陳加鑫,鹿棟梁,李曉升
(海洋石油工程股份有限公司,天津 300452)
高完整性壓力保護(hù)系統(tǒng)(HIPPS)主要用于防止因高壓燃?xì)?、原油外輸管線超壓導(dǎo)致下游工藝、生產(chǎn)設(shè)備損壞情況的發(fā)生,該系統(tǒng)主要由壓力變送器,控制器和HIPPS閥門組成。壓力變送器檢測管道壓力,如果超過了壓力的聯(lián)鎖設(shè)定值,控制器發(fā)出信號,使HIPPS閥門在2 s以內(nèi)由全開狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài),以保護(hù)管道的安全。整個安全儀表控制系統(tǒng)符合SIL3等級[1]。目前高完整性壓力保護(hù)系統(tǒng)主要應(yīng)用于化工、海洋油氣田等高壓生產(chǎn)設(shè)施,荔灣3-1氣田開發(fā)項(xiàng)目及番禺34-1氣田開發(fā)項(xiàng)目是首次采用這套系統(tǒng)的南海深水天然氣平臺,為平臺的超壓報(bào)警、安全關(guān)斷提供可靠保障。
番禺34-1氣田開發(fā)項(xiàng)目所采用的系統(tǒng)基本參數(shù)為:
(1)盤柜數(shù)目為1,盤柜型號為Rittal TS8808,工作電壓為220 VAC/50 H;
(2)壓力變送器型號為EJX530 A,廠家為YOKOGAWA;
(3)邏輯解碼器型號為HIMA Planar4,工作電壓為24 VDC。
通過操作面板,操作人員可以監(jiān)視變送器,控制器和HIPPS閥的運(yùn)行狀態(tài)及變送器和控制器的自檢測狀態(tài),三閥組的運(yùn)行和維護(hù)的狀態(tài)。同時也可進(jìn)行HIPPS閥門的手動緊急關(guān)斷操作,以及選擇維護(hù)旁路和進(jìn)行HIPPS閥門部分行程測試,操作面板如圖1所示。
該系統(tǒng)通過RS485RTU通訊形式,把各種報(bào)警和控制器的動作信息傳輸給PCS系統(tǒng)。參考HIPPS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表和P&ID圖紙,可知PY34-1項(xiàng)目SDV-B閥門下游管道設(shè)計(jì)壓力為13.2 MPa,最大操作壓力11.9 MPa,HIPPS閥門聯(lián)鎖設(shè)定值是12.90 MPa(最大操作壓力的1.08倍)壓力變送器檢測到管道壓力超過高高壓力設(shè)定值時,控制器按照預(yù)先設(shè)置的2OO3聯(lián)鎖邏輯發(fā)出關(guān)斷信號,控制SDV-A閥和SDV-B閥2 s內(nèi)快速關(guān)斷,使下游管道與上游高壓介質(zhì)快速隔離,起到保護(hù)下游低壓管線和設(shè)備的作用[2]。
圖1 操作面板
(1)確認(rèn)220 V ACi 10%/50 Hzi 5%電源的接線正確和電壓在系統(tǒng)允許范圍內(nèi);
(2)閉合空氣開,關(guān)確認(rèn)電源指示燈正常;
(3)依次閉合相應(yīng)面板上面的ETA空開;
(4)當(dāng)系統(tǒng)剛剛接通24 V電源時,HIPPS系統(tǒng)的狀態(tài)為:3個MANIFOLD POSITION指示燈亮意味著3個安裝在ASTAVA Manifold的壓力變送器在運(yùn)行狀態(tài),SDV-A和SDV-B閥的CLOSE指示燈亮意味著HIPPS閥門處于關(guān)斷狀態(tài)。
模擬量輸入卡件62100需要40 s左右的時間才能完成初始化,同時面板上的3個PT HH ALARM、2003 HH TRIP和MODULE FAULT指示燈會亮起,如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)狀態(tài)指示
系統(tǒng)將在上電約40 s后轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行狀態(tài)。
(1)打開HIPPS閥,指示燈“FULL OPEN/FULL CLOSE”為綠色;
(2)關(guān)閉HIPPS閥,指示燈“FULL OPEN/FULL CLOSE”為紅色。
(1)每個閥門在控制面板上都有一個部分行程測試的開關(guān),此開關(guān)會發(fā)送一個干接點(diǎn)信號給數(shù)字閥門控制器DVC6010SIS用于定期進(jìn)行部分行程測試。部分行程測試的開關(guān)是彈簧復(fù)位型帶鑰匙鎖定的開關(guān)[3]。如圖3所示。
圖3 閥門操作面板
(2)部分行程測試開關(guān)打到ON狀態(tài)超過3 s(但要少于10 s),然后再將開關(guān)打回OFF狀態(tài),這時閥門的部分行程測試就被觸發(fā),閥門動作到預(yù)訂的開度后再返回到最初的開度。預(yù)設(shè)開度的默認(rèn)值為初始開度的10%,但是也可以根據(jù)裝置的安全指導(dǎo)方針最高設(shè)定到初始開度的30%。
(3)當(dāng)閥門進(jìn)行部分行程測試時,部分行程的信號及對其的分析結(jié)果將會顯示在AMS Server上的AMS Valve Link HMI中。
(4)當(dāng)部分行程測試開關(guān)處于OFF狀態(tài)時,部分行程測試未被觸發(fā),閥門處于正常工作狀態(tài)[4]。
系統(tǒng)冗余特性測試包括電源的冗余測試與通訊卡件的冗余測試。
2.6.1 數(shù)字量輸入
(1)確認(rèn)回路機(jī)械完工完成。
(2)確認(rèn)現(xiàn)場儀表信號狀態(tài)(常開、常閉)與設(shè)計(jì)要求一致。
(3)在回路的現(xiàn)場終端輸入信號,進(jìn)行以下測試:確認(rèn)現(xiàn)場儀表參數(shù)、控制系統(tǒng)參數(shù)與I/O清單一致;確認(rèn)控制系統(tǒng)顯示與現(xiàn)場狀態(tài)一致;確認(rèn)控制系統(tǒng)報(bào)警、復(fù)位功能正常。
(4)記錄測試結(jié)果。
2.6.2模擬量輸入
(1)確認(rèn)回路機(jī)械完工完成。
(2)在回路的現(xiàn)場終端輸入信號,進(jìn)行以下測試:確認(rèn)現(xiàn)場儀表參數(shù)、控制系統(tǒng)參數(shù)與I/O清單一致;確認(rèn)儀表正反行程與中控顯示一致;確認(rèn)中控報(bào)警、復(fù)位功能正常;記錄測試結(jié)果。
2.6.3 數(shù)字量輸出
(1)確認(rèn)回路機(jī)械完工完成。
(2)確認(rèn)該回路在控制系統(tǒng)中手/自動切換功能正常。
(3)確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作方式(氣開、氣關(guān)等)與設(shè)計(jì)要求一致。
(4)在控制系統(tǒng)中強(qiáng)制輸出開關(guān)信號,進(jìn)行以下測試:確認(rèn)現(xiàn)場儀表參數(shù)、控制系統(tǒng)參數(shù)與I/O清單一致;確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作與輸出信號一致,響應(yīng)時間符合設(shè)計(jì)要求。
(5)記錄測試結(jié)果。
(1)增加模擬輸入量超過高高報(bào)警值,測試2003觸發(fā)報(bào)警,并確認(rèn)報(bào)警指示燈的狀態(tài)。
(2)按下ESD緊急關(guān)斷按鈕,SOV的4個指示燈將顯示OFF[5]。
變送器操作面板如圖4所示。操作人員進(jìn)行變送器的維護(hù)或更換時,需要進(jìn)行如下相應(yīng)的旁路操作。
(1)確認(rèn)現(xiàn)場要維護(hù)或更換的變送器的工作已經(jīng)得到相關(guān)部門的批準(zhǔn)。
(2)變送器的維護(hù)工作應(yīng)該有2人共同協(xié)作完成,一人在就地操作,一人在機(jī)柜室監(jiān)控控制盤操作[6]。
(3)在操作面板上首先把維護(hù)旁路允許開關(guān)扳到允許的位置,然后把維護(hù)旁路選擇開關(guān)扳到相應(yīng)需要維護(hù)或更換的變送器位置(比如維護(hù)PT-A)。此時MANIFOLD/MODISC ALARM指示燈亮。
(4)通知就地維護(hù)人員將三閥組裝置內(nèi)旁路專用開關(guān)扳到了變送器PT-A的ISOLATE位置,將六角扳手順時針旋轉(zhuǎn)4 360°,此時控制盤監(jiān)控人員注意到MANIFOLD/MODISC ALARM指示燈熄滅,MAINTENANCE PERMIT指示燈亮。
(5)控制盤監(jiān)控人員通知就地維護(hù)人員變送器PT-A可以進(jìn)行維護(hù),就地維護(hù)人員將三閥組裝置內(nèi)旁路專用開關(guān)扳到了變送器PT-A的VENT位置,將六角扳手逆時針旋轉(zhuǎn)4 360°來釋放管道內(nèi)壓力[7]。
(6)確認(rèn)放空管道排凈,將六角扳手順時針旋轉(zhuǎn)4×360°來關(guān)閉放空閥。
(7)維護(hù)現(xiàn)場變送器。
(8)維護(hù)完成后,將三閥組裝置內(nèi)旁路專用開關(guān)扳到了變送器PT-A的ISOLATE位置,將六角扳手逆時針旋轉(zhuǎn)4 360°來打開隔離閥。此時此時控制盤監(jiān)控人員注意到MANIFOLD/MO DISC ALARM指示燈亮,MAINTENANCE PERMIT指示燈熄滅[4]。
(9)將三閥組裝置內(nèi)旁路專用開關(guān)扳到中間位置。
(10)上述步驟完成后,控制盤監(jiān)控人員在操作面板上把維護(hù)旁路選擇開關(guān)和允許開關(guān)扳到禁止的位置,此時控制盤監(jiān)控人員注意到MANIFOLD/MO DISC ALARM指示燈熄滅。
(11)維護(hù)結(jié)束。
圖4 變送器操作面板
(1)去除開關(guān)或按鈕上的接線;(2)打開開關(guān)或按鈕上的前蓋;(3)松開開關(guān)或按鈕前面的緊固件;(4)更換開關(guān)或按鈕;(5)將開關(guān)或按鈕固定好,并將其接線恢復(fù)原樣。
(1)從背面拔出LED燈的扁銷;(2)松開LED燈的緊固件;(3)更換LED;(4)固定LED,重新連接燈的扁銷。
(1)松開卡件前端的固定螺絲;(2)將卡件取出;(3)插入新的卡件;(4)固定卡件。
(1)觸發(fā)卡件故障的信息消除后,除62100外的所有的卡件故障都可以通過卡件80105的復(fù)位按鈕來消除[8];(2)模擬量輸入卡件62100故障恢復(fù)。錯誤代碼將會顯示在卡件62100的LCD屏上,如圖5所示。
圖5 卡件錯誤顯示
本文以深水天然氣項(xiàng)目番禺34-1為依托,首次獨(dú)立完成對HIPPS系統(tǒng)的調(diào)試工作,梳理出具體的調(diào)試流程及方法,對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法進(jìn)行了總結(jié),并對系統(tǒng)內(nèi)部重要設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)歸納出切實(shí)可行的方法,為后續(xù)深水項(xiàng)目HIPPS系統(tǒng)的調(diào)試工作提供一定的參考。