海洋石油自动化仪表的可靠性及发展趋势

［摘 要］自动化仪表在海洋石油开采中起着至关重要的作用，其能够借助强大的数据总结、分析功能帮助提高开采效率，确保作业过程的安全性。然而，海洋环境条件较为极端，在高盐度、高湿度、强腐蚀性及巨大的水压等环境因素的影响下，对仪表的可靠性形成了极为严重的考验。并且，随着技术的不断进步，现代自动化仪表正朝着更加智能化、精准化的方向发展。研究海洋石油自动化仪表的可靠性及其发展趋势，不仅对保障能源的安全稳定供应至关重要，也对促进海洋石油行业的技术创新和可持续发展具有重要意义。

［关键词］海洋石油；自动化仪表；可靠性；发展趋势研究

［中图分类号］TM75 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）04–0063–03

1 海洋石油自动化仪表分类

1.1 压力表

压力表是测量液体和气体介质气压的重要仪器，其核心部件包括信息采集装置和测量装置，装置能够承受高压，并确保数据监控的极高精确度。压力表的设计允许与系统和操作设备连接，从而实现对液流的实时控制及数据的精确采集和处理。压力表在保证工艺流程顺利进行方面起着至关重要的作用，特别是在石油精炼、化工生产等较为复杂的生产环境中，精确的压力监测有助于维持设备的稳定运行，还能预防潜在的安全风险。此外，压力表的数据对于分析系统性能、优化操作参数提供了重要依据，使得整个生产过程更加高效、安全。

1.2 测温仪

在海上原油处理中，温度传感器是不可或缺的仪器。这类仪器通常具有良好的稳定性，能够在极端温度条件下工作，即使在高达1 600℃的环境中，也能保持数据的精确度。通过传感器检测温度变化，当温度升高时，传感器能快速感应并转换成电阻变化的信号，并将这些数据传输至控制系统。例如，在蒸馏过程中，温度的精确控制可以确保不同成分的有效分离，从而提高原油加工的效率和产出质量。此外，温度监控还有助于预防过热或低温带来的风险，确保设备和人员的安全。

1.3 流量测量仪

流量监控仪主要应用了差压式流量计和超声流量计等先进设备，仪器主要用于控制原油加工中原材料的加入比率，用于保证生产效率和产品质量。在实际应用中，每种仪器都有其独特的检测机理及操作要求，因此须严格遵循使用说明书，确保仪器的正确运行。除了机械和操作上的精确性外，数据的分析和解读也至关重要。正确的数据解析有助于调整生产流程，优化资源配置，从而提高整个生产线的效率。在复杂的加工环境（如温度、压力变化频繁）中，流量测量仪器需要确保稳定性及准确性，保障整个系统的稳定运行。

1.4 物位测量仪

在处理海上溢油等紧急情况时，需要时刻监测储罐液面状况。物位测量仪能够检测化学性质不稳定的化合物，从而获取准确的数据。该仪器类型较多，大致包括直读式和浮力式两大类直读式仪器提供直接的读数，便于快速判断。而浮力式仪器则能提供更为准确的测量结果。在特定场合（如极端天气或复杂的工业环境），结合使用直读式和浮力式物位测量仪能够提供更全面的数据支持。此外，面对泄漏等状况，物位测量仪准确的物位监测有助于及时响应，采取必要措施，以最小化环境影响，确保生产安全。

2 自动化仪表可靠性对海洋石油的重要性

海洋石油开采涉及多种复杂的生产工艺，自动化仪表设备可以最大限度地简化原油生产流程，加速工作流程，节省时间与人力成本，从而提升工作效率。自动化仪表可以有效记录并及时更新系统数据，通过电脑数据计算提高结果精确度，实现对运行状态下各项参数指标的准确监控，确保海上油田作业中的重复性工作可以完全交由机器实现，大幅降低人工操作的风险。

可靠的自动化仪表能够确保石油钻井、采油及生产安全，实时、精确地监控平台上生产设备的运行状况，迅速发现并处理各种异常或故障情况。仪表可以根据预设的逻辑进行快速响应和处置，从而有效保障整体作业平台的安全性与稳定性，为提升我国石油企业的安全管理水平和效率提供了坚实的技术支持。

3 海洋石油自动化仪表可靠性的衡量标准

3.1 稳定性

海上石油平台作为石油开采的核心生产基地，其内部的自动化仪表设备的稳定性，对于保障石油的高效生产、安全生产起着至关重要的作用。为了确保自动仪器的可靠运作，需要全面了解其工作原理和基本特性，综合考量工艺流程、工况特点、安全需求及外部环境，从实际应用的角度出发，分析设备与生产需求的契合程度，尤其要在不同测量原理下进行稳定性评估。通过这种方法，可以确保自动化仪表的基本性能，在保证生产安全的同时，提高原油开采的整体效率与质量。

3.2 安全性

自动化仪表的安全性是评估海洋油气开采项目整体安全性的主要参照。在规划建设工程中的自动化仪器时，必须坚持理论与实践相结合的原则，确保所选用的仪器符合生产工艺的要求。事故安全设计原则是安全仪器中的关键考虑因素，由于单一元件设计存在不同程度的潜在缺陷，为了确保海上油气井的持续稳定运行，自控系统层面上的设计必须能在单一元件发生故障时，及时将工艺引导至安全状态。事故－保险原则广泛应用于海上油气钻井平台的应急关闭系统，以确保在压力、温度、液位、流量等参数异常变化时，能够有效保护人员、财产及环境安全。然而，并非所有控制装置都具备失效保险功能，因此，在进行系统设计时，需要通过安全性较高的自动化仪表器件削弱系统整体的风险程度。

3.3 便捷性

对于自动化仪表的设计而言，不仅需要具备先进且可靠的自我诊断功能，还应注重用户友好性，确保操作者能够有效地执行相关指令，从而充分发挥仪器的性能。如果所选用的仪器操作过于复杂，作业者难以熟练掌握，这可能导致操作错误的频率显著增加，严重威胁到平台的安全性和可靠性。因此，使用便捷性也是海洋石油自动化仪表设备可靠性的关键衡量依据，易于使用的仪器更容易提升作业效率，有效减少操作风险，保障海上油气开采的安全稳定进行。

4 确保海洋石油自动化仪表可靠性的主要手段

4.1 划定安全标准等级

安全仪表系统是过程安全管理的关键组成部分，也是自动化仪表可靠性的集中体现。系统指定适当的目标安全完整性等级（SIL），在过程参数超出预定范围或脱离安全操作条件时，能够有效引导过程进入安全状态。值得注意的是，安全仪表系统仅为多层防护体系中的一环，无法独立消除所有风险。

因此，有必要落实保护层分析（LOPA），识别并评估已知过程风险，如果LOPA 指出现有保护措施不足以将风险降至可接受水平，需引入安全仪表系统。确定SIL 级别涉及复杂的技术判断，需由具备丰富经验和技术知识的专业人员负责，技术人员不仅要熟悉设备操作、安全管理流程，还需深入理解设备运行的技术支持和基本原理。SIL 的确定方法包括：①安全保护层矩阵法，用于定性理解故障隐患并提供故障分析依据；②故障树分析法，适用于故障发生后的逻辑图表分析；③改进的HAZOP 方法，旨在分析设计图纸和技术程序，以评估风险可能造成的危害性程度。无论是何种方法，其分析结果终将作为指导安全管理人员执行风险防控措施的信息支持。

4.2 编制安全要求说明

安全性需求规范关乎安全仪器系统的两大核心方面：适用性的安全功能与安全功能的完备性。适用性的安全功能指的是在面对特定的失效隐患时，所采取的应对状态，包括安全仪器系统的输入、操作设定值、系统的输出及其产生的效果。而完备性涉及安全仪器系统在事后分析中所要求的SIL 级别和故障诊断标准的匹配程度。此外，安全仪器还必须满足在试验中对品质和特性的特定需求，以确保其在实际操作中具有较高的可靠性。

4.3 重视仪表安装效果

为确保自动化仪表的有效运行，根据具体的设计规程，启动前的试验工作需要充分准备，以保证仪器运行符合安全管理的要求。具体而言，仪表的安装和调试工作涉及装置配线、供电、保护装置设定值、停机操作、旁路设置、重置操作及相关信息核查。在安装阶段，应密切参照仪表的参数设计，确保仪表使用环境能够匹配要求，再通过综合准备及精细调校，大幅提高自动化仪表的可靠性。

4.4 发挥仪表数据处理优势

自动化仪表与传统仪表设备的差距在于，其内部的线路构成极为复杂，且自动化仪表具有信息处理架构，在架构的支持下，仪表能够迅速将探测到的数据转换为其他形式的信号。得益于内置的微型计算机，自动化仪表的信息数据处理能力更加全面，这极大地提高了监测数据的准确性，确保了仪器的正常运行。与此同时，自动化仪表也带有快速检索功能，有助于减少信息错误，并对相关信息进行有效的纠正。自动化仪表具备完善的存储能力，能实时记录海上原油开采过程中的关键参数，并对电脑信息系统中的相关资料进行全面加工，为采油工作提供关键的信息支持，提升油田企业的工作效率，为安全生产带来强有力的支持。

4.5 强化仪表故障分析能力

自动化仪表通常由液晶显示屏、键盘及鼠标组成，能够实时获取整个生产流程的数据，监控人机接口和控制接口，并将相关数据有机地整合，记录各种仪器的内部运行状态，为后续的分析回顾提供便利。利用仿真制造和解析的方法，可以在平面上直观地展示人体运动，提高人机交互的便捷性，并提升特定接口的加工水平。通过将自动化技术与其他技术相结合，能够实现对自动化仪表的综合管理，为平台的稳定运行奠定坚实的基础。考虑到仪表的结构复杂，仪器的敏感度较高，因而在维修过程中经常会遇到各种问题，对此必须对设备的状态进行深入分析，以便高效地进行故障检测，并利用适当的设备进行自动调试，从而实现对整个系统的全面诊断，在提高维修效率的同时，确保设备运行的稳定性和安全性。

5 海洋石油自动化仪表的发展趋势

海上石油开发若发生安全事故将导致巨大损失，因此，未来自动化仪器的发展将以提高海上石油工业安全为核心，努力最小化各类风险事件的发生概率。

现阶段，在我国产业发展进程中，自动化设备的应用领域日益广泛，海上油田的自动化设备正朝向智能化发展。目前国内使用的部分仪器设备操作繁琐，功能未能完全满足特定需求，常需多种仪器联合使用。因此，未来发展趋势将是仪器结构简化并增强功能性，智能化与自动化技术的融合程度将持续深化，推动仪器技术革新，优化内部结构。在提升自动化仪器功能方面，将主要依赖当前的信息科技，但随着电脑技术的发展，自动化仪器在未来的进程中，将结合通信技术与微电子技术，走向更高级的智能化。同时，电子信息技术的发展也大幅简化了自动化仪器在各个领域的应用，使得操作过程更加高效和安全。客观来看，在未来的发展中，自动化仪器将成为海上石油工业安全、智能、高效运作的关键，为整个行业的技术进步和安全生产提供强有力的支持。

6 结束语

在日渐成熟的信息技术的推动之下，海洋石油自动化仪表已然成为提高生产效率、保障作业安全的关键，相关设备不仅在精确监控和数据处理方面展现出卓越性能，还可以通过智能化管理、操作简化流程，极大地减少人力成本及操作风险。在未来，随着信息技术与自动化技术进一步融合，海洋石油自动化仪表的应用也将更为广泛，相关技术创新也将进一步推动海洋石油领域的发展，为国家经济的进步贡献更大的力量。

参考文献

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