海洋石油平臺自控儀表系統的安全設計

王健

摘要：隨著我國社會經濟的發展，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境當中，對自控儀表系統的安全系數提出了更高的要求?；诖?，本文就海洋石油平臺自控儀表系統的安全設計進行分析與研究。

關鍵詞：海洋石油平臺；自控儀表；安全設計

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

引言：

海洋石油動力平臺電力系統作為平臺的核心，其好壞對平臺能否工作起著至關重要的作用。為了提高海洋石油生產過程的安全性，關鍵裝置上大都安裝了安全儀表系統。在安全儀表系統的設計中，要求遵照IEC61508、IEC61511及AN-SI/ISAS84．01等國際安全標準，對工藝裝置、工藝過程進行故障分析，采用風險評估確定所需的安全儀表功能的安全完整性等級，這樣設計的安全儀表系統才能使安全儀表功能滿足處理相應的事故。

一、我國海洋石油平臺工業技術現狀

我國海洋石油工業經歷了50多年的發展歷程，實現了突破性的發展，尤其是在1982年中國海洋石油總公司成立之后，我國海洋石油工業從合作開發走向了自主研發，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200m以內海上油氣田的技術能力。

目前，我國海洋石油總公司已擁有了強大裝備的大型海上起重鋪管船，其中有3艘鉆井裝備作業達到水深300m以下，最大鉆探水深可達500多米；大型的起重鋪管設備的起重能力達到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建造速度和建造質量逐漸達到國際先進水平。

二、我國海洋石油裝備的發展差距

近些年，我國在海洋石油平臺方面取得了長足的進步和發展，但就我國海洋石油鉆采裝備技術的發展而言，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化程度較低

與國際發達水平相比，我國海洋石油平臺的裝備專業化程度較低，尤其是集團化、國際化的程序較差，大多數企業在技術投入上較少，自我創新意識不強。尤其是在常規陸地鉆采、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備產品的研發方面，技術和經驗能力不足，導致我國海洋石油開采技術水平相對較低。

（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鉆機上的柴油機、變頻器以及機械化工具等，基本上是從國外進口；在海洋鉆井控制系統方面所使用的鉆桿、隔水管、海洋水下設備的自動輸送、安裝等設備，在國外以及具備了良好的使用，而在我國國內則處理研究階段。

（三）海洋石油平臺裝備的機構較少，投入不夠

目前，我國還沒有具備十分專業的分布面廣、系統研究性較全面、綜合能力強的海洋石油裝備研究機構，在石油鉆采裝備及鉆井工藝方在裝備技術投入方面，關鍵試驗設施、設備及軟件技術相對缺乏；從事專業研究的技術人員較少，科研投入不足；我國企業和油田的抗風險能力較差。

二、海洋石油平臺自控儀表系統的安全設計

（一）電纜通道設計

電纜通道應該選擇在距離平臺熱源和油管線比較遠的位置，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，并采取措施進行防護，譬如電力電纜、通信電纜、自控電纜，需要以分層敷設的形式，將高壓電力和低壓電力嚴格分開。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，保護好穿過艙壁的電纜。

（二）設備位置布置

電氣設備的布置位置，有室內布置和室外布置兩種類型，前者主要布置在配電室、主控室內，同時也是電氣設備位置布置的重點。其中配電室的電氣設備，主要有盤柜和電箱兩種，均需要按照設計標準規范要求，所選擇的位置便于設備的操作和維修，并且在電氣設備的上方，不能夠穿越油管、水管和蒸汽管等，因為這些管線一旦泄露，將對設備產生極大的威脅。除此之外，設計時候還應該劃分出危險區域，在這些區域布置電氣設備，要求達到一定的防爆等級，并采用防爆撓形管等進行保護。

（三）電纜敷設

電纜的敷設，其走向控制室設計重點，并在敷設的同時，安裝導線板、電纜框和電纜橋架等，按照設計圖紙的要求，控制好電纜及其他設備的規格和型號等。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、導線板、電纜框等。

（四）自拉儀表系統的設計

海洋石油平臺自控儀表系統接地設計的原則及注意事項可總結為以下幾點:

1.對于海洋石油平臺自控儀表系統工作接地設計，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，以避免形成海洋石油平臺自控儀表系統地電位差，給海洋石油平臺自控儀表系統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多點接地，在海洋石油平臺自控儀表系統中則應當用導線將多個接地點連接起來，以消除地電位差。

2.海洋石油平臺自控儀表系統接地系統設計中，海洋石油平臺自控儀表系統不同的接地子系統應遵循相互獨立的原則，即在海洋石油平臺自控儀表系接地總干線之前不應混接，對于海洋石油平臺自控儀表系統單獨設置接地體的接地系統，宜分別接到不同的海洋石油平臺自控儀表系統接地體(接地電極)上。

3.海洋石油平臺自控儀表系統接地電阻是接地系統中的一個非常重要的數，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接地導線的截面積、導線的連接方式接地連接點的選擇也要進行嚴格設計。

4.于鋼質結構平臺，海洋石油平臺自控儀表系統的保護接地工作接地均可直接連接在海洋石油平臺上，但兩點不得連在一起。

5.纜托架宜16m做一個接地，屏蔽電纜的屏蔽層必須接地。

6.地線宜選用多股銅線，對于海洋石油平臺自控儀表系統的接地，應采用獨立的接地極。

7.保護接地應牢固、可靠、可通過接地干線連接到電氣接地網上，也可以直接與鋼結構連接；一般來講，使用DC24V為電源的現場儀表、變送器等無特殊要求的可不作保護接地。

8.海洋石油平臺自控儀表系統現場接地絕不能利用儲存、輸送可燃性介質的金屬設備、管道以及與之相連的金屬構件接地。

9.在海洋石油平臺自控儀表系統接地系統設計中，不同的海洋石油平臺自控儀表系統接地子系統應當遵循相互獨立的原則，即在海洋石油平臺自控儀表系統接地總干線之前不應當混接，對于單獨設置海洋石油平臺自控儀表系統接地體的接地系統，宜分別接到不同的接地體(接地電極)上。

（五）防爆防護設計

根據爆炸形成的原理，當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，雖然理論上不會產生爆炸，也不會形成燃燒，但是，若再混進一些氣體，則極易形成爆炸性混合氣體。所以當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、防護設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、隔離空氣而達到防爆防護的目的，從而提高平物、隔離空氣而達到防爆防護的目的，從而提高平臺整體的安全性。

海洋石油平臺自控儀表系統可根據石油平臺火災危險區的等級和范圍、危險區內氣體的級別和組別及有關的安全數據進行選擇，除了選擇適當的海洋石油平臺自控儀表系統防爆型式之外，還要選擇適當的結構防護型式，以適應環境的要求。若危險區具有多種爆炸性混合物時，則應當根據最易引燃的物質進行選擇。

（六）其他建議措施

整個海洋石油平臺按照圖紙嚴格設計，除了以上的設計建議，以下幾方面的安全措施，需要作為設計工作的輔助補充。一方面是安全設計理念的加強，海洋石油平臺電氣設備設計的專業性，要求在設計的同時，提高設備的安全性能。設計人員應該在參詳設備設計標準的基礎上，融入安全設計理念，并根據海洋石油平臺對電氣設備的性能需求，對電氣設備的安全標準進行適當調整。另一方面是安全設計能力的提高，隨著海洋石油平臺電氣設備功能的增加，設計人員需要在兼顧功能實現的基礎上，不斷研究開發出新的安全保護措施，從側面要求設計人員要進一步提高設備安全設計的能力。

三、結束語

海洋石油平臺的安全儀表系統，作為海上平臺生產的最重要的保護屏障，它的可靠性與安全性直接關系著海上的安全生產與運行。正確遵循標準對設計好的安全儀表系統進行評估計算，對不滿足要求的系統及時進行改進，可以有效地保障人員和生產設備的安全，保證海洋石油平臺生產的安全穩定運行。

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