關鍵關斷信號邏輯處理在油田中的應用

代齊加，肖宇，孫堯堯

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津300459）

某油田負責處理和外輸上游7個油田、17座采油平臺的產出原油，日外輸原油超過1.6×104m3，是整個生產區域外輸樞紐［1- 2］。緊急停車系統（ESD）是油田安全穩定生產的重要保障，但受現場環境、設備穩定性等因素的影響，其誤動作不可避免。一旦關鍵關斷信號出現誤報警，將導致不同程度的油田群停產，引發較大的產量損失和溢油風險。因此，該油田關鍵關斷信號的穩定性在油田安全生產過程中至關重要。

1 緊急停車系統

ESD是一種專用的安全保護系統［3-4］。由于海上油氣田設備、人員高度集中，且燃氣泄漏及火災風險較高，通常都設置專門的ESD。ESD作為儀表控制系統的一部分，用于實時監控海上油氣田的生產全過程，一旦出現非正常工況，第一時間進行報警并經過系統自動控制，將不安全因素控制在最小的范圍內，保障海上油氣田的生產安全及人員、設施的安全。該油田ESD可劃分為以下4個等級：

1）一級關斷。一級關斷是棄平臺關斷，主要考慮海上重大自然災害以及無法控制的火災或爆炸，需要人員立即撤離，將關斷所有生產油井、裝置設備、外輸管線以及電力系統。

2）二級關斷。二級關斷是火災或者天然氣泄漏關斷，將關斷整個生產系統及其附屬設備，避免火情或者天然氣泄漏的進一步擴大。

3）三級關斷。三級關斷是生產關斷，主要考慮關鍵設備超高液位、超高壓力等因素，關停生產設備，避免更大的安全風險。

4）四級關斷。四級關斷是單元關斷，考慮單井或單臺設備出現風險，且其風險評估可控時，為不影響整體生產，可將單個井組或部分生產裝置關斷，而不影響其他井組及生產設備的正常運行。

2 “三取二”邏輯原理

“三取二”邏輯，是指在控制程序中配置功能完全相同且獨立的3個模塊輸出信號到同一個表決模塊上，每個模塊分別對輸入信號進行處理計算，計算結果通過表決模塊進行比較，若有2個達到要求，則觸發相應表決［5］。系統實時檢測3個模塊的狀態，當系統中任意1個或2個模塊故障時，通過表決模塊計算系統自動從“三取二”方式切換至“二取一”、“一取一”方式。如果3個模塊中有1個誤動，另外2個處于正常狀態，經過“三取二”邏輯模塊后仍然不能輸出關斷信號；如果3個模塊中有1個應該動作卻沒有動作，只要另外2個正常而且動作，經過“三取二”邏輯模塊后仍然能正常輸出關斷信號。該技術很大程度上避免了關斷信號誤動作，有效地提高了系統的穩定性和安全性［6- 7］。

3 實際應用

為減少檢測儀表因關斷信號異常導致的生產關斷，選取生產流程中易發生故障且影響較大的部分三級關斷信號和四級關斷信號共計15個，進行“三取二”邏輯技術改造。以原油緩沖罐為例，在設備上的2個浮筒式液位計上下法蘭處增加三通，并入新增的用于ESD的差壓式液位變送器。該設備的液位高高、低低均有3個檢測信號，當3個檢測信號中有1個或2個故障時，不影響設備的安全運行，邏輯表決自動從“三取二”方式切換至“二取一”或“一取一”模式。當僅有1個信號誤動作，在“三取二”模式下，僅觸發中控報警顯示，并不會觸發相應關斷結果，當有2個及2個以上信號達到報警值時，經投票確認觸發相應關斷。某油田原油緩沖罐液位監測系統改造前后關斷邏輯關系見表1所列。

表1 某油田原油緩沖罐液位監測系統改造前后關斷邏輯關系

4 結束語

該油田首次將多個模塊結果輸入到同一個表決模塊，通過“三取二”邏輯表決，將該技術大規模應用于ESD，大幅降低了關斷信號誤動作的可能性，適應海上相對惡劣的自然環境，系統可靠性和安全性得到提升。該技術改造措施相對簡單，有效解決了信號誤動作的難題，有一定的推廣價值。