基于DeltaVSIS组态实现南堡3人工岛紧急关断系统陈小辉杨辉.DOCVIP

基于DeltaV SIS组态实现南堡1-3人工岛紧急关断系统 陈小辉 杨辉 王法永 董常家 刘鑫 冀东油田南堡作业区 摘要:冀东油田南堡1-3人工岛采用气举方式进行采油，由于其工作环境恶劣，必须确保平台处于危险情况时，系统可以立即检测出来，并作出相应的响应，以保证人员及设备的安全。故设计了紧急关断系统（ESD），本文对其典型的关断功能进行分析，利用DeltaV SIS的高级功能块组态实现其功能。高级功能块的组态利用，节省了组态的复杂性且提高了其组态的正确性。在运行的过程中，管理人员必须认识清楚旁路、工程师站及操作站等概念，以避免误操作引起的生产关断而造成的不必要的损失。 关键字：紧急关断系统；DeltaV SIS；气举采油；高级功能块 0 引言 由于海上采油平台工作环境恶劣，为了实现高效生产的同时，确保平台操作人员、设备的安全及海洋环境的保护，人们设计了相关的安全关断系统。过去安全关断系统都是采用由继电器线路构成逻辑控制实现的，由于继电器系统存在可靠性不高、系统过于庞大复杂、无自诊断功能等缺点，于是近年来推出了一种以可编程电子器件为核心的安全仪表系统 [1]。安全仪表系统（Safety Instrumented Systems缩写为SIS），由传感器、逻辑控制器及终端元件组成，其目的是出现重大危险时，将生产过程中的设备、设施立即切断，使其处于安全状态[2]。依据IEC61508及IEC61511对SIS的定义，海洋石油平台SIS系统主要由紧急关断系统（ESD）和火气探测系统（FGS）两个子功能系统组成[3]。 DeltaV控制系统是艾默生过程控制有限公司于1996年推出的一种新型的全数字化的、规模可变的控制系统。DeltaV SIS是艾默生推出经TüV认证的新型整体回路的智能安全仪表系统，它以智能工厂管控技术为基础，设计了新的中央逻辑单元。DeltaV SIS与DeltaV DCS（分布式控制系统）是分离但集成的，在日常安全运行状态时，SIS处于静态，无需人工干预，当有风险触发时，SIS权限高于DCS触发关断[4]。本文利用DeltaV SIS系统提供的高级功能块，设计并组态相应的功能模块，实现了冀东油田南堡1-3人工岛气举采油ESD系统工艺要求的关断逻辑功能。 1 关断工艺模型的建立 1.1 生产工艺简介 南堡作业区1-3人工岛位于渤海湾西北部冀东油田南堡1号构造1-5区，人工岛体于2008年5月开始施工，2008年11月完工，吹填沙量248×104m3，岛长495m，宽298m 1-3人工岛距离1-1人工岛6.7km，距离1-5导管架平台0.8km，周围海域水深6m左右，全岛呈近似椭圆形布置，整体采用气举方式采油生产，2014年底该岛共有117口油井，46口注水井。其主要生产工艺为：接收1-5平台Φ219混输管线的来液，与人工岛生产的油气进入计量系统，计量后的油气水进入气液分离器，分离的大部分天然气进入天然气压缩机，增压后的天然气注入油井举升生产。多余的天然气与分离器分离的产液混合，进入加热炉进行加热，经外输管汇，进入Φ406混输管线输送到1 1.2 关断逻辑功能的设计 基于海上石油生产特点，结合1-3人工岛生产工艺，依据危险和可操作性研究（HAZOP）和仪表保护功能研究(IPF study)评估[3]，该岛紧急关断逻辑功能划分为4个等级。一级关断是弃岛关断，主要考虑海上重大自然灾害以及突发性的井喷事故，需要人员立即撤离，该级别权限最大，将关断生产系统所有生产油井、装置设备、外输管线以及电力系统；二级关断是火灾关断，考虑火情的发生，最大限度地保护生产现场设备资产，将关断整个生产系统及附属的设备；三级关断是生产关断，主要考虑海底管线出现压力异常，海洋环境造成污染，将关断外输管汇及生产系统。四级关断是单元关断，考虑单井或单台设备出现风险，且其风险评估可控时，为不影响整体生产，可将单个井组或部分生产装置关断，而不影响其他井组及生产设备的正常运行，例如单台压缩机远程关断、单个配气撬的关断。 1.3 典型关断模型 整个紧急关断系统十分庞大，为不失一般性，选取典型的二级关断和三级关断（如表1）分析其具体逻辑关断功能，并以此为例组态实现关断功能。 1.3.1 ESD2火灾按钮关断。 当生产区域出现火情时，可立即按下附近的火灾按钮，或按下紧急关断按钮操作盘上的按钮，系统将发出全岛各区域点的火灾声光报警，关断外输管汇，同时压缩机、加热炉设备等停车，各生产井组关断。 1.3.2 ESD3海管泄漏关断。 当海管外输压力低于0.5MPa时，完全不属于正常生产压力时，为排除仪表故障，采用冗余判断，即两个仪表压力同时低于正常外输压力值，触发关断逻辑，系统将立即发出海管泄漏的声光报警，关断外输管汇，同时关断人工岛所有生产设备及井组。另外