馬磊

[摘? ? 要]采用海上平臺臨時生產儲運控制技術，將移動式生產平臺靠泊至需要臨時生產的平臺，采用硬線連接兩個平臺的中控系統(tǒng)，實現(xiàn)臨時生產儲運控制，能夠解決海上平臺在海底管道維護、儲罐清罐、主要工藝設備檢修等面臨的停產、限產問題，有助于實現(xiàn)穩(wěn)產增產、降本增效。采用臨時生產儲運技術后，對平臺的安全儀表系統(tǒng)進行SIL分析，以保證平臺安全儀表系統(tǒng)的完整性等級。

[關鍵詞]海洋平臺;儲運控制;SIL分析

[中圖分類號]TE985;TQ637 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–0–03

Research on SIL Analysis Technology of Temporary Production， Storage and Transportation Control and Safety Instrument System of Offshore Platform

Ma Lei

[Abstract]The temporary production， storage and transportation control technology of offshore platform is adopted to dock the mobile production platform to the platform requiring temporary production， and the central control system connecting the two platforms by hard wire is adopted to realize the temporary production， storage and transportation control. It can solve the problems of shutdown and production restriction faced by offshore platforms in subsea pipeline maintenance， tank cleaning and maintenance of main process equipment， and help to achieve stable production and increase production， reduce cost and increase efficiency. After the temporary production， storage and transportation technology is adopted， SIL analysis is carried out for the safety instrument system of the platform to ensure the integrity level of the safety instrument system of the platform.

[Keywords]offshore platform; storage and transportation control; SIL analysis

為了避免停產限產，實現(xiàn)穩(wěn)產增產，開展海上平臺臨時生產儲運控制技術研究。將移動式生產平臺靠泊至需要臨時生產的平臺，采用搭接可旋轉滑移式棧橋、軟管快速連接工藝管線、校核調整生產流程工藝參數(shù)等技術實現(xiàn)生產流程的順利搭接，通過硬線連接兩個平臺的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)平臺連鎖控制，保證平臺安全，實現(xiàn)穩(wěn)產增產目標。

1 生產流程切換技術研究

當海底管道更換、儲罐清罐作業(yè)時，平臺的工藝處理流程能夠正常運轉，但是處理后的原油沒有儲存空間，平臺將面臨停產限產的風險。將移動式生產平臺靠泊至目標平臺，通過搭接棧橋連接兩個平臺，工藝流程通過軟管連接，實現(xiàn)兩個平臺的互聯(lián)。根據(jù)目標平臺的配產調整移動式生產平臺的儲油空間，由于此種模式下移動式生產平臺僅用于原油存儲，將污水艙切換成儲油模式，增加平臺的儲油能力?；诖思夹g可實現(xiàn)在不停產的情況下將目標平臺處理后的原油輸送至移動式生產平臺儲油艙進行存儲、外輸。

當平臺主要工藝設備進行維護時，平臺將失去油氣水處理能力，平臺面臨停產風險。對移動式生產平臺的工藝處理流程進行適應性改造，調整斜板、氣浮選、核桃殼等水處理系統(tǒng)的設定值，匹配兩個平臺的工藝參數(shù)，以實現(xiàn)由移動式生產平臺接收目標平臺產液并進入生產處理系統(tǒng)。對移動式生產平臺外輸泵進行適應性改造，將處理后的原油輸送至原平臺海管入口進行外輸，或者通過穿梭郵輪直接外輸，可實現(xiàn)生產流程不停產切換，保證平臺產量。

2 棧橋搭接技術研究

采用可旋轉、滑移的棧橋，當兩平臺在風浪流等環(huán)境荷載和施工荷載的作用下產生微小相對位移時，棧橋可通過旋轉和滑動釋放掉因相對位移而產生的內力，減小棧橋被破壞的風險。在移動式生產平臺舷側設置旋轉樁，起到固定棧橋但又不限制其旋轉的作用，旋轉樁如圖1所示，裝配后如圖2所示。

由于存在高度差，棧橋的滑動端可建在搭接平臺或者滑動端支撐平臺上，滑動端設置兩限位軌道，確保棧橋在長度方向上能進行滑移?；凇逗Ｑ竽K鉆機滑移系統(tǒng)技術革新》成果，在滑動端基座板與限位軌道之間增加一層滑移墊板，滑移墊板以塑料合金墊板為佳（本技術用于臨時生產項目，為節(jié)約項目成本，采用不銹鋼板作為滑移墊板），目的是減少滑動端基座板的磨損，延長棧橋的使用壽命。

3 管線連接技術研究

移動式生產儲油平臺配置有油氣水處理系統(tǒng)，各系統(tǒng)通過硬管進行連接。當移動式生產儲油平臺靠泊至目標平臺后，需要通過管線連接兩個平臺的生產處理系統(tǒng)，常規(guī)的連接方式有硬管連接、軟管連接。硬管相較于軟管，重量大，施工慢，抗擾動能力差。采用軟管連接方式，重量輕，結構可靠，能彎曲一定角度;軟管兩端采用安全拉斷閥，能實現(xiàn)高流量、低壓力損失，軟管拉斷時自動關閉，有效預防軟管拉斷或拆卸時的流體泄漏。

4 控制系統(tǒng)

4.1 控制系統(tǒng)配置

移動式儲油平臺設置獨立的控制系統(tǒng)，且控制方案應保證人員和設施的安全，防止環(huán)境污染，在此前提下滿足開發(fā)和生產要求，方便油田的操作和管理，同時考慮安全可靠、經(jīng)濟實用、控制管理靈活方便等原則。儀控系統(tǒng)采用就地檢測、集中監(jiān)控的控制方式。控制系統(tǒng)在設計中應進行適當?shù)募?，使整體系統(tǒng)的構成和功能分配合理，以方便管理、減少投資。應急關斷系統(tǒng)的設計應遵循獨立設置、故障安全、選擇采用技術和中間環(huán)節(jié)最少的原則。

根據(jù)移動式生產儲油平臺的規(guī)模，設置三套控制系統(tǒng)，由過程控制系統(tǒng)（PCS）、應急關斷系統(tǒng)（ESD）和火氣探測系統(tǒng)（FGS）構成，能獨立完成平臺的過程控制、應急關斷和火氣探測功能。在移動式生產儲油平臺設置工程師及操作員站，實現(xiàn)平臺的監(jiān)控及控制功能。移動式生產儲油平臺的ESD關斷分為4級。

4.1.1 ESD-1為棄平臺關斷

該級關斷級別最高，只能由平臺總監(jiān)或總監(jiān)指定人員手動觸發(fā)。觸發(fā)后，平臺上部設備除應急支持系統(tǒng)延時關斷外，其余設備全部關停。

4.1.2 ESD-2為火氣關斷

該級關斷由平臺的火災或可燃氣體嚴重泄漏引起。它可由操作員觀察到火情后手動啟動，也可由火氣控制邏輯自動啟動。該級關斷除執(zhí)行本級關斷的特殊功能外，還將引起ESD-3、4級關斷。

4.1.3 ESD-3為生產/公用關斷

該級關斷由主電源、儀表風等公用系統(tǒng)故障或生產系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)故障引起，可手動或自動啟動。該級關斷除執(zhí)行本級關斷的特殊功能外，還將引起ESD-4級關斷。

4.1.4 ESD-4為單元關斷

該級關斷是由單個設備故障引起的關斷。該級關斷只關斷故障設備或單井，不影響其他設備的正常操作。ESD-4級關斷可手動和自動啟動。

移動式生產儲油平臺設置中央中控室，放置獨立的控制系統(tǒng)，用于平臺上的井口控制、生產過程控制、公用系統(tǒng)控制、應急關斷和火氣探測報警及控制等。控制系統(tǒng)包括過程控制系統(tǒng)（PCS）、應急關斷系統(tǒng)（ESD）和火氣探測系統(tǒng)（FGS）。通過系統(tǒng)集成手段，三套控制系統(tǒng)共享人機接口和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。控制系統(tǒng)的選擇和組合應符合開放的、規(guī)范的通信協(xié)議。PCS、ESD和FGS三套控制系統(tǒng)在控制層及其以下相互獨立，并配置專門的工程師、操作站和操作人員，對油田生產情況實時監(jiān)控。

4.1.5 控制系統(tǒng)硬件配置種類和數(shù)量

PCS、ESD、FGS各1套;互為備用的操作站，其中2臺兼做工程師站;1套ESD/FGS應急操控盤;2臺互為備用的打印機，用于生產報表及事件記錄打印;通信與網(wǎng)絡設備。

4.1.6 控制系統(tǒng)硬件配置要求

PCS系統(tǒng)應采用大型、工作可靠的控制系統(tǒng)。為確保系統(tǒng)可靠，PCS的CPU模塊、電源模塊、通訊模塊和數(shù)據(jù)通信總線等均采用1∶1冗余的配置。

為保證人員與設備的安全，ESD系統(tǒng)應采用滿足IEC61508相應安全等級的安全儀表系統(tǒng)（SIS），系統(tǒng)的安全完整性等級為SIL3。ESD的CPU、電源模塊、通信模塊、I/O模塊和數(shù)據(jù)通信總線都應采用1∶1冗余的配置。FGS應采用專用火氣探測控制系統(tǒng)或安全儀表系統(tǒng)作為主火氣探測控制系統(tǒng)，為確保系統(tǒng)可靠，F(xiàn)GS的CPU、電源模塊、通信模塊、I/O模塊和數(shù)據(jù)通信總線都應采用1∶1冗余的配置。

4.2 現(xiàn)場儀表

現(xiàn)場儀表是控制系統(tǒng)的重要組成部分，它們的選型將直接影響到整個控制系統(tǒng)的可靠性和靈敏度?，F(xiàn)場儀表選型應根據(jù)工藝要求，選擇適合于本油氣田所在區(qū)域環(huán)境條件，可經(jīng)受高含鹽、高濕度、霉菌環(huán)境影響的現(xiàn)場儀表，并滿足所在危險區(qū)域的要求。

現(xiàn)場儀表的安裝應滿足有關規(guī)范、技術規(guī)格書及制造廠商有關技術文件的要求，同時還應考慮操作、檢查維修的方便。

現(xiàn)場儀表及其附件應選用標準系列的產品，儀表的防爆等級和防護等級應滿足有關規(guī)范標準的要求，應具備權威機構所認可的證書。

4.3 控制系統(tǒng)連接

平臺控制系統(tǒng)間的信號傳輸可采用光纖傳輸以及硬線連接等方式。目前渤海在役平臺中控系統(tǒng)品牌繁多，由于各品牌中控系統(tǒng)通訊協(xié)議的差異，導致不同品牌控制系統(tǒng)間不能通過光纖進行直接通訊。可采用I/O鏡像模式進行信號的傳輸，即將控制系統(tǒng)的開關量信號通過硬線連接至I/O鏡像模塊，轉換為光信號后傳輸至目標平臺。此種連接方式可適用于遠距離信號傳輸，缺點是費用相對較高。在臨時生產儲運模式下，目標平臺中控與可移動式平臺中控的距離在150 m左右，因此采用硬線連接移動式生產平臺與目標平臺中控系統(tǒng)，用于傳輸控制系統(tǒng)間的關斷信號，能夠有效保證控制信號的穩(wěn)定傳輸，實現(xiàn)兩個平臺的連鎖控制，為臨時生產儲運提供安全保障。

5 安全儀表系統(tǒng)SIL分析

采用海上平臺臨時生產儲運控制技術解決目標平臺的臨時生產問題，當兩個平臺控制系統(tǒng)連接后，需要對平臺的安全儀表系統(tǒng)進行SIL分析，以保證安全儀表系統(tǒng)的完整性等級。①安全儀表功能研究。在對預期風險等級的可容忍性進行評估時，針對人員安全、財產、生產及環(huán)境建立風險可容忍標準，并得到業(yè)主及設計人員的認可。對由SIF保護的各項風險，均針對各類型結果設定一項目標可容忍頻率。SIL評估項目組根據(jù)中海石油（中國）有限公司天津分公司HSE體系文件中的事故分級標準。②安全儀表功能的SIL等級研究，按照IEC61511-3，利用保護層分析（LOPA）方法進行。LOPA方法允許確定SIF必須提供的風險降低適當?shù)燃?，以使風險在可容許范圍內，提供了對獨立保護層進行評估的特殊標準。

通過以上方法進行分析，海上平臺臨時生產儲運控制技術連接兩個平臺的控制系統(tǒng)，不涉及平臺生產流程控制的變更，不影響平臺已有安全儀表系統(tǒng)的完整性等級。

6 技術應用

海上平臺臨時生產儲運技術能夠在渤海油田進行推廣應用，尤其是涉及到海管更換、清罐作業(yè)，以及主要工藝設備需要停產檢修的平臺，采用臨時生產儲運技術能夠快速投產，達到穩(wěn)產、增產的目的。

應用案例一：渤海某平臺，平臺產液19 000 m3/d，

產油2 500 m3/d，產氣24萬m3/d，生產水處理能力10 000 m3/d。由于需要更換固定平臺至FPSO混輸海管需要3個月工期，按照原計劃平臺區(qū)域關停3個月。為降低海管更換作業(yè)的停產造成產量影響，采用移動式生產儲油平臺生產模式，移動式生產平臺靠泊至目標平臺，搭接臨時棧橋，采用軟管連接方案，調整工藝參數(shù)。在平臺臨時生產期間，平臺產液進入臨時生產儲油平臺流程進行油氣水處理，每天接收平臺產液（800 m3/d油、200 m3/d水、7 000 Sm3/d氣），臨時生產期間累計接油約70 000 m3，成功解決了平臺面臨的停產問題。在用作儲油平臺當中，為平臺提供了3 055 m3的有效艙容。在其他平臺的應用當中，同樣的取得了較好的應用效果，降低了穿梭郵輪的外輸頻次。

應用案例二：渤海某平臺現(xiàn)有原油儲罐（B/D/F）三個，其中B罐完成清洗并等待下步檢修，目前使用D和F，外輸頻率約1.5 d，受潮汐因素限制，S/B碼頭每天外輸一次，外輸油輪艉纜系在IMD系泊墩和S/L纜樁上。由于清罐及維修作業(yè)，平臺儲油能力受到限制，如遇惡劣天氣等無法進行外輸作業(yè)，平臺生產將受到限制，影響平臺產量。為達到穩(wěn)產增產目的，將移動式生產儲油平臺緊臨目標平臺就位，通過棧橋搭接、軟管連接，接收目標平臺處理后的原油儲存在移動式生產儲油平臺原油艙和生產污水艙（儲存原油）并外輸。移動式生產儲油平臺的總艙容為3 055 m3，有效艙容以85%計算為2 597 m3，將很大程度上提升目標平臺的儲油能力，成功解決了目標平臺由于儲油能力不足面臨的限產問題。

海上平臺臨時生產儲運技術已經(jīng)在渤海油田多個平臺進行了推廣應用，尤其是涉及到海管更換、清罐作業(yè)，以及主要工藝設備需要停產檢修的平臺，采用臨時生產儲運技術能夠快速投產，達到穩(wěn)產、增產的目的，積極響應國家增產的目標。

7 結束語

海上平臺臨時生產儲運控制技術采用的棧橋搭接技術具有施工塊、適應性強、可重復利用等優(yōu)勢。軟管快速連接技術，具有施工速度塊、對場地要求不高、可重復利用等優(yōu)勢，節(jié)省了大量的人力物力，積極響應公司的政策，實現(xiàn)降本增效、節(jié)能減排。目前渤海區(qū)域的平臺均可適用此生產技術，當有平臺提出臨時生產需求時，可以快速開展設計、施工，具有廣泛的推廣應用價值。

參考文獻

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