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海上平臺ESD現(xiàn)場儀表選型標準分析

作時間:2018-08-20  來源: 中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設中心  作者:徐志鵬
   

 摘要 :應急關(guān)斷系統(tǒng)在海上平臺上的運用具有至關(guān)重要的作用,能夠保證平臺安全穩(wěn)定運行,降低危險問題發(fā)生的可能性。而應急關(guān)斷系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表選型,對應急關(guān)斷系統(tǒng)效果具有重要的影響,因此本文主要探討了海上平臺 ESD 現(xiàn)場儀表選型,希望能夠為相關(guān)工作者提供借鑒。qyO壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
引言
中國渤海海域石油平臺上,應急關(guān)斷系統(tǒng)一直是保障平臺安全的重要器官,他通過對生產(chǎn)裝置可能發(fā)生的危險或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進行響應和保護,使生產(chǎn)裝置進入一個預定的安全停車工況,從而使危險降低到可以接受的#低程度,以保證人員,設備,生產(chǎn)和裝置或工廠周邊社區(qū)的安全。為了達到上述功能,現(xiàn)場配合應急關(guān)斷系統(tǒng)完成關(guān)斷的現(xiàn)場儀表就顯得尤為重要。現(xiàn)場儀表這幾年在使用上,變送器需求逐年增加,開關(guān)量儀表卻在下降。這種現(xiàn)象發(fā)生的背后,并非偶然,而是根據(jù)工藝油藏以及規(guī)范要求使然。
 
1 應急關(guān)斷系統(tǒng)概述
應 急 關(guān) 斷 系 統(tǒng)(ESD),Emergency ShutdownDevice(圖 1)。該系統(tǒng)在海上平臺上使用,根據(jù)平臺安全等級分為四級關(guān)斷,F(xiàn)場儀表主要涉及第三,四級關(guān)斷。它通過對現(xiàn)場參數(shù)數(shù)據(jù)采集,實時對生產(chǎn)工藝進行監(jiān)測并作出動作,包括數(shù)據(jù)處理,工藝畫面顯示,報警,歷史趨勢,打印報表等。
應急關(guān)斷系統(tǒng)組成
(1)現(xiàn)場儀表分類。平臺上常見的現(xiàn)場儀表有溫度表、溫度變送器、壓力表、壓力變送器、流量計、分析儀,以及調(diào)節(jié)閥、有執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)斷閥、電磁閥等。這里主要討論實現(xiàn)遠傳信號實現(xiàn)信號反饋的儀表(開關(guān)量儀表和變送器)。
(2)開關(guān)量儀表。開關(guān)量是在時間上連續(xù),在幅值上是二值化的量。
 
開關(guān)量的位式作用 :開關(guān)量變量值的數(shù)目,一般只取限的數(shù)目。如“二位”開關(guān)的通斷,“三位”電動機的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)等。平臺上使用的開關(guān)量測量儀表包括過程變量開關(guān)(主要討論)、手動開關(guān)、按鈕、繼電器觸點等。應急關(guān)斷用的開關(guān)量測量儀表,正常工況下,觸點應處于閉合狀態(tài) ;非正常工況時,觸點處于斷開狀態(tài)。這類儀表在海洋石油平臺上特定場合使用的很多,比如壓力容器中的流體需加熱,則應設高溫安全裝置 TSH(temperature switch high)以便當工藝流體超溫時切斷熱源 ;再比如出油管線上都設置 PSH(pressureswitch high)、PSL(pressure switch low),在檢測到異常高壓或低壓時關(guān)斷油井。
開關(guān)量儀表的參數(shù),包括測量范圍和設定值通常出廠前便已確定,并且后期調(diào)整很麻煩,可見無論是換件還是調(diào)節(jié)校驗都并不方便。
 
(3)變送器。變送器是把傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為可以被控制器或者測量儀表所接受標準信號的儀器。變送器使用的模擬量采用 4~20 mA 或 0~10 V 信號傳輸,而 4~20 mA 信號由于其長傳輸距離和抗干擾能力等優(yōu)點被海上廣泛應用(圖 2)。
 
ESD 系統(tǒng)中涉及的現(xiàn)場變送器以壓力,液位變送器為主,還有少量的溫度變送器。因為可以直接傳輸具體參數(shù),使用起來很方便,就應急關(guān)斷系統(tǒng)而言,能使用的地方就很多了,比如關(guān)斷閥閥后壓力(PT),生產(chǎn)撬塊壓力容器的液位(LT),測試加熱器出口溫度(TT)等等,使用非常廣泛。
應急關(guān)斷系統(tǒng)控制原理
變送器的測量范圍從選型上開始初步設定,后期亦可以通過手操器等設備修改或修正,所以使用起來可以根據(jù)工況進行一定范圍的調(diào)節(jié),所以只要在硬件范圍量程內(nèi),通過設定量程便可更改和校正測量范圍。在渤海海域,開關(guān)量儀表的使用率在逐年下降,而相對變送器的使用量在逐漸上升,就以下幾點簡單分析下原因。
 
2 成本
開關(guān)量儀表的成本大致上是同類型號的變送器的四分之一到五分之一,性價比高,但是在安裝調(diào)試工作量上略高于同類變送器。
 
3 量程和精度
以壓力開關(guān)為例,壓力開關(guān)一般能夠提供一個大概的壓力值#高的精度等級也就 2.5 ,而壓力變送器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號后輸出,精度可以做到 0.5 級。壓力開關(guān)的量程區(qū)間是有限的,而變送器則能根據(jù)現(xiàn)場情況隨意調(diào)整。變送器切換差比開關(guān)量儀表更小。
 
4 可靠性
就單個儀表而言,開關(guān)量儀表和變送器的對比基本就是機械和電子設備的對比,開關(guān)量儀表對于電磁干擾會更不敏感,可靠性能更高。但就 ESD 系統(tǒng)而言,開關(guān)量儀表幾乎無法進行任何的診斷,而變送器則可以進行相關(guān)診斷。
 
簡單舉例 :
假設有 3 個壓力開關(guān)(PS1、PS2、PS3)。
 
PS1 損壞,PS2 和 PS3 正常,但是控制系統(tǒng)診斷不出這種狀況,此時發(fā)生壓力超限,結(jié)果 PS2 報 0,PS3報 1(高限動作),因為 PS1 損壞,一直送 0,所以 2 個0 比對 1 個 1,表決結(jié)果是 0,ESD 不動作。假設有 3 個變送器。
 
3 個變送器一直在送 AI 信號 給 ESD。shou先每路 AI都要先做高限判斷,在 CPU 內(nèi)部生成一個開關(guān)點。就像壓力開關(guān)的輸出一樣。#終表決拿這個點去執(zhí)行邏輯。其次,可以將 (PT1_PV + PT2_PV + PT3_PV) /3 =PSP_PV。這個平均值可以不停的跟 PT1,PT2,PT3 作比較,偏差過大的值應該是不正常的。這樣以判斷 3 個變送器的好壞。
 
很多的智能變送器,還帶有自身的診斷信息。以方便檢測 變送器的好壞。
 
假如某變送器斷線,值送 0,系統(tǒng)馬上就可以判斷出來。壓力開關(guān)斷線只能認為壓力開關(guān)沒動作而不知道是斷線了。壓力變送器過壓或者膜盒損壞,但是沒斷線,可能會一直送#大值,但是會有診斷信息送給系統(tǒng)。這個時候,系統(tǒng)也可以針對處理。
 
5 后期維護
(1)油田中的油氣是一直開采中的,地底壓力是在不斷下降的,但是我們還是需要一個相對穩(wěn)定的產(chǎn)量,這就需要現(xiàn)場儀表跟隨環(huán)境的變化而相應修改量程。由于開關(guān)量儀表可調(diào)范圍小,調(diào)試工藝復雜,在油田生產(chǎn)中后期必然會產(chǎn)生較高的費用。而且如果要求改的量程超過開關(guān)量儀表可修改的量程,那只能更換現(xiàn)場儀表。但變送器則能根據(jù)現(xiàn)場情況隨意調(diào)整量程。
(2)渤海海域冬季氣溫較低,如使用開關(guān)量儀表則容易出現(xiàn)凍堵 卡堵現(xiàn)象。變送器則沒有這個顧慮。
(3)開關(guān)型儀表的調(diào)教要遠比變送器復雜。在海上平臺實際使用中,變送器的優(yōu)點明顯高于開關(guān)量儀表,目前海上平臺使用的儀表大部分也是變送器,使用變送器已經(jīng)變?yōu)橐环N趨勢,但目前還有幾個問題仍對這種趨勢有一定的影響。shou先就是在平臺規(guī)范中,明確寫到“一次儀表應使用開關(guān)”。再者,在平臺使用的變送器絕大部分要求具有 SIL(Safety Integrity Level)認證,這就無形中提高了變送器的使用價格。
 
注明,三暢儀表文章均為原創(chuàng),轉(zhuǎn)載請標明本文地址

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