海上平台临时生产储运控制及安全仪表系统SIL分析技术研究

马磊

[摘    要]采用海上平台临时生产储运控制技术，将移动式生产平台靠泊至需要临时生产的平台，采用硬线连接两个平台的中控系统，实现临时生产储运控制，能够解决海上平台在海底管道维护、储罐清罐、主要工艺设备检修等面临的停产、限产问题，有助于实现稳产增产、降本增效。采用临时生产储运技术后，对平台的安全仪表系统进行SIL分析，以保证平台安全仪表系统的完整性等级。

[关键词]海洋平台;储运控制;SIL分析

[中图分类号]TE985;TQ637 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）02–0–03

Research on SIL Analysis Technology of Temporary Production， Storage and Transportation Control and Safety Instrument System of Offshore Platform

Ma Lei

[Abstract]The temporary production， storage and transportation control technology of offshore platform is adopted to dock the mobile production platform to the platform requiring temporary production， and the central control system connecting the two platforms by hard wire is adopted to realize the temporary production， storage and transportation control. It can solve the problems of shutdown and production restriction faced by offshore platforms in subsea pipeline maintenance， tank cleaning and maintenance of main process equipment， and help to achieve stable production and increase production， reduce cost and increase efficiency. After the temporary production， storage and transportation technology is adopted， SIL analysis is carried out for the safety instrument system of the platform to ensure the integrity level of the safety instrument system of the platform.

[Keywords]offshore platform; storage and transportation control; SIL analysis

為了避免停产限产，实现稳产增产，开展海上平台临时生产储运控制技术研究。将移动式生产平台靠泊至需要临时生产的平台，采用搭接可旋转滑移式栈桥、软管快速连接工艺管线、校核调整生产流程工艺参数等技术实现生产流程的顺利搭接，通过硬线连接两个平台的控制系统，实现平台连锁控制，保证平台安全，实现稳产增产目标。

1 生产流程切换技术研究

当海底管道更换、储罐清罐作业时，平台的工艺处理流程能够正常运转，但是处理后的原油没有储存空间，平台将面临停产限产的风险。将移动式生产平台靠泊至目标平台，通过搭接栈桥连接两个平台，工艺流程通过软管连接，实现两个平台的互联。根据目标平台的配产调整移动式生产平台的储油空间，由于此种模式下移动式生产平台仅用于原油存储，将污水舱切换成储油模式，增加平台的储油能力。基于此技术可实现在不停产的情况下将目标平台处理后的原油输送至移动式生产平台储油舱进行存储、外输。

当平台主要工艺设备进行维护时，平台将失去油气水处理能力，平台面临停产风险。对移动式生产平台的工艺处理流程进行适应性改造，调整斜板、气浮选、核桃壳等水处理系统的设定值，匹配两个平台的工艺参数，以实现由移动式生产平台接收目标平台产液并进入生产处理系统。对移动式生产平台外输泵进行适应性改造，将处理后的原油输送至原平台海管入口进行外输，或者通过穿梭邮轮直接外输，可实现生产流程不停产切换，保证平台产量。

2 栈桥搭接技术研究

采用可旋转、滑移的栈桥，当两平台在风浪流等环境荷载和施工荷载的作用下产生微小相对位移时，栈桥可通过旋转和滑动释放掉因相对位移而产生的内力，减小栈桥被破坏的风险。在移动式生产平台舷侧设置旋转桩，起到固定栈桥但又不限制其旋转的作用，旋转桩如图1所示，装配后如图2所示。

由于存在高度差，栈桥的滑动端可建在搭接平台或者滑动端支撑平台上，滑动端设置两限位轨道，确保栈桥在长度方向上能进行滑移。基于《海洋模块钻机滑移系统技术革新》成果，在滑动端基座板与限位轨道之间增加一层滑移垫板，滑移垫板以塑料合金垫板为佳（本技术用于临时生产项目，为节约项目成本，采用不锈钢板作为滑移垫板），目的是减少滑动端基座板的磨损，延长栈桥的使用寿命。

3 管线连接技术研究

移动式生产储油平台配置有油气水处理系统，各系统通过硬管进行连接。当移动式生产储油平台靠泊至目标平台后，需要通过管线连接两个平台的生产处理系统，常规的连接方式有硬管连接、软管连接。硬管相较于软管，重量大，施工慢，抗扰动能力差。采用软管连接方式，重量轻，结构可靠，能弯曲一定角度;软管两端采用安全拉断阀，能实现高流量、低压力损失，软管拉断时自动关闭，有效预防软管拉断或拆卸时的流体泄漏。

4 控制系统

4.1 控制系统配置

移动式储油平臺设置独立的控制系统，且控制方案应保证人员和设施的安全，防止环境污染，在此前提下满足开发和生产要求，方便油田的操作和管理，同时考虑安全可靠、经济实用、控制管理灵活方便等原则。仪控系统采用就地检测、集中监控的控制方式。控制系统在设计中应进行适当的集成，使整体系统的构成和功能分配合理，以方便管理、减少投资。应急关断系统的设计应遵循独立设置、故障安全、选择采用技术和中间环节最少的原则。

根据移动式生产储油平台的规模，设置三套控制系统，由过程控制系统（PCS）、应急关断系统（ESD）和火气探测系统（FGS）构成，能独立完成平台的过程控制、应急关断和火气探测功能。在移动式生产储油平台设置工程师及操作员站，实现平台的监控及控制功能。移动式生产储油平台的ESD关断分为4级。

4.1.1 ESD-1为弃平台关断

该级关断级别最高，只能由平台总监或总监指定人员手动触发。触发后，平台上部设备除应急支持系统延时关断外，其余设备全部关停。

4.1.2 ESD-2为火气关断

该级关断由平台的火灾或可燃气体严重泄漏引起。它可由操作员观察到火情后手动启动，也可由火气控制逻辑自动启动。该级关断除执行本级关断的特殊功能外，还将引起ESD-3、4级关断。

4.1.3 ESD-3为生产/公用关断

该级关断由主电源、仪表风等公用系统故障或生产系统的重要环节故障引起，可手动或自动启动。该级关断除执行本级关断的特殊功能外，还将引起ESD-4级关断。

4.1.4 ESD-4为单元关断

该级关断是由单个设备故障引起的关断。该级关断只关断故障设备或单井，不影响其他设备的正常操作。ESD-4级关断可手动和自动启动。

移动式生产储油平台设置中央中控室，放置独立的控制系统，用于平台上的井口控制、生产过程控制、公用系统控制、应急关断和火气探测报警及控制等。控制系统包括过程控制系统（PCS）、应急关断系统（ESD）和火气探测系统（FGS）。通过系统集成手段，三套控制系统共享人机接口和数据通信网络。控制系统的选择和组合应符合开放的、规范的通信协议。PCS、ESD和FGS三套控制系统在控制层及其以下相互独立，并配置专门的工程师、操作站和操作人员，对油田生产情况实时监控。

4.1.5 控制系统硬件配置种类和数量

PCS、ESD、FGS各1套;互为备用的操作站，其中2台兼做工程师站;1套ESD/FGS应急操控盘;2台互为备用的打印机，用于生产报表及事件记录打印;通信与网络设备。

4.1.6 控制系统硬件配置要求

PCS系统应采用大型、工作可靠的控制系统。为确保系统可靠，PCS的CPU模块、电源模块、通讯模块和数据通信总线等均采用1∶1冗余的配置。

为保证人员与设备的安全，ESD系统应采用满足IEC61508相应安全等级的安全仪表系统（SIS），系统的安全完整性等级为SIL3。ESD的CPU、电源模块、通信模块、I/O模块和数据通信总线都应采用1∶1冗余的配置。FGS应采用专用火气探测控制系统或安全仪表系统作为主火气探测控制系统，为确保系统可靠，FGS的CPU、电源模块、通信模块、I/O模块和数据通信总线都应采用1∶1冗余的配置。

4.2 现场仪表

现场仪表是控制系统的重要组成部分，它们的选型将直接影响到整个控制系统的可靠性和灵敏度。现场仪表选型应根据工艺要求，选择适合于本油气田所在区域环境条件，可经受高含盐、高湿度、霉菌环境影响的现场仪表，并满足所在危险区域的要求。

现场仪表的安装应满足有关规范、技术规格书及制造厂商有关技术文件的要求，同时还应考虑操作、检查维修的方便。

现场仪表及其附件应选用标准系列的产品，仪表的防爆等级和防护等级应满足有关规范标准的要求，应具备权威机构所认可的证书。

4.3 控制系统连接

平台控制系统间的信号传输可采用光纤传输以及硬线连接等方式。目前渤海在役平台中控系统品牌繁多，由于各品牌中控系统通讯协议的差异，导致不同品牌控制系统间不能通过光纤进行直接通讯。可采用I/O镜像模式进行信号的传输，即将控制系统的开关量信号通过硬线连接至I/O镜像模块，转换为光信号后传输至目标平台。此种连接方式可适用于远距离信号传输，缺点是费用相对较高。在临时生产储运模式下，目标平台中控与可移动式平台中控的距离在150 m左右，因此采用硬线连接移动式生产平台与目标平台中控系统，用于传输控制系统间的关断信号，能够有效保证控制信号的稳定传输，实现两个平台的连锁控制，为临时生产储运提供安全保障。

5 安全仪表系统SIL分析

采用海上平台临时生产储运控制技术解决目标平台的临时生产问题，当两个平台控制系统连接后，需要对平台的安全仪表系统进行SIL分析，以保证安全仪表系统的完整性等级。①安全仪表功能研究。在对预期风险等级的可容忍性进行评估时，针对人员安全、财产、生产及环境建立风险可容忍标准，并得到业主及设计人员的认可。对由SIF保护的各项风险，均针对各类型结果设定一项目标可容忍频率。SIL评估项目组根据中海石油（中国）有限公司天津分公司HSE体系文件中的事故分级标准。②安全仪表功能的SIL等级研究，按照IEC61511-3，利用保护层分析（LOPA）方法进行。LOPA方法允许确定SIF必须提供的风险降低适当等级，以使风险在可容许范围内，提供了对独立保护层进行评估的特殊标准。

通过以上方法进行分析，海上平台临时生产储运控制技术连接两个平台的控制系统，不涉及平台生产流程控制的变更，不影响平台已有安全仪表系统的完整性等级。

6 技术应用

海上平台臨时生产储运技术能够在渤海油田进行推广应用，尤其是涉及到海管更换、清罐作业，以及主要工艺设备需要停产检修的平台，采用临时生产储运技术能够快速投产，达到稳产、增产的目的。

应用案例一：渤海某平台，平台产液19 000 m3/d，

产油2 500 m3/d，产气24万m3/d，生产水处理能力10 000 m3/d。由于需要更换固定平台至FPSO混输海管需要3个月工期，按照原计划平台区域关停3个月。为降低海管更换作业的停产造成产量影响，采用移动式生产储油平台生产模式，移动式生产平台靠泊至目标平台，搭接临时栈桥，采用软管连接方案，调整工艺参数。在平台临时生产期间，平台产液进入临时生产储油平台流程进行油气水处理，每天接收平台产液（800 m3/d油、200 m3/d水、7 000 Sm3/d气），临时生产期间累计接油约70 000 m3，成功解决了平台面临的停产问题。在用作储油平台当中，为平台提供了3 055 m3的有效舱容。在其他平台的应用当中，同样的取得了较好的应用效果，降低了穿梭邮轮的外输频次。

应用案例二：渤海某平台现有原油储罐（B/D/F）三个，其中B罐完成清洗并等待下步检修，目前使用D和F，外输频率约1.5 d，受潮汐因素限制，S/B码头每天外输一次，外输油轮艉缆系在IMD系泊墩和S/L缆桩上。由于清罐及维修作业，平台储油能力受到限制，如遇恶劣天气等无法进行外输作业，平台生产将受到限制，影响平台产量。为达到稳产增产目的，将移动式生产储油平台紧临目标平台就位，通过栈桥搭接、软管连接，接收目标平台处理后的原油储存在移动式生产储油平台原油舱和生产污水舱（储存原油）并外输。移动式生产储油平台的总舱容为3 055 m3，有效舱容以85%计算为2 597 m3，将很大程度上提升目标平台的储油能力，成功解决了目标平台由于储油能力不足面临的限产问题。

海上平台临时生产储运技术已经在渤海油田多个平台进行了推广应用，尤其是涉及到海管更换、清罐作业，以及主要工艺设备需要停产检修的平台，采用临时生产储运技术能够快速投产，达到稳产、增产的目的，积极响应国家增产的目标。

7 结束语

海上平台临时生产储运控制技术采用的栈桥搭接技术具有施工块、适应性强、可重复利用等优势。软管快速连接技术，具有施工速度块、对场地要求不高、可重复利用等优势，节省了大量的人力物力，积极响应公司的政策，实现降本增效、节能减排。目前渤海区域的平台均可适用此生产技术，当有平台提出临时生产需求时，可以快速开展设计、施工，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.海洋石油工程设计概论与工艺设计[M].北京：石油工业出版社，2007.

[2] 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.

[3] 海洋石油工程设计指南编委会.海洋石油工程平台结构设计[M].北京：石油工业出版社，2007