海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)的安全設(shè)計

1、    海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)的安全設(shè)計    王健摘要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求日益增加。海洋石油開采量在市場需求的壓力下不斷快速增長，海洋石油平臺處于特殊的環(huán)境當(dāng)中，對自控儀表系統(tǒng)的安全系數(shù)提出了更高的要求?；诖?，本文就海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)的安全設(shè)計進(jìn)行分析與研究。關(guān)鍵詞：海洋石油平臺；自控儀表；安全設(shè)計中圖分類號：s611文獻(xiàn)標(biāo)識碼： a引言：海洋石油動力平臺電力系統(tǒng)作為平臺的核心，其好壞對平臺能否工作起著至關(guān)重要的作用。為了提高海洋石油生產(chǎn)過程的安全性，關(guān)鍵裝置上大都安裝了安全儀表系統(tǒng)。在安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計中，要求遵照iec615

2、08、iec61511及an-si/isas8401等國際安全標(biāo)準(zhǔn)，對工藝裝置、工藝過程進(jìn)行故障分析，采用風(fēng)險評估確定所需的安全儀表功能的安全完整性等級，這樣設(shè)計的安全儀表系統(tǒng)才能使安全儀表功能滿足處理相應(yīng)的事故。一、我國海洋石油平臺工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀我國海洋石油工業(yè)經(jīng)歷了50多年的發(fā)展歷程，實(shí)現(xiàn)了突破性的發(fā)展，尤其是在1982年中國海洋石油總公司成立之后，我國海洋石油工業(yè)從合作開發(fā)走向了自主研發(fā)，逐漸建成了45個海上油氣田，建造93座固定平臺，并自主開發(fā)200m以內(nèi)海上油氣田的技術(shù)能力。目前，我國海洋石油總公司已擁有了強(qiáng)大裝備的大型海上起重鋪管船，其中有3艘鉆井裝備作業(yè)達(dá)到水深300m以下，最大鉆

3、探水深可達(dá)500多米；大型的起重鋪管設(shè)備的起重能力達(dá)到3800噸。近年來，我國海洋石油啟動深水鉆井、鋪管裝備等方面的研究，其中，fpso建造速度和建造質(zhì)量逐漸達(dá)到國際先進(jìn)水平。二、我國海洋石油裝備的發(fā)展差距近些年，我國在海洋石油平臺方面取得了長足的進(jìn)步和發(fā)展，但就我國海洋石油鉆采裝備技術(shù)的發(fā)展而言，與國際水平相比還存在差距。（一）我國海洋石油平臺的裝備專業(yè)化程度較低與國際發(fā)達(dá)水平相比，我國海洋石油平臺的裝備專業(yè)化程度較低，尤其是集團(tuán)化、國際化的程序較差，大多數(shù)企業(yè)在技術(shù)投入上較少，自我創(chuàng)新意識不強(qiáng)。尤其是在常規(guī)陸地鉆采、特殊地域鉆采、海洋水上、海洋水下等全方位、全地貌的各種類型石油鉆采設(shè)備產(chǎn)品

4、的研發(fā)方面，技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔?，?dǎo)致我國海洋石油開采技術(shù)水平相對較低。（二）我國海洋石油平臺裝備的配套能力相對較差相對于海洋石油平臺裝備的配套國際水平而言，無論是在動力上，還是在控制和設(shè)備配套能力等方面，均存在較大差距。例如，就我國目前所使用于內(nèi)鉆機(jī)上的柴油機(jī)、變頻器以及機(jī)械化工具等，基本上是從國外進(jìn)口；在海洋鉆井控制系統(tǒng)方面所使用的鉆桿、隔水管、海洋水下設(shè)備的自動輸送、安裝等設(shè)備，在國外以及具備了良好的使用，而在我國國內(nèi)則處理研究階段。（三）海洋石油平臺裝備的機(jī)構(gòu)較少，投入不夠目前，我國還沒有具備十分專業(yè)的分布面廣、系統(tǒng)研究性較全面、綜合能力強(qiáng)的海洋石油裝備研究機(jī)構(gòu)，在石油鉆采裝備及鉆井工藝

5、方在裝備技術(shù)投入方面，關(guān)鍵試驗(yàn)設(shè)施、設(shè)備及軟件技術(shù)相對缺乏；從事專業(yè)研究的技術(shù)人員較少，科研投入不足；我國企業(yè)和油田的抗風(fēng)險能力較差。二、海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)的安全設(shè)計（一）電纜通道設(shè)計電纜通道應(yīng)該選擇在距離平臺熱源和油管線比較遠(yuǎn)的位置，如果受到場地因素的限制，電纜通道與熱管線交叉，則兩者之前需保持一定的安全距離，并采取措施進(jìn)行防護(hù)，譬如電力電纜、通信電纜、自控電纜，需要以分層敷設(shè)的形式，將高壓電力和低壓電力嚴(yán)格分開。尤其是高壓電纜，要盡量與通信室、起居室等保持安全距離，并視情況選用電纜筒，同時按照防水和防火的要求，保護(hù)好穿過艙壁的電纜。（二）設(shè)備位置布置電氣設(shè)備的布置位置，有室內(nèi)布置和室

6、外布置兩種類型，前者主要布置在配電室、主控室內(nèi)，同時也是電氣設(shè)備位置布置的重點(diǎn)。其中配電室的電氣設(shè)備，主要有盤柜和電箱兩種，均需要按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，所選擇的位置便于設(shè)備的操作和維修，并且在電氣設(shè)備的上方，不能夠穿越油管、水管和蒸汽管等，因?yàn)檫@些管線一旦泄露，將對設(shè)備產(chǎn)生極大的威脅。除此之外，設(shè)計時候還應(yīng)該劃分出危險區(qū)域，在這些區(qū)域布置電氣設(shè)備，要求達(dá)到一定的防爆等級，并采用防爆撓形管等進(jìn)行保護(hù)。（三）電纜敷設(shè)電纜的敷設(shè)，其走向控制室設(shè)計重點(diǎn)，并在敷設(shè)的同時，安裝導(dǎo)線板、電纜框和電纜橋架等，按照設(shè)計圖紙的要求，控制好電纜及其他設(shè)備的規(guī)格和型號等。如果電纜需要穿越艙壁或者甲板，則需要在艙壁和甲

7、板等之上鉆孔，但為了避免鉆孔對艙壁或者甲板造成損傷，要求控制好鉆孔的大小和位置，按照防水和防爆的要求，采用電焊和氣割的方式，焊接橋架、導(dǎo)線板、電纜框等。（四）自拉儀表系統(tǒng)的設(shè)計海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)接地設(shè)計的原則及注意事項(xiàng)可總結(jié)為以下幾點(diǎn):1.對于海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)工作接地設(shè)計，同一個屏蔽層、信號回路、排擾線接地時不能有一個以上的接地點(diǎn)，以避免形成海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)地電位差，給海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)帶來干擾和不安全因素。如果不可能避免海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)多點(diǎn)接地，在海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)中則應(yīng)當(dāng)用導(dǎo)線將多個接地點(diǎn)連接起來，以消除地電位差。2.海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)接地系

8、統(tǒng)設(shè)計中，海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)不同的接地子系統(tǒng)應(yīng)遵循相互獨(dú)立的原則，即在海洋石油平臺自控儀表系接地總干線之前不應(yīng)混接，對于海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置接地體的接地系統(tǒng)，宜分別接到不同的海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)接地體(接地電極)上。3.海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)接地電阻是接地系統(tǒng)中的一個非常重要的數(shù)，電阻值越低說明接地性能越好，其值不能高于4幾。此外對海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)接地導(dǎo)線的截面積、導(dǎo)線的連接方式接地連接點(diǎn)的選擇也要進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計。4.于鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)平臺，海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)的保護(hù)接地工作接地均可直接連接在海洋石油平臺上，但兩點(diǎn)不得連在一起。5.纜托架宜16m做一個接地，屏蔽電纜的

9、屏蔽層必須接地。6.地線宜選用多股銅線，對于海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)的接地，應(yīng)采用獨(dú)立的接地極。7.保護(hù)接地應(yīng)牢固、可靠、可通過接地干線連接到電氣接地網(wǎng)上，也可以直接與鋼結(jié)構(gòu)連接；一般來講，使用dc24v為電源的現(xiàn)場儀表、變送器等無特殊要求的可不作保護(hù)接地。8.海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)現(xiàn)場接地絕不能利用儲存、輸送可燃性介質(zhì)的金屬設(shè)備、管道以及與之相連的金屬構(gòu)件接地。9.在海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)接地系統(tǒng)設(shè)計中，不同的海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)接地子系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)遵循相互獨(dú)立的原則，即在海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)接地總干線之前不應(yīng)當(dāng)混接，對于單獨(dú)設(shè)置海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)接地體的接地系統(tǒng)，宜分別接到不同

10、的接地體(接地電極)上。（五）防爆防護(hù)設(shè)計根據(jù)爆炸形成的原理，當(dāng)可燃性混合氣體中的可燃物的比例低于爆炸下限時，不會形成爆炸，但可能形成燃燒；當(dāng)混合氣體中的可燃物的比例高于爆炸上限時，雖然理論上不會產(chǎn)生爆炸，也不會形成燃燒，但是，若再混進(jìn)一些氣體，則極易形成爆炸性混合氣體。所以當(dāng)可燃物的比例高于爆炸上限時也是一種非常危險的情況。防爆、防護(hù)設(shè)計就是選擇可以消除形成爆炸和燃燒條件的自控儀表，通過消除火源、密閉可燃物、隔離空氣而達(dá)到防爆防護(hù)的目的，從而提高平物、隔離空氣而達(dá)到防爆防護(hù)的目的，從而提高平臺整體的安全性。海洋石油平臺自控儀表系統(tǒng)可根據(jù)石油平臺火災(zāi)危險區(qū)的等級和范圍、危險區(qū)內(nèi)氣體的級別和組別

11、及有關(guān)的安全數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，除了選擇適當(dāng)?shù)暮Ｑ笫推脚_自控儀表系統(tǒng)防爆型式之外，還要選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)防護(hù)型式，以適應(yīng)環(huán)境的要求。若危險區(qū)具有多種爆炸性混合物時，則應(yīng)當(dāng)根據(jù)最易引燃的物質(zhì)進(jìn)行選擇。（六）其他建議措施整個海洋石油平臺按照圖紙嚴(yán)格設(shè)計，除了以上的設(shè)計建議，以下幾方面的安全措施，需要作為設(shè)計工作的輔助補(bǔ)充。一方面是安全設(shè)計理念的加強(qiáng)，海洋石油平臺電氣設(shè)備設(shè)計的專業(yè)性，要求在設(shè)計的同時，提高設(shè)備的安全性能。設(shè)計人員應(yīng)該在參詳設(shè)備設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，融入安全設(shè)計理念，并根據(jù)海洋石油平臺對電氣設(shè)備的性能需求，對電氣設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。另一方面是安全設(shè)計能力的提高，隨著海洋石油平臺電氣設(shè)備功能的增加，設(shè)計人員需要在兼顧功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，不斷研究開發(fā)出新的安全保護(hù)措施，從側(cè)面要求設(shè)計人員要進(jìn)一步提高設(shè)備安全設(shè)計的能力。三、結(jié)束語海洋石油平臺的安全儀表系統(tǒng)，作為海上平臺生產(chǎn)的最重要的保護(hù)屏障，它的可靠性與安全性直接關(guān)系著海上的安全生產(chǎn)與運(yùn)行。正確遵循標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計好的安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行評估計算，對不滿足要求的系統(tǒng)及時進(jìn)行改進(jìn)，可以有效地保障人員和生產(chǎn)設(shè)備的安全，保證海洋石油平臺生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。參考文獻(xiàn)：1蘭志剛.海洋石油平臺導(dǎo)管架陰極保護(hù)數(shù)值仿真研究d.中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）,2012.2