùn)行，根據(jù)具體的設(shè)計(jì)規(guī)程，啟動(dòng)前的試驗(yàn)工作需要充分準(zhǔn)備，以保證儀器運(yùn)行符合安全管理的要求。具體而言，儀表的安裝和調(diào)試工作涉及裝置配線、供電、保護(hù)裝置設(shè)定值、停機(jī)操作、旁路設(shè)置、重置操作及相關(guān)信息核查。在安裝階段，應(yīng)密切參照儀表的參數(shù)設(shè)計(jì)，確保儀表使用環(huán)境能夠匹配要求，再通過(guò)綜合準(zhǔn)備及精細(xì)調(diào)校，大幅提高自動(dòng)化儀表的可靠性。

4.4 發(fā)揮儀表數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢(shì)

自動(dòng)化儀表與傳統(tǒng)儀表設(shè)備的差距在于，其內(nèi)部的線路構(gòu)成極為復(fù)雜，且自動(dòng)化儀表具有信息處理架構(gòu)，在架構(gòu)的支持下，儀表能夠迅速將探測(cè)到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其他形式的信號(hào)。得益于內(nèi)置的微型計(jì)算機(jī)，自動(dòng)化儀表的信息數(shù)據(jù)處理能力更加全面，這極大地提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保了儀器的正常運(yùn)行。與此同時(shí)，自動(dòng)化儀表也帶有快速檢索功能，有助于減少信息錯(cuò)誤，并對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行有效的糾正。自動(dòng)化儀表具備完善的存儲(chǔ)能力，能實(shí)時(shí)記錄海上原油開(kāi)采過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)，并對(duì)電腦信息系統(tǒng)中的相關(guān)資料進(jìn)行全面加工，為采油工作提供關(guān)鍵的信息支持，提升油田企業(yè)的工作效率，為安全生產(chǎn)帶來(lái)強(qiáng)有力的支持。

4.5 強(qiáng)化儀表故障分析能力

自動(dòng)化儀表通常由液晶顯示屏、鍵盤(pán)及鼠標(biāo)組成，能夠?qū)崟r(shí)獲取整個(gè)生產(chǎn)流程的數(shù)據(jù)，監(jiān)控人機(jī)接口和控制接口，并將相關(guān)數(shù)據(jù)有機(jī)地整合，記錄各種儀器的內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，為后續(xù)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(yùn)動(dòng)，提高人機(jī)交互的便捷性，并提升特定接口的加工水平。通過(guò)將自動(dòng)化技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)自動(dòng)化儀表的綜合管理，為平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？紤]到儀表的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儀器的敏感度較高，因而在維修過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到各種問(wèn)題，對(duì)此必須對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行深入分析，以便高效地進(jìn)行故障檢測(cè)，并利用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備進(jìn)行自動(dòng)調(diào)試，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的全面診斷，在提高維修效率的同時(shí)，確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

5 海洋石油自動(dòng)化儀表的發(fā)展趨勢(shì)

海上石油開(kāi)發(fā)若發(fā)生安全事故將導(dǎo)致巨大損失，因此，未來(lái)自動(dòng)化儀器的發(fā)展將以提高海上石油工業(yè)安全為核心，努力最小化各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生概率。

現(xiàn)階段，在我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，海上油田的自動(dòng)化設(shè)備正朝向智能化發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)使用的部分儀器設(shè)備操作繁瑣，功能未能完全滿(mǎn)足特定需求，常需多種儀器聯(lián)合使用。因此，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將是儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化并增強(qiáng)功能性，智能化與自動(dòng)化技術(shù)的融合程度將持續(xù)深化，推動(dòng)儀器技術(shù)革新，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在提升自動(dòng)化儀器功能方面，將主要依賴(lài)當(dāng)前的信息科技，但隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化儀器在未來(lái)的進(jìn)程中，將結(jié)合通信技術(shù)與微電子技術(shù)，走向更高級(jí)的智能化。同時(shí)，電子信息技術(shù)的發(fā)展也大幅簡(jiǎn)化了自動(dòng)化儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得操作過(guò)程更加高效和安全。客觀來(lái)看，在未來(lái)的發(fā)展中，自動(dòng)化儀器將成為海上石油工業(yè)安全、智能、高效運(yùn)作的關(guān)鍵，為整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和安全生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的支持。

6 結(jié)束語(yǔ)

在日漸成熟的信息技術(shù)的推動(dòng)之下，海洋石油自動(dòng)化儀表已然成為提高生產(chǎn)效率、保障作業(yè)安全的關(guān)鍵，相關(guān)設(shè)備不僅在精確監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理方面展現(xiàn)出卓越性能，還可以通過(guò)智能化管理、操作簡(jiǎn)化流程，極大地減少人力成本及操作風(fēng)險(xiǎn)。在未來(lái)，隨著信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)一步融合，海洋石油自動(dòng)化儀表的應(yīng)用也將更為廣泛，相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新也將進(jìn)一步推動(dòng)海洋石油領(lǐng)域的發(fā)展，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步貢獻(xiàn)更大的力量。

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