延長海上平臺使用年限的儀控方案研究

陳敘伸

[摘? ? 要]海上平臺部分建造較早，連續運行時間已經接近設計年限，甚至超出設計年限。現場部分儀控設備，雖能持續使用，但是仍存在安全隱患，部分設備存在老化腐蝕、功能下降等情況，儀控設計及火氣探測設備布置與現行要求有一定差別。為了徹底解決現場問題，延長平臺使用年限，結合現場實際情況，對海洋平臺儀控方案進行研究。

[關鍵詞]海洋平臺;延長年限;儀控設備

[中圖分類號]TE985;TQ637 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–00–03

Research on Instrument and Control Scheme for

Prolonging Service Life of Offshore Platform

Chen Xu-shen

[Abstract]Some offshore platforms were built earlier， and the continuous operation time has been close to or even beyond the design life. Although some on-site I & C equipment can be used continuously， there are still potential safety hazards. Some equipment have aging， corrosion and function degradation. There are some differences between the I & C design and the layout of fire and gas detection equipment and the current requirements. In order to completely solve the on-site problems and prolong the service life of the platform， the I & C scheme of the offshore platform is studied in combination with the actual situation of the site.

[Keywords]offshore platform; extension of service life; I & C equipment

目前海上平臺部分投產較早，屬于老齡平臺，已經接近甚至超出了設計使用年限。但是根據油藏預測，部分老齡平臺在超期服役階段仍具備較為可觀的產量及經濟性。為保證平臺在超期服役階段的安全與穩產，需要解決現有設備設施存在的各類隱患。例如平臺原始設計與產能開發后的產量無法匹配，限制了生產產能的釋放。由于設計過程中通常會留有較大的安全裕度，且使用期間也不斷進行維修、改造和更換，因此相關設備和設施在設計壽命到期時仍然具有安全運行潛力。根據相關規范要求，針對已經達到設計年限的平臺地面重點設備設施開展評估及方案研究，在了解平臺動設備、靜設備、儀控設備、電氣設備、安全消防救生及輔助設施的現有情況下，對平臺相關設備的延長使用年限提出可行性建議，使得在今后的維護、保養工作中，能更加高效地集中人力、物力和財力解決影響安全生產的突出問題，確保平臺的安全運行。部分儀控設備設施及控制系統存在老化腐蝕、功能下降等情況，儀控設計及火氣探測設備布置與現行要求有一定的差別，需要結合平臺產能和生產現狀統籌考慮，對平臺老舊儀控設備設施開展升級更新方案研究。

1 數據收集與評估

為了更好地對儀控方案進行設計，需從數據庫以及平臺對數據和資料進行收集和整理。數據的可靠性對之后方案的分析，都有著至關重要的作用。收集資料至少應包括：設備位置、設備分類、設備運轉情況、環境因素、設備結構參數、設備技術特性參數等數據;故障時間、故障模式、故障影響、故障原因、故障部位、故障檢測方法等數據;維修時間、維修工機具等維修數據;設備運行數據、平臺運行數據;工藝流程圖;設備現場照片。并與操作人員溝通后進一步現場檢查，確保調研數據的準確性。延長使用年限方案流程如圖1所示。

針對儀控設備，其技術評估需要通過分析其所在功能回路，通過軟件計算出其回路的安全等級。安全定級的目的是根據人員傷害、財產損失、環境損失的風險，來確定儀控設備所在回路所需要的安全等級，評估回路中的關鍵點。再根據分析結果，對關鍵回路中的設備、備件的實際狀態進行現場檢查，包括儀表的安裝和維護情況、腐蝕情況、定期校驗維修記錄等項目，最終形成儀表設備的評估結論。

2 儀控設備現狀

通過對平臺儀控設備的資料收集，結合資料對現場進行調研、檢查，歸納總結出平臺儀控設備的主要特點。在平臺生產區域，由于平臺投產較早，部分設備的使用年限較長，且受到產量等要求，平臺持續生產時間較長，儀控設備檢測維護雖滿足規范要求，但是部分設備仍需進一步關注，且受海洋潮濕、鹽霧等環境條件的影響，儀控設備、連接電纜線路腐蝕、老化較為嚴重，設備可靠性受到影響而降低，但其功能基本正常，能夠滿足規范要求，目前主要有以下老化特點：傳感器、探測器等信號采集設備，其功能基本能夠滿足現場要求，故障率較低，其中火氣探測器定期進行檢測和維護，但由于長期處于潮濕、鹽霧的海洋環境中，外部結構銹蝕比較嚴重，密封介質易發生龜裂老化，易造成探測器內部元件發生變化，影響測量精度;現場接線箱、接線盒等銹蝕比較嚴重，部分接線箱、接線盒已無法打開，其內部檢測維護較為困難，電纜接口老化腐蝕比較嚴重，局部區域出現龜裂，易產生電纜線路接觸不良、信號薄弱、信號異常等現象;平臺控制系統是在平臺建設之初設計投產的，限于當時的技術水平和各種條件的制約，及后期生產過程中工藝變更等的影響，雖在運行過程中定期進行檢測和維護，但系統運行性能存在不穩定現象，曾出現過冗余系統故障、上位機死機、中控邏輯控制與現場實際情況不匹配、軟件系統故障等故障，控制系統擴容困難，影響生產設施調整產能的需求，后期增補的軟件系統通常缺少防護，影響了平臺延長使用期的安全經濟性;閥門等控制設備中，安全閥定期年檢，并進行檢修和維護，其功能性通常能夠滿足要求，但其外部結構通常存在銹蝕現象，關斷閥、調節閥、控制閥等現場執行器通常由于處于生產流程過程中，受生產運行的影響，外觀及結構銹蝕較安全閥嚴重，存在密封作用不嚴、開關或調節控制不靈敏的現象。

3 信號采集設備改造方案

本次研究中，信號采集設備主要是指壓力變送器、溫度變送器、液位計、火氣探頭等現場設備。以現役某海洋平臺為例，目前壓力變送器的精度要求為0.5，實際輸出值與理論輸出值之間允許偏差值為0.08。在對現場壓力變送器進行測量比對后，部分儀表的偏差值已經超過此數據。以上述海洋平臺某壓力變送器為例。通過表1可以看出，現場部分壓力變送器精度下降，不滿足精度要求。主要是由于現場溫度環境、工況及使用年限造成的傳感元件的非線性變化。且由于平臺環境因素，造成外殼銹蝕，管線銹蝕。

通過查據平臺資料，液位變送器的精度要求為0.5，實際輸出值與理論輸出值之間允許偏差值為0.08。以上述海洋平臺液位變送器為例，受現場溫度環境、工況及使用年限造成的傳感元件的非線性變化影響，通過表2可以看出，液位變送器精度下降，不滿足精度要求。平臺液位變送器的現場檢查發現，多數平臺液位變送器外部狀態較好，但部分液位變送器存在外殼銹蝕、注液、排液閥銹蝕現象。

根據對平臺溫度變送器的調研，溫度變送器的精度要求值為1.0，實際輸出值與理論輸出值之間允許偏差值為0.16，表3為平臺某溫度變送器的功能測試數據分析表。可以看出該壓力變送器精度下降，不滿足精度要求，主要是由于現場溫度環境、工況及使用年限造成的傳感元件的非線性變化。與此溫度變送器情況類似，部分溫度變送器外殼腐蝕，銘牌模糊不清，缺少相應的標識，密封螺紋銹蝕。

火氣探頭會定期進行檢測和維護，但由于長期處于潮濕、鹽霧的海洋環境中，外部結構銹蝕比較嚴重，密封介質發生龜裂老化，探頭內部元件老化，影響測量精度，其功能降低，存在風險。由于目前對平臺安全監控的要求愈發重視，針對老齡平臺火氣探測設備布置的完善更新也愈發重要。因此，不僅是對現場設備更新，還有針對現行規范要求，增補相關探測設備，更加全面地保護平臺，確保現場監測的準確性和可靠性。

綜合上述內容，結合現場實際情況，對信號采集設備進行更新完善。

4 控制設備改造方案

本次研究中，控制設備主要是指安全閥、調節閥、關斷閥等現場設備。以現役某海洋平臺為例，經由專業檢驗單位采用解體研磨、測試校驗、解體清洗等方式對安全閥進行校驗。根據平臺安全閥校驗結果，通過與平臺人員溝通及現場對平臺安全閥的檢查，可以看出平臺部分安全閥外部結構存在腐蝕現象，安全閥校驗結果正常，符合要求。經由專業檢驗單位對平臺調節閥的抽樣測試，其中部分調節閥精度分析類似現場變送器，需將現場開度與中控顯示開度進行比較，計算偏差。部分調節閥的中控調節與現場開度之間的偏差值較大，準確度下降。且平臺部分調節閥存在銘牌標識模糊、閥體銹蝕、存在滲漏現象、儀表氣管線及卡套銹蝕。由于平臺關斷閥處于生成流程中，且平臺生產流程持續工作，需通過對關斷閥歷史數據記錄和現場檢查進行分析，發現部分關斷閥閥體、氣缸、連接法蘭、緊固螺栓銹蝕，儀表氣及儀表連接管線銹蝕等。綜合上述內容，結合現場實際情況，對控制設備進行更新完善。

5 控制系統改造方案

超齡平臺在控制系統配置上，為了保證平臺生產穩定，減少停產時間，一般是以初建平臺時所設控制系統為基礎，根據后續改造工程，對其進行更新，很少會將整套系統進行翻新。因此，部分超齡平臺的控制系統也接近使用年限。

根據對控制系統的現場調研，結合與操作人員進行溝通，可以發現部分超齡平臺的控制系統會出現運行不穩定、冗余系統故障、上位機卡死等故障，甚至會出現由于原始系統規格較早，無法擴容更新的情況，導致同一控制系統出現多個廠家共存的情況，主要為一些影響操作的問題，系統運行不存在較嚴重的問題。但是，系統的不完善不僅對人員操作與現場監控造成了困難，更對平臺的安全穩定造成了一定影響，進而可能會影響人員安全。例如某平臺曾發生過控制系統中關斷控制系統控制器故障，在沒有接收到關斷信號時直接觸發關斷，導致某工藝流程發生關斷的事故，此后各方討論分析事故原因可能是由于控制系統冗余固件版本未升級，而平臺程序中系統監測則需要使用通訊指令，在某種條件下誤觸發了系統關斷造成故障，且設備老舊，線路有一定腐蝕。另一平臺發生過一次中控上位機死機事故，雖然上位機死機后，系統成功地自動切換至其他上位機，并穩定運行，未對現場監控造成影響。但若主備設備切換失敗將會造成現場流程無法監控進而導致關停事故或者環境污染。由于海洋平臺建造成本較高，為了確保整體經濟性，部分超齡平臺控制間空間較為擁擠，人員操作空間較小，容易出現誤操作。通過以上問題可以看出，控制系統需要根據實際情況，對元器件進行更新、增補。如無老舊備件的情況，則可考慮先對某一系統進行完善，逐步完成整體系統完善。控制系統仍有備件可以進行改造，則可考慮新增帶控制器的系統機柜，以擴大現有控制系統規模。針對多廠家控制系統，則需要對控制系統邏輯進行梳理，在條件允許的情況下，對控制系統進行整合，不僅可以簡化現場操作的困難，也為后續平臺的改造提供了更多的便利。若平臺控制系統針對平臺空間問題，則需綜合考量現場實際情況，如擴容房間，增加遠程機柜等方案。在解決控制系統硬件問題的同時，也應同步對中控的負載、供電、點位授權等一系列事宜進行考慮，確保整體的完整性。

6 結束語

海上平臺儀控設備延長使用年限，不僅包括了信號采集設備以及控制系統，還包括了現場執行設備，如閥門等。在逐步完善超齡平臺相關儀控設備后，可實現平臺使用壽命的延長。在對安全生產有著明顯效果的同時，也是解決生產瓶頸的有效方案。此項方案研究具有廣泛的推廣應用價值。

參考文獻

[1] 海洋石油工程設計指南編委會.海洋石油工程電氣、儀控、通訊設計[M].北京：石油工業出版社，2007.

[2] 石油化工安全儀表系統設計規范[M].北京：中國計劃出版社，2013.