楊建義

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津300452)

井口控制盤是實現(xiàn)海上油井控制的關(guān)鍵設(shè)備，在生產(chǎn)工藝需要實施關(guān)斷或油井、平臺出現(xiàn)異常，能自動按照邏輯順序關(guān)斷地面安全閥及井下安全閥，可有效地防止油井事故，從而保護平臺人員、財產(chǎn)安全和海洋環(huán)境。若平臺井口數(shù)量較多，需要3～4面井口控制盤，為了確保整個平臺的油井安全閥關(guān)斷，井口控制盤設(shè)備之間需要安全聯(lián)鎖。

1 井口控制盤的組成

一般井口控制盤主要有氣動回路和液壓回路組成，氣動回路主要是設(shè)備內(nèi)部邏輯和先導(dǎo)控制液壓，其中易熔塞回路是監(jiān)測平臺火區(qū)火災(zāi)，手動報警站回路是現(xiàn)場報警按鈕，易熔塞回路和手動報警站回路是高級控制回路，可控制整個平臺的油井關(guān)斷；液壓回路主要是給地面安全閥和井下安全閥提供驅(qū)動動力。井口控制盤的組成如圖1所示。

圖1 井口控制盤的組成

2 井口控制盤安全聯(lián)鎖

在海洋石油開采的特殊環(huán)境中，油井損壞可能造成重大的經(jīng)濟損失及重大環(huán)境污染，因此要求井口控制盤具有高可靠性，其設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)同樣要求高可靠性[1]。井口控制盤采用失效安全型設(shè)計[2]，系統(tǒng)的高可靠性必然使設(shè)備的關(guān)停次數(shù)增多，降低系統(tǒng)的可用性[3]。所以在安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計時需要充分考慮誤操作、誤動作及必要的人工確認(rèn)環(huán)節(jié)。針對企業(yè)而言，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計要以保證生產(chǎn)工藝系統(tǒng)安全運行為基本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益為出發(fā)點，結(jié)合生產(chǎn)實際工況，從系統(tǒng)的可靠性、易維護、易擴展等因素綜合考慮[4]。

3 安全聯(lián)鎖方案設(shè)計

井口控制盤中有手動報警站回路、易熔塞回路及邏輯控制回路，從原理上均可實現(xiàn)安全聯(lián)鎖，但是需要考慮聯(lián)鎖設(shè)備連接問題、聯(lián)鎖動作中控確認(rèn)問題以及方案的經(jīng)濟性等[5]。針對某平臺井口控制盤安全聯(lián)鎖的要求，設(shè)計了四種安全聯(lián)鎖關(guān)斷方案。

3.1 關(guān)斷回路直接聯(lián)鎖

關(guān)斷回路直接聯(lián)鎖即將井口控制盤手動報警站回路和易熔塞回路直接串聯(lián)。該方案優(yōu)點是現(xiàn)場連接簡單，成本較低。開井前，需要將易熔塞回路和手動報警站回路充氣，聯(lián)鎖系統(tǒng)不參與井口控制盤的開關(guān)井順序邏輯[6]。該方案缺點是當(dāng)出現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)斷的時候，中控系統(tǒng)無法判定問題的地點或者區(qū)域，只能現(xiàn)場查找問題。聯(lián)鎖關(guān)斷時間與控制盤的間距有關(guān)，即與串聯(lián)管線長度有關(guān)。若距離過長，需要在串聯(lián)回路上增加快速泄放元件，用以保證關(guān)斷時間。該方案有一定的局限性，關(guān)斷回路直接聯(lián)鎖如圖2所示。

圖2 關(guān)斷回路直接聯(lián)鎖示意

3.2 控制回路元件聯(lián)鎖

在控制回路中增加先導(dǎo)換向閥，當(dāng)某一面井口控制盤關(guān)斷時，會引發(fā)另一面井口控制盤控制回路中的先導(dǎo)換向閥的先導(dǎo)端失壓，從而實現(xiàn)聯(lián)鎖盤的關(guān)斷。該方案優(yōu)點是機械聯(lián)鎖，中控系統(tǒng)可以直接判定關(guān)斷原因；缺點是現(xiàn)場連接相對復(fù)雜，且在設(shè)備啟動時，聯(lián)鎖盤必須同時啟動，該方案現(xiàn)場調(diào)試操作有一定的局限性?？刂苹芈吩?lián)鎖系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 控制回路元件聯(lián)鎖系統(tǒng)示意

3.3 主副盤安全聯(lián)鎖

按照主副盤設(shè)計理念實現(xiàn)聯(lián)鎖，主盤是完整控制盤，副盤從屬于主盤控制。從主盤的一級關(guān)斷回路引出管線至副盤的驅(qū)動回路，在副盤上進行邏輯一、二級和三級分級，實現(xiàn)對副盤的控制。只要主盤啟動后，就可以實現(xiàn)在副盤上正常開井。當(dāng)主盤觸發(fā)一級關(guān)斷后，則直接觸發(fā)副盤一級關(guān)斷。三級關(guān)斷可以在副盤自行控制。單井的控制可以按照邏輯，先關(guān)閉地面安全閥，延時后關(guān)閉井下安全閥，完成油井的關(guān)斷。該方案優(yōu)點是中控系統(tǒng)可以直接判斷發(fā)生關(guān)斷原因，且優(yōu)化了副盤的設(shè)計，降低成本，但是對副盤中參與聯(lián)鎖元件選型有較高的要求[7]，例如聯(lián)鎖閥門的泄放率和延時閥的調(diào)節(jié)，以確保滿足關(guān)井時間要求。主副盤聯(lián)鎖系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 主副盤聯(lián)鎖系統(tǒng)示意

3.4 主副盤先導(dǎo)式安全聯(lián)鎖

在主副盤安全聯(lián)鎖的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，從主盤的一級關(guān)斷回路引出管線至副盤換向閥的先導(dǎo)端，主盤的控制氣源只引起副盤關(guān)斷，不參與副盤的控制回路，從而降低了對副盤中聯(lián)鎖元件的要求，更進一步降低成本。主副盤先導(dǎo)式聯(lián)鎖系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 主副盤先導(dǎo)式聯(lián)鎖系統(tǒng)示意

4 方案對比分析

四種聯(lián)鎖方案的對比分析見表1所列。

通過對比，主副盤先導(dǎo)式安全聯(lián)鎖方案，具有可靠性高、誤動作因素少、經(jīng)濟性較高、滿足關(guān)井時間要求、檢修維護方便、可用性較高等優(yōu)點，完全能滿足項目的需求。

表1 聯(lián)鎖方案對比分析

5 結(jié)束語

本文以井口控制盤安全聯(lián)鎖的需求為出發(fā)點，分析了安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的要求，結(jié)合項目實際情況，提出了四種安全聯(lián)鎖解決方案。通過現(xiàn)場試驗測試，其中主副盤先導(dǎo)式安全聯(lián)鎖方案，可靠性高、誤動作因素少，經(jīng)濟性較高，滿足油井開關(guān)井的時間要求，達到了預(yù)期的目的，同時也為井口控制盤其他聯(lián)鎖解決方案提供一定參考。