延长海上平台使用年限的仪控方案研究

陈叙伸

[摘    要]海上平台部分建造较早，连续运行时间已经接近设计年限，甚至超出设计年限。现场部分仪控设备，虽能持续使用，但是仍存在安全隐患，部分设备存在老化腐蚀、功能下降等情况，仪控设计及火气探测设备布置与现行要求有一定差别。为了彻底解决现场问题，延长平台使用年限，结合现场实际情况，对海洋平台仪控方案进行研究。

[关键词]海洋平台;延长年限;仪控设备

[中图分类号]TE985;TQ637 [文献标志码]A [文章编号]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

目前海上平台部分投产较早，属于老龄平台，已经接近甚至超出了设计使用年限。但是根据油藏预测，部分老龄平台在超期服役阶段仍具备较为可观的产量及经济性。为保证平台在超期服役阶段的安全与稳产，需要解决现有设备设施存在的各类隐患。例如平台原始设计与产能开发后的产量无法匹配，限制了生产产能的释放。由于设计过程中通常会留有较大的安全裕度，且使用期间也不断进行维修、改造和更换，因此相关设备和设施在设计寿命到期时仍然具有安全运行潜力。根据相关规范要求，针对已经达到设计年限的平台地面重点设备设施开展评估及方案研究，在了解平台动设备、静设备、仪控设备、电气设备、安全消防救生及辅助设施的现有情况下，对平台相关设备的延长使用年限提出可行性建议，使得在今后的维护、保养工作中，能更加高效地集中人力、物力和财力解决影响安全生产的突出问题，确保平台的安全运行。部分仪控设备设施及控制系统存在老化腐蚀、功能下降等情况，仪控设计及火气探测设备布置与现行要求有一定的差别，需要結合平台产能和生产现状统筹考虑，对平台老旧仪控设备设施开展升级更新方案研究。

1 数据收集与评估

为了更好地对仪控方案进行设计，需从数据库以及平台对数据和资料进行收集和整理。数据的可靠性对之后方案的分析，都有着至关重要的作用。收集资料至少应包括：设备位置、设备分类、设备运转情况、环境因素、设备结构参数、设备技术特性参数等数据;故障时间、故障模式、故障影响、故障原因、故障部位、故障检测方法等数据;维修时间、维修工机具等维修数据;设备运行数据、平台运行数据;工艺流程图;设备现场照片。并与操作人员沟通后进一步现场检查，确保调研数据的准确性。延长使用年限方案流程如图1所示。

针对仪控设备，其技术评估需要通过分析其所在功能回路，通过软件计算出其回路的安全等级。安全定级的目的是根据人员伤害、财产损失、环境损失的风险，来确定仪控设备所在回路所需要的安全等级，评估回路中的关键点。再根据分析结果，对关键回路中的设备、备件的实际状态进行现场检查，包括仪表的安装和维护情况、腐蚀情况、定期校验维修记录等项目，最终形成仪表设备的评估结论。

2 仪控设备现状

通过对平台仪控设备的资料收集，结合资料对现场进行调研、检查，归纳总结出平台仪控设备的主要特点。在平台生产区域，由于平台投产较早，部分设备的使用年限较长，且受到产量等要求，平台持续生产时间较长，仪控设备检测维护虽满足规范要求，但是部分设备仍需进一步关注，且受海洋潮湿、盐雾等环境条件的影响，仪控设备、连接电缆线路腐蚀、老化较为严重，设备可靠性受到影响而降低，但其功能基本正常，能够满足规范要求，目前主要有以下老化特点：传感器、探测器等信号采集设备，其功能基本能够满足现场要求，故障率较低，其中火气探测器定期进行检测和维护，但由于长期处于潮湿、盐雾的海洋环境中，外部结构锈蚀比较严重，密封介质易发生龟裂老化，易造成探测器内部元件发生变化，影响测量精度;现场接线箱、接线盒等锈蚀比较严重，部分接线箱、接线盒已无法打开，其内部检测维护较为困难，电缆接口老化腐蚀比较严重，局部区域出现龟裂，易产生电缆线路接触不良、信号薄弱、信号异常等现象;平台控制系统是在平台建设之初设计投产的，限于当时的技术水平和各种条件的制约，及后期生产过程中工艺变更等的影响，虽在运行过程中定期进行检测和维护，但系统运行性能存在不稳定现象，曾出现过冗余系统故障、上位机死机、中控逻辑控制与现场实际情况不匹配、软件系统故障等故障，控制系统扩容困难，影响生产设施调整产能的需求，后期增补的软件系统通常缺少防护，影响了平台延长使用期的安全经济性;阀门等控制设备中，安全阀定期年检，并进行检修和维护，其功能性通常能够满足要求，但其外部结构通常存在锈蚀现象，关断阀、调节阀、控制阀等现场执行器通常由于处于生产流程过程中，受生产运行的影响，外观及结构锈蚀较安全阀严重，存在密封作用不严、开关或调节控制不灵敏的现象。

3 信号采集设备改造方案

本次研究中，信号采集设备主要是指压力变送器、温度变送器、液位计、火气探头等现场设备。以现役某海洋平台为例，目前压力变送器的精度要求为0.5，实际输出值与理论输出值之间允许偏差值为0.08。在对现场压力变送器进行测量比对后，部分仪表的偏差值已经超过此数据。以上述海洋平台某压力变送器为例。通过表1可以看出，现场部分压力变送器精度下降，不满足精度要求。主要是由于现场温度环境、工况及使用年限造成的传感元件的非线性变化。且由于平台环境因素，造成外壳锈蚀，管线锈蚀。

通过查据平台资料，液位变送器的精度要求为0.5，实际输出值与理论输出值之间允许偏差值为0.08。以上述海洋平台液位变送器为例，受现场温度环境、工况及使用年限造成的传感元件的非线性变化影响，通过表2可以看出，液位变送器精度下降，不满足精度要求。平台液位变送器的现场检查发现，多数平台液位变送器外部状态较好，但部分液位变送器存在外壳锈蚀、注液、排液阀锈蚀现象。

根据对平台温度变送器的调研，温度变送器的精度要求值为1.0，实际输出值与理论输出值之间允许偏差值为0.16，表3为平台某温度变送器的功能测试数据分析表。可以看出该压力变送器精度下降，不满足精度要求，主要是由于现场温度环境、工况及使用年限造成的传感元件的非线性变化。与此温度变送器情况类似，部分温度变送器外壳腐蚀，铭牌模糊不清，缺少相应的标识，密封螺纹锈蚀。

火气探头会定期进行检测和维护，但由于长期处于潮湿、盐雾的海洋环境中，外部结构锈蚀比较严重，密封介质发生龟裂老化，探头内部元件老化，影响测量精度，其功能降低，存在风险。由于目前对平台安全监控的要求愈发重视，针对老龄平台火气探测设备布置的完善更新也愈发重要。因此，不仅是对现场设备更新，还有针对现行规范要求，增补相关探测设备，更加全面地保护平台，确保现场监测的准确性和可靠性。

综合上述内容，结合现场实际情况，对信号采集设备进行更新完善。

4 控制设备改造方案

本次研究中，控制设备主要是指安全阀、调节阀、关断阀等现场设备。以现役某海洋平台为例，经由专业检验单位采用解体研磨、测试校验、解体清洗等方式对安全阀进行校验。根据平台安全阀校验结果，通过与平台人员沟通及现场对平台安全阀的检查，可以看出平台部分安全阀外部结构存在腐蚀现象，安全阀校验结果正常，符合要求。经由专业检验单位对平台调节阀的抽样测试，其中部分调节阀精度分析类似现场变送器，需将现场开度与中控显示开度进行比较，计算偏差。部分调节阀的中控调节与现场开度之间的偏差值较大，准确度下降。且平台部分调节阀存在铭牌标识模糊、阀体锈蚀、存在渗漏现象、仪表气管线及卡套锈蚀。由于平台关断阀处于生成流程中，且平台生产流程持续工作，需通过对关断阀历史数据记录和现场检查进行分析，发现部分关断阀阀体、气缸、连接法兰、紧固螺栓锈蚀，仪表气及仪表连接管线锈蚀等。综合上述内容，结合现场实际情况，对控制设备进行更新完善。

5 控制系统改造方案

超龄平台在控制系统配置上，为了保证平台生产稳定，减少停产时间，一般是以初建平台时所设控制系统为基础，根据后续改造工程，对其进行更新，很少会将整套系统进行翻新。因此，部分超龄平台的控制系统也接近使用年限。

根据对控制系统的现场调研，结合与操作人员进行沟通，可以发现部分超龄平台的控制系统会出现运行不稳定、冗余系统故障、上位机卡死等故障，甚至会出现由于原始系统规格较早，无法扩容更新的情况，导致同一控制系统出现多个厂家共存的情况，主要为一些影响操作的问题，系统运行不存在较严重的问题。但是，系统的不完善不仅对人员操作与现场监控造成了困难，更对平台的安全稳定造成了一定影响，进而可能会影响人员安全。例如某平台曾发生过控制系统中关断控制系统控制器故障，在没有接收到关断信号时直接触发关断，导致某工艺流程发生关断的事故，此后各方讨论分析事故原因可能是由于控制系统冗余固件版本未升级，而平台程序中系统监测则需要使用通讯指令，在某种条件下误触发了系统关断造成故障，且设备老旧，线路有一定腐蚀。另一平台发生过一次中控上位机死机事故，虽然上位机死机后，系统成功地自动切换至其他上位机，并稳定运行，未对现场监控造成影响。但若主备设备切换失败将会造成现场流程无法监控进而导致关停事故或者环境污染。由于海洋平台建造成本较高，为了确保整体经济性，部分超龄平台控制间空间较为拥挤，人员操作空间较小，容易出现误操作。通过以上问题可以看出，控制系统需要根据实际情况，对元器件进行更新、增补。如无老旧备件的情况，则可考虑先对某一系统进行完善，逐步完成整体系统完善。控制系统仍有备件可以进行改造，则可考虑新增带控制器的系统机柜，以扩大现有控制系统规模。针对多厂家控制系统，则需要对控制系统逻辑进行梳理，在条件允许的情况下，对控制系统进行整合，不仅可以简化现场操作的困难，也为后续平台的改造提供了更多的便利。若平台控制系统针对平台空间问题，则需综合考量现场实际情况，如扩容房间，增加远程机柜等方案。在解决控制系统硬件问题的同时，也应同步对中控的负载、供电、点位授权等一系列事宜进行考虑，确保整体的完整性。

6 结束语

海上平台仪控设备延长使用年限，不仅包括了信号采集设备以及控制系统，还包括了现场执行设备，如阀门等。在逐步完善超齡平台相关仪控设备后，可实现平台使用寿命的延长。在对安全生产有着明显效果的同时，也是解决生产瓶颈的有效方案。此项方案研究具有广泛的推广应用价值。

参考文献

[1] 海洋石油工程设计指南编委会.海洋石油工程电气、仪控、通讯设计[M].北京：石油工业出版社，2007.

[2] 石油化工安全仪表系统设计规范[M].北京：中国计划出版社，2013.