高完整性壓力保護系統調試技術的研究

陳加鑫，鹿棟梁，李曉升

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

高完整性壓力保護系統（HIPPS）主要用于防止因高壓燃氣、原油外輸管線超壓導致下游工藝、生產設備損壞情況的發生，該系統主要由壓力變送器，控制器和HIPPS閥門組成。壓力變送器檢測管道壓力，如果超過了壓力的聯鎖設定值，控制器發出信號，使HIPPS閥門在2 s以內由全開狀態變為關斷狀態，以保護管道的安全。整個安全儀表控制系統符合SIL3等級[1]。目前高完整性壓力保護系統主要應用于化工、海洋油氣田等高壓生產設施，荔灣3-1氣田開發項目及番禺34-1氣田開發項目是首次采用這套系統的南海深水天然氣平臺，為平臺的超壓報警、安全關斷提供可靠保障。

1 系統組成及原理

番禺34-1氣田開發項目所采用的系統基本參數為：

（1）盤柜數目為1，盤柜型號為Rittal TS8808，工作電壓為220 VAC/50 H；

（2）壓力變送器型號為EJX530 A，廠家為YOKOGAWA；

（3）邏輯解碼器型號為HIMA Planar4，工作電壓為24 VDC。

通過操作面板，操作人員可以監視變送器，控制器和HIPPS閥的運行狀態及變送器和控制器的自檢測狀態，三閥組的運行和維護的狀態。同時也可進行HIPPS閥門的手動緊急關斷操作，以及選擇維護旁路和進行HIPPS閥門部分行程測試，操作面板如圖1所示。

該系統通過RS485RTU通訊形式，把各種報警和控制器的動作信息傳輸給PCS系統。參考HIPPS系統的數據表和P&ID圖紙，可知PY34-1項目SDV-B閥門下游管道設計壓力為13.2 MPa，最大操作壓力11.9 MPa，HIPPS閥門聯鎖設定值是12.90 MPa（最大操作壓力的1.08倍）壓力變送器檢測到管道壓力超過高高壓力設定值時，控制器按照預先設置的2OO3聯鎖邏輯發出關斷信號，控制SDV-A閥和SDV-B閥2 s內快速關斷，使下游管道與上游高壓介質快速隔離，起到保護下游低壓管線和設備的作用[2]。

圖1 操作面板

2 HIPPS系統調試程序

2.1 系統上電

（1）確認220 V ACi 10%/50 Hzi 5%電源的接線正確和電壓在系統允許范圍內；

（2）閉合空氣開，關確認電源指示燈正常；

（3）依次閉合相應面板上面的ETA空開；

（4）當系統剛剛接通24 V電源時，HIPPS系統的狀態為：3個MANIFOLD POSITION指示燈亮意味著3個安裝在ASTAVA Manifold的壓力變送器在運行狀態，SDV-A和SDV-B閥的CLOSE指示燈亮意味著HIPPS閥門處于關斷狀態。

模擬量輸入卡件62100需要40 s左右的時間才能完成初始化，同時面板上的3個PT HH ALARM、2003 HH TRIP和MODULE FAULT指示燈會亮起，如圖2所示。

圖2 系統狀態指示

2.2 系統正常運行狀態

系統將在上電約40 s后轉為正常運行狀態。

2.3 HIPPS閥關閉和打開指示測試

（1）打開HIPPS閥，指示燈“FULL OPEN/FULL CLOSE”為綠色；

（2）關閉HIPPS閥，指示燈“FULL OPEN/FULL CLOSE”為紅色。

2.4 部分行程測試

（1）每個閥門在控制面板上都有一個部分行程測試的開關，此開關會發送一個干接點信號給數字閥門控制器DVC6010SIS用于定期進行部分行程測試。部分行程測試的開關是彈簧復位型帶鑰匙鎖定的開關[3]。如圖3所示。

圖3 閥門操作面板

（2）部分行程測試開關打到ON狀態超過3 s（但要少于10 s），然后再將開關打回OFF狀態，這時閥門的部分行程測試就被觸發，閥門動作到預訂的開度后再返回到最初的開度。預設開度的默認值為初始開度的10%，但是也可以根據裝置的安全指導方針最高設定到初始開度的30%。

（3）當閥門進行部分行程測試時，部分行程的信號及對其的分析結果將會顯示在AMS Server上的AMS Valve Link HMI中。

（4）當部分行程測試開關處于OFF狀態時，部分行程測試未被觸發，閥門處于正常工作狀態[4]。

2.5 系統冗余特性測試

系統冗余特性測試包括電源的冗余測試與通訊卡件的冗余測試。

2.6 系統回路與邏輯測試

2.6.1 數字量輸入

（1）確認回路機械完工完成。

（2）確認現場儀表信號狀態（常開、常閉）與設計要求一致。

（3）在回路的現場終端輸入信號，進行以下測試：確認現場儀表參數、控制系統參數與I/O清單一致；確認控制系統顯示與現場狀態一致；確認控制系統報警、復位功能正常。

（4）記錄測試結果。

2.6.2模擬量輸入

（1）確認回路機械完工完成。

（2）在回路的現場終端輸入信號，進行以下測試：確認現場儀表參數、控制系統參數與I/O清單一致；確認儀表正反行程與中控顯示一致；確認中控報警、復位功能正常；記錄測試結果。

2.6.3 數字量輸出

（1）確認回路機械完工完成。

（2）確認該回路在控制系統中手/自動切換功能正常。

（3）確認執行機構動作方式（氣開、氣關等）與設計要求一致。

（4）在控制系統中強制輸出開關信號，進行以下測試：確認現場儀表參數、控制系統參數與I/O清單一致；確認執行機構的動作與輸出信號一致，響應時間符合設計要求。

（5）記錄測試結果。

2.7 邏輯測試

（1）增加模擬輸入量超過高高報警值，測試2003觸發報警，并確認報警指示燈的狀態。

（2）按下ESD緊急關斷按鈕，SOV的4個指示燈將顯示OFF[5]。

3 變送器維護

變送器操作面板如圖4所示。操作人員進行變送器的維護或更換時，需要進行如下相應的旁路操作。

（1）確認現場要維護或更換的變送器的工作已經得到相關部門的批準。

（2）變送器的維護工作應該有2人共同協作完成，一人在就地操作，一人在機柜室監控控制盤操作[6]。

（3）在操作面板上首先把維護旁路允許開關扳到允許的位置，然后把維護旁路選擇開關扳到相應需要維護或更換的變送器位置（比如維護PT-A）。此時MANIFOLD/MODISC ALARM指示燈亮。

（4）通知就地維護人員將三閥組裝置內旁路專用開關扳到了變送器PT-A的ISOLATE位置，將六角扳手順時針旋轉4 360°，此時控制盤監控人員注意到MANIFOLD/MODISC ALARM指示燈熄滅，MAINTENANCE PERMIT指示燈亮。

（5）控制盤監控人員通知就地維護人員變送器PT-A可以進行維護，就地維護人員將三閥組裝置內旁路專用開關扳到了變送器PT-A的VENT位置，將六角扳手逆時針旋轉4 360°來釋放管道內壓力[7]。

（6）確認放空管道排凈，將六角扳手順時針旋轉4×360°來關閉放空閥。

（7）維護現場變送器。

（8）維護完成后，將三閥組裝置內旁路專用開關扳到了變送器PT-A的ISOLATE位置，將六角扳手逆時針旋轉4 360°來打開隔離閥。此時此時控制盤監控人員注意到MANIFOLD/MO DISC ALARM指示燈亮，MAINTENANCE PERMIT指示燈熄滅[4]。

（9）將三閥組裝置內旁路專用開關扳到中間位置。

（10）上述步驟完成后，控制盤監控人員在操作面板上把維護旁路選擇開關和允許開關扳到禁止的位置，此時控制盤監控人員注意到MANIFOLD/MO DISC ALARM指示燈熄滅。

（11）維護結束。

圖4 變送器操作面板

4 HIPPS系統維護

4.1 更換開關或按鈕

（1）去除開關或按鈕上的接線；（2）打開開關或按鈕上的前蓋；（3）松開開關或按鈕前面的緊固件；（4）更換開關或按鈕；（5）將開關或按鈕固定好，并將其接線恢復原樣。

4.2 LED更換

（1）從背面拔出LED燈的扁銷；（2）松開LED燈的緊固件；（3）更換LED；（4）固定LED，重新連接燈的扁銷。

4.3 更換卡件

（1）松開卡件前端的固定螺絲；（2）將卡件取出；（3）插入新的卡件；（4）固定卡件。

4.4 卡件故障復位

（1）觸發卡件故障的信息消除后，除62100外的所有的卡件故障都可以通過卡件80105的復位按鈕來消除[8]；（2）模擬量輸入卡件62100故障恢復。錯誤代碼將會顯示在卡件62100的LCD屏上，如圖5所示。

圖5 卡件錯誤顯示

5 結束語

本文以深水天然氣項目番禺34-1為依托，首次獨立完成對HIPPS系統的調試工作，梳理出具體的調試流程及方法，對調試過程中出現的問題及解決方法進行了總結，并對系統內部重要設備的維護保養歸納出切實可行的方法，為后續深水項目HIPPS系統的調試工作提供一定的參考。