工藝流程系統性風險分析案例

朱曉明（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

工藝流程系統性風險分析案例

朱曉明（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

本文從現場實踐經驗出發，總結了幾種工藝流程系統性風險的分析方法，并給出簡易的定量分析模型，嘗試從工藝系統整體的角度來分析產生問題的關鍵性原因，并制定針對性的措施將系統運行風險降低。

系統風險分析，設備關鍵程度，關鍵節點，系統反應時間。

1 系統風險分析背景

1.1 系統風險分析的必要性

隨著運行工況的變化、用戶的增加或是輸送介質發生了改變，工藝流程需要經過多次改造。在這個過程中可能會慢慢積累比較明顯的運行風險，此時單一的故障就可能引起較大范圍的故障。因此定期進行系統風險分析顯得尤為重要。

1.2 系統風險分析的方法

總結現場經驗，系統風險分析的方法可以總結有壓力系統識別、設備關鍵程度分析、關鍵節點分析、關鍵邏輯梳理、安全部件分析等。

從現場系統運行的角度來看，設備的故障率（R）和設備故障后的緊急程度（E）對于系統有效運行的影響最大。通過采取有效的措施使參數E和R的等級降低，可以使設備關鍵程度降低。

系統風險消除的方法有工藝流程優化改造、邏輯修改、控制時間優化、介質流向控制（如利用單流閥）、最優處理量設計（如核算最優管徑）等。

2 系統風險分析案例

2.1 W平臺天然氣系統概況

圖2 -1W平臺天然氣系統流程示意圖

W平臺天然氣系統接收本平臺和其它平臺的伴生氣，通過壓縮機壓縮后供給本平臺透平發電機、注氣系統、氣舉系統使用，同時外輸到終端和鄰近的平臺A/C/D。

該平臺天然氣系統存在多個壓力等級（上圖中已標出）。從上圖可以看出，與各個天然氣用戶聯系最多的為29公斤（2.9Mpa）壓力系統。

2.2 故障發生情況

某日W平臺天然氣壓縮機發生一次關停。起因為臨近的A平臺的天然氣壓縮機系統突然停機，A平臺的透平發電機用氣完全轉到了相鄰的W平臺天然氣系統。隨之W平臺天然氣系統發生壓力低報警，三分鐘后低報得不到緩解，該平臺壓縮機系統出口壓力低低（2100KPa）關停，16s后注氣壓縮機關停。A平臺透平進口燃料氣壓力低低轉油。

該案例中單個設備的故障導致了整個天然氣系統均有波動直至部分停機，所以初步判斷該系統存在比較明顯的系統風險。

2.3 關鍵節點分析

針對29公斤壓力系統（圖2-1），重點識別該系統中的各個節點，可以看出3號節點為關鍵節點，該處節點前后可能影響到的單元數達到了8個（下表）。

表2 -1天然氣系統節點處設備單元數量

2.4 設備關鍵程度分析

依次評估天然氣系統中各設備的故障率（R）和停機后緊急程度（E）如下：

表2 -2W平臺天然氣系統設備關鍵程度評估

將上表中各設備的評估結果建立設備關鍵程度矩陣如下，可以看出位于最右上方的設備1和設備3為關鍵程度最高的設備。

圖2 -2 W平臺天然氣系統設備關鍵程度矩陣

2.5 系統反應時間分析

傳感檢測以及電纜傳導的時間一般為毫秒級可以忽略不計，因此改造優化的對象為壓力在管線中傳導的時間和現場閥門實際動作的時間。

查看故障記錄，同一時間內一級分離器的壓力（2725Kpa）與天然氣壓縮機出口壓力（2100Kpa）有明顯的差距，因此壓力傳導時間可能因為某些原因導致偏長。天然氣壓縮機停機后，注氣壓縮機的供氣沒有盡快完成切斷，高壓天然氣壓力進一步降低。因此需要提高閥門的動作時間或者修改控制邏輯實現提前動作。

2.6 系統風險優化方案

(1)提高上游穩定性

通過流程改造增加高壓氣供給來源，確保在壓縮機關停狀況下透平用氣安全。

(2)改善下游用戶的相互影響

在3號關鍵節點處增加緩沖罐，起到應急放空和壓力緩沖的作用。

(3)修改邏輯保障關鍵設備

A平臺和W平臺的透平發電機的重要性都比較高，可以通過修改邏輯在應急情況下關停注氣系統，保障發電機供氣。

(3)縮短系統反應時間

增加緩沖罐或者將管線截彎取直可以使壓力信號控制更加直接，縮短系統反應時間。加強閥門的維保和邏輯梳理，也可以起到縮短系統反應時間的效果。

(4)降低設備關鍵程度

a加強發電機共享電網管控；提高轉油及柴油啟動的成功率。

b增加壓縮機并聯運行數量提高系統可靠性。

c流程隔離。將透平燃料氣系統和其它用戶隔離，使3號關鍵節點的重要程度大幅降低。

2.7 運行效果評價

通過以上優化措施，系統整體運行壓力穩定性得到大幅提高，未再出現透平轉油或掉電事件。但系統仍然存在改進空間：

a當天然氣壓縮機停機信號故障，則無法完成注氣系統連鎖停機。若增加故障停機條件判斷，邏輯會更加復雜。在高壓天然氣系統設置壓力開關來控制注氣壓縮機提前停機，可以基本消除停機延遲時間。

b忽視了外輸天然氣的保障，氣量波動大時可能會造成下游裝置停產。

3 結語

系統風險分析的重點是通過定性和定量分析的辦法找出關鍵節點和重點設備。降低系統風險的首要目標是采取措施使節點和設備的關鍵程度降低。同時也要避免非關鍵因素升級為關鍵因素。系統改造之后還要重新做一次評估，并重新制定應急預案。

[1]W平臺PID圖冊，2015年版.

[2]W平臺設備維修臺賬，2016年版.

[3]W平臺和A平臺某日故障報警記錄.