董鵬林，柴 威，魏東坤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300457）

1 應(yīng)急關(guān)斷閥（SDV）及其在線檢測裝置

海洋石油平臺作為一個(gè)獨(dú)立的油氣生產(chǎn)單元，生產(chǎn)設(shè)施密度高、風(fēng)險(xiǎn)大。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)、天然氣泄漏等突發(fā)情況時(shí)，需通過應(yīng)急關(guān)斷閥（shutdown valve，SDV）（圖1）等應(yīng)急裝置設(shè)備對生產(chǎn)流程進(jìn)行切斷，從而減少人員和設(shè)備的損失，為應(yīng)急部署爭取時(shí)間。由此可見，SDV是工藝安全系統(tǒng)的重要組成部分，也是平臺緊急關(guān)斷系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件。它能夠根據(jù)現(xiàn)場或遠(yuǎn)傳的關(guān)斷信號，及時(shí)有效地切斷或打開管線流體的通路，從而保證生產(chǎn)設(shè)施及人身的安全。當(dāng)電磁閥失電的時(shí)候，電磁閥動(dòng)作將氣源切斷，電磁閥開始泄放執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的儀表氣，關(guān)斷閥關(guān)閉，同時(shí)行成開關(guān)動(dòng)作，將關(guān)斷閥的狀態(tài)傳送到中控系統(tǒng)，并在顯示器上進(jìn)行相應(yīng)的狀態(tài)顯示[1]。

圖1 SDV示意圖Fig.1 Sketch map of SDV

隨著生產(chǎn)流程日趨穩(wěn)定，流程各點(diǎn)位SDV一般處于長期工作狀態(tài)，因各SDV一般都屬于邏輯連鎖中的一環(huán)，在工作狀態(tài)日常無法對其進(jìn)行開關(guān)操作，如需進(jìn)行全行程測試，只能在流程關(guān)斷或停產(chǎn)期間，這就造成了測試成本高或檢查周期長，而長期不動(dòng)作的閥門極易出現(xiàn)卡澀或者無法關(guān)斷的現(xiàn)象，這對于海上石油開采來說是個(gè)極大的隱患。目前市場上已有的SDV在線檢測設(shè)備在安裝時(shí)均需對現(xiàn)場SDV裝置進(jìn)行改造，改造過程需要對SDV進(jìn)行開關(guān)操作，這在海洋石油生產(chǎn)平臺是無法實(shí)現(xiàn)的，而且測試裝置只能對應(yīng)一臺SDV，費(fèi)用成本較高。鑒于這種情況，決定設(shè)計(jì)一臺便攜式可移動(dòng)SDV測試裝置，該SDV測試裝置測試方法簡單，設(shè)備輕便，制作成本低，功能穩(wěn)定可靠，可以實(shí)現(xiàn)一臺設(shè)備對平臺所有SDV進(jìn)行測試，滿足海上采油平臺各SDV測試的使用需求，消除流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的安全隱患。

1.1 工作原理

該裝置的工作原理（圖2）是通過對SDV氣缸泄壓路進(jìn)行控制[2]，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慢速關(guān)閉，并通過安裝在閥門執(zhí)行器閥桿上的轉(zhuǎn)向夾具與接近開關(guān)的連鎖動(dòng)作控制SDV裝置在±20°開度時(shí)停止動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)在不影響生產(chǎn)前提下的功能測試工作。

圖2 原理控制圖Fig.2 Principle control chart

該裝置具備以下功能：①在生產(chǎn)流程SDV在線開關(guān)功能測試，通過此設(shè)備可對各流程節(jié)點(diǎn)SDV進(jìn)行開關(guān)功能測試，無需停產(chǎn)；②緊急停止功能，出現(xiàn)緊急情況保證流程不受影響，保證生產(chǎn)流程；③通過接近開關(guān)，實(shí)現(xiàn)短行程測試，保證在線測試情況下不對流程產(chǎn)生影響；④系統(tǒng)全部集中安裝于一個(gè)控制箱，僅使用一套裝備就可完成對油氣田所有SDV裝置的在線檢測；⑤檢測過程全程指示，在檢測過程中，指示燈亮，檢測過程中斷，指示燈滅，隨時(shí)指示檢測狀態(tài)；⑥通過流量閥控制排氣流量，從而保證測試過程安全。

1.2 制作過程

1.2.1 控制箱蓄電池的安裝固定

利用廢舊工具箱制作控制箱，采用打孔的方法固定支架，從而實(shí)現(xiàn)對蓄電池的固定，保證蓄電池不會在攜帶、測試過程中發(fā)生移位。

1.2.2 在控制箱側(cè)方安裝急停按鈕

利用平臺廢舊物料，在控制箱側(cè)方打孔安裝，防火風(fēng)閘手拉閥當(dāng)作急停按鈕，以便在測試過程中出現(xiàn)緊急情況時(shí)可以及時(shí)切斷氣路，終止測試，避免測試過程出現(xiàn)異常后對流程產(chǎn)生影響。

1.2.3 測試按鈕及工作狀態(tài)指示燈安裝

在控制箱頂部打孔，安裝測試按鈕及工作狀態(tài)指示燈，按下測試按鈕，工作狀態(tài)指示燈亮進(jìn)行測試，再次按下按鈕測試停止，并且測試過程可通過工作狀態(tài)指示燈顯示內(nèi)部電磁閥工作狀態(tài)，方便操作人員實(shí)時(shí)了解測試狀態(tài)。

1.2.4 流量控制閥安裝

在控制箱頂部打孔，安裝流量控制閥，測試過程中可根據(jù)現(xiàn)場SDV實(shí)際情況調(diào)節(jié)流量控制閥，從而控制測試過程中的排氣流量，達(dá)到穩(wěn)定測試的目的。

1.2.5 電磁閥安裝固定和氣路管線連接

對氣路電磁閥進(jìn)行安裝固定，當(dāng)按下測試按鈕時(shí)，此電磁閥得電，使測試氣路導(dǎo)通，測試SDV排氣關(guān)閉，測試開始，當(dāng)出現(xiàn)以下2種情況時(shí)電磁閥失電，使測試停止：松開測試按鈕，接近開關(guān)到達(dá)限位。電磁閥安裝完畢后對測試氣路進(jìn)行連接。

1.2.6 接近開關(guān)安裝和電路連接

對接近開關(guān)進(jìn)行打孔安裝，通過接近開關(guān)可以進(jìn)行短行程測試，正常測試情況下接近開關(guān)為閉點(diǎn)，電路導(dǎo)通；當(dāng)達(dá)到測試所需行程時(shí)，接近開關(guān)觸發(fā)為開點(diǎn)，電路斷開，測試停止，安裝完畢后對控制箱電路進(jìn)行連接，連接完成后進(jìn)行電路方面的功能測試。

1.2.7 SDV轉(zhuǎn)向夾具制作和行程測試

利用平臺廢舊物料，對SDV閥桿轉(zhuǎn)向夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，此夾具適用于BETTIS系列關(guān)斷閥執(zhí)行器，如需測試其他類型關(guān)斷閥僅需對夾具稍作調(diào)整，并使用廢舊物料制作夾具配套限位裝置（用于接近開關(guān)固定），可進(jìn)行角度調(diào)整，利用轉(zhuǎn)向夾具配合接近開關(guān)進(jìn)行短行程測試。

1.3 使用方法

1.3.1 SDV轉(zhuǎn)向夾具現(xiàn)場安裝固定

先對SDV轉(zhuǎn)向夾具進(jìn)行安裝，將轉(zhuǎn)向夾具與執(zhí)行器閥桿固定，安裝完成后根據(jù)所需測試行程，對SDV轉(zhuǎn)向夾具配套裝置進(jìn)行安裝，調(diào)整安裝方向及接近開關(guān)探出量后（距轉(zhuǎn)向夾具±1.5cm即可），使用螺栓將SDV轉(zhuǎn)向夾具固定在SDV執(zhí)行器上，實(shí)現(xiàn)對測試行程的調(diào)整。

1.3.2 連接氣路管線

一端連接至便攜式SDV測試裝置氣源接口，另一端連接至SDV氣缸排氣管線。因SDV在設(shè)計(jì)時(shí)有氣缸排氣助推功能，故需注意SDV氣缸排氣管線的接入點(diǎn)應(yīng)處在三通的上游。

1.3.3 現(xiàn)場測試

在SDV轉(zhuǎn)向夾具及現(xiàn)場氣源管線連接完畢后，按下測試裝置的測試按鈕，此時(shí)狀態(tài)燈亮起，電磁閥得電；隨后通知中控對該SDV電磁閥進(jìn)行斷電，開始現(xiàn)場測試；當(dāng)現(xiàn)場SDV接收到中控信號后，氣缸儀表氣會隨著在線測試裝置進(jìn)行排氣[3]，現(xiàn)場閥門會隨之關(guān)閉，當(dāng)閥門帶動(dòng)轉(zhuǎn)向夾具旋至接近開關(guān)處（只轉(zhuǎn)動(dòng)±20°），開關(guān)動(dòng)作，電磁閥失電，排氣停止，SDV停止關(guān)閉，測試完畢（圖3）。

圖3 現(xiàn)場連接測試Fig.3 Field connection test

1.3.4 測試完畢

測試完畢后，通知中控將SDV控制打到自動(dòng)，手動(dòng)復(fù)位現(xiàn)場SDV電磁閥后，SDV正常打開。拆除現(xiàn)場測試夾具，恢復(fù)SDV排氣管線至正常狀態(tài)。

1.3.5 其他說明

因轉(zhuǎn)向夾具與接近開關(guān)近間距±1.5cm，故SDV測試過程中實(shí)際轉(zhuǎn)向+20°，對流程沒有影響；當(dāng)測試過程中出現(xiàn)異常時(shí)，可隨時(shí)按下急停按鈕停止測試作業(yè)；針對于不同型號的SDV可另設(shè)計(jì)其他類型的夾具，通過調(diào)節(jié)裝置上的流量閥可以控制閥門關(guān)閉速度（針對于小容量氣缸閥門）；接近開關(guān)上也有指示燈，當(dāng)指示燈亮起時(shí)為等待測試，指示燈熄滅時(shí)為測試停止。目前該設(shè)備使用雙12V蓄電池提供的動(dòng)力源，設(shè)備較重，后期會采辦12VDC的電磁閥，減少蓄電池?cái)?shù)量，以減少設(shè)備整體重量，使其更加便攜。

2 經(jīng)濟(jì)性

此次改造工作均自主設(shè)計(jì)并實(shí)施，僅使用1臺設(shè)備即可完成平臺所有SDV開關(guān)功能的在線檢測，而市場上現(xiàn)有的SDV在線測試裝置只能一一對應(yīng)到每臺SDV裝置上，單臺費(fèi)用需要一兩萬元，且安裝調(diào)試工作必須在停產(chǎn)條件下進(jìn)行。本次研發(fā)的便攜式SDV在線測試裝置改造所用備件優(yōu)先使用平臺庫存?zhèn)浼锪鲜褂脧U棄物料進(jìn)行加工改造，估算該裝置成本價(jià)格為8000元。

以某油氣田為例，該油氣田共計(jì)107臺SDV裝置，其中不具備在線生產(chǎn)測試的SDV有94臺，以每臺SDV均需加裝1套在線測試裝置，費(fèi)用如下：

總費(fèi)用＝94臺×10000元（按最小值）＝940000元

而便攜式SDV在線測試裝置制作成本為 8000元，可以實(shí)現(xiàn)全部SDV在線測試，預(yù)計(jì)節(jié)省費(fèi)用90余萬元。

此設(shè)備能有效避免因流程SDV長期不動(dòng)作造成緊急情況無法關(guān)閉或打開的安全隱患，既為SDV檢修提供了依據(jù)，也為采油平臺安全生產(chǎn)提供了有力的保障。

3 結(jié)語

經(jīng)過近一年的現(xiàn)場實(shí)際使用，該便攜式SDV在線測試裝置測試方法簡單、設(shè)備輕便、制作成本低、功能穩(wěn)定可靠，可以實(shí)現(xiàn)一臺設(shè)備對平臺所有SDV進(jìn)行測試，測試效果良好，完全滿足現(xiàn)場實(shí)際使用的各種要求，具有很高的推廣價(jià)值。

隨著海上石油的勘探開發(fā)的深入，海上采油平臺的數(shù)量不斷增多，規(guī)模不斷增加，如何確保流程/設(shè)備的安全尤為重要。便攜式SDV在線檢測裝置的研發(fā)工作，完全自主創(chuàng)新完成，通過查詢資料及現(xiàn)場測試，讓維修人員對相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理有了更清晰的認(rèn)識。利用此套系統(tǒng)對油氣田各個(gè)關(guān)鍵流程SDV進(jìn)行了測試，驗(yàn)證了各關(guān)鍵流程SDV的可靠性，為發(fā)現(xiàn)隱蔽設(shè)備隱患提供了基礎(chǔ)，也為了解設(shè)備狀況提供了依據(jù)，有效保證了采油平臺的作業(yè)安全。