海洋石油平台自控仪表系统的安全设计

王健

摘要：随着我国社会经济的发展，能源需求日益增加。海洋石油开采量在市场需求的压力下不断快速增长，海洋石油平台处于特殊的环境当中，对自控仪表系统的安全系数提出了更高的要求。基于此，本文就海洋石油平台自控仪表系统的安全设计进行分析与研究。

关键词：海洋石油平台；自控仪表；安全设计

中图分类号：S611文献标识码： A

引言：

海洋石油动力平台电力系统作为平台的核心，其好坏对平台能否工作起着至关重要的作用。为了提高海洋石油生产过程的安全性，关键装置上大都安装了安全仪表系统。在安全仪表系统的设计中，要求遵照IEC61508、IEC61511及AN-SI/ISAS84．01等国际安全标准，对工艺装置、工艺过程进行故障分析，采用风险评估确定所需的安全仪表功能的安全完整性等级，这样设计的安全仪表系统才能使安全仪表功能满足处理相应的事故。

一、我国海洋石油平台工业技术现状

我国海洋石油工业经历了50多年的发展历程，实现了突破性的发展，尤其是在1982年中国海洋石油总公司成立之后，我国海洋石油工业从合作开发走向了自主研发，逐渐建成了45个海上油气田，建造93座固定平台，并自主开发200m以内海上油气田的技术能力。

目前，我国海洋石油总公司已拥有了强大装备的大型海上起重铺管船，其中有3艘钻井装备作业达到水深300m以下，最大钻探水深可达500多米；大型的起重铺管设备的起重能力达到3800吨。近年来，我国海洋石油启动深水钻井、铺管装备等方面的研究，其中，FPSO建造速度和建造质量逐渐达到国际先进水平。

二、我国海洋石油装备的发展差距

近些年，我国在海洋石油平台方面取得了长足的进步和发展，但就我国海洋石油钻采装备技术的发展而言，与国际水平相比还存在差距。

（一）我国海洋石油平台的装备专业化程度较低

与国际发达水平相比，我国海洋石油平台的装备专业化程度较低，尤其是集团化、国际化的程序较差，大多数企业在技术投入上较少，自我创新意识不强。尤其是在常规陆地钻采、特殊地域钻采、海洋水上、海洋水下等全方位、全地貌的各种类型石油钻采设备产品的研发方面，技术和经验能力不足，导致我国海洋石油开采技术水平相对较低。

（二）我国海洋石油平台装备的配套能力相对较差

相对于海洋石油平台装备的配套国际水平而言，无论是在动力上，还是在控制和设备配套能力等方面，均存在较大差距。例如，就我国目前所使用于内钻机上的柴油机、变频器以及机械化工具等，基本上是从国外进口；在海洋钻井控制系统方面所使用的钻杆、隔水管、海洋水下设备的自动输送、安装等设备，在国外以及具备了良好的使用，而在我国国内则处理研究阶段。

（三）海洋石油平台装备的机构较少，投入不够

目前，我国还没有具备十分专业的分布面广、系统研究性较全面、综合能力强的海洋石油装备研究机构，在石油钻采装备及钻井工艺方在装备技术投入方面，关键试验设施、设备及软件技术相对缺乏；从事专业研究的技术人员较少，科研投入不足；我国企业和油田的抗风险能力较差。

二、海洋石油平台自控仪表系统的安全设计

（一）电缆通道设计

电缆通道应该选择在距离平台热源和油管线比较远的位置，如果受到场地因素的限制，电缆通道与热管线交叉，则两者之前需保持一定的安全距离，并采取措施进行防护，譬如电力电缆、通信电缆、自控电缆，需要以分层敷设的形式，将高压电力和低压电力严格分开。尤其是高压电缆，要尽量与通信室、起居室等保持安全距离，并视情况选用电缆筒，同时按照防水和防火的要求，保护好穿过舱壁的电缆。

（二）设备位置布置

电气设备的布置位置，有室内布置和室外布置两种类型，前者主要布置在配电室、主控室内，同时也是电气设备位置布置的重点。其中配电室的电气设备，主要有盘柜和电箱两种，均需要按照设计标准规范要求，所选择的位置便于设备的操作和维修，并且在电气设备的上方，不能够穿越油管、水管和蒸汽管等，因为这些管线一旦泄露，将对设备产生极大的威胁。除此之外，设计时候还应该划分出危险区域，在这些区域布置电气设备，要求达到一定的防爆等级，并采用防爆挠形管等进行保护。

（三）电缆敷设

电缆的敷设，其走向控制室设计重点，并在敷设的同时，安装导线板、电缆框和电缆桥架等，按照设计图纸的要求，控制好电缆及其他设备的规格和型号等。如果电缆需要穿越舱壁或者甲板，则需要在舱壁和甲板等之上钻孔，但为了避免钻孔对舱壁或者甲板造成损伤，要求控制好钻孔的大小和位置，按照防水和防爆的要求，采用电焊和气割的方式，焊接桥架、导线板、电缆框等。

（四）自拉仪表系统的设计

海洋石油平台自控仪表系统接地设计的原则及注意事项可总结为以下几点:

1.对于海洋石油平台自控仪表系统工作接地设计，同一个屏蔽层、信号回路、排扰线接地时不能有一个以上的接地点，以避免形成海洋石油平台自控仪表系统地电位差，给海洋石油平台自控仪表系统带来干扰和不安全因素。如果不可能避免海洋石油平台自控仪表系统多点接地，在海洋石油平台自控仪表系统中则应当用导线将多个接地点连接起来，以消除地电位差。

2.海洋石油平台自控仪表系统接地系统设计中，海洋石油平台自控仪表系统不同的接地子系统应遵循相互独立的原则，即在海洋石油平台自控仪表系接地总干线之前不应混接，对于海洋石油平台自控仪表系统单独设置接地体的接地系统，宜分别接到不同的海洋石油平台自控仪表系统接地体(接地电极)上。

3.海洋石油平台自控仪表系统接地电阻是接地系统中的一个非常重要的数，电阻值越低说明接地性能越好，其值不能高于4几。此外对海洋石油平台自控仪表系统接地导线的截面积、导线的连接方式接地连接点的选择也要进行严格设计。

4.于钢质结构平台，海洋石油平台自控仪表系统的保护接地工作接地均可直接连接在海洋石油平台上，但两点不得连在一起。

5.缆托架宜16m做一个接地，屏蔽电缆的屏蔽层必须接地。

6.地线宜选用多股铜线，对于海洋石油平台自控仪表系统的接地，应采用独立的接地极。

7.保护接地应牢固、可靠、可通过接地干线连接到电气接地网上，也可以直接与钢结构连接；一般来讲，使用DC24V为电源的现场仪表、变送器等无特殊要求的可不作保护接地。

8.海洋石油平台自控仪表系统现场接地绝不能利用储存、输送可燃性介质的金属设备、管道以及与之相连的金属构件接地。

9.在海洋石油平台自控仪表系统接地系统设计中，不同的海洋石油平台自控仪表系统接地子系统应当遵循相互独立的原则，即在海洋石油平台自控仪表系统接地总干线之前不应当混接，对于单独设置海洋石油平台自控仪表系统接地体的接地系统，宜分别接到不同的接地体(接地电极)上。

（五）防爆防护设计

根据爆炸形成的原理，当可燃性混合气体中的可燃物的比例低于爆炸下限时，不会形成爆炸，但可能形成燃烧；当混合气体中的可燃物的比例高于爆炸上限时，虽然理论上不会产生爆炸，也不会形成燃烧，但是，若再混进一些气体，则极易形成爆炸性混合气体。所以当可燃物的比例高于爆炸上限时也是一种非常危险的情况。

防爆、防护设计就是选择可以消除形成爆炸和燃烧条件的自控仪表，通过消除火源、密闭可燃物、隔离空气而达到防爆防护的目的，从而提高平物、隔离空气而达到防爆防护的目的，从而提高平台整体的安全性。

海洋石油平台自控仪表系统可根据石油平台火灾危险区的等级和范围、危险区内气体的级别和组别及有关的安全数据进行选择，除了选择适当的海洋石油平台自控仪表系统防爆型式之外，还要选择适当的结构防护型式，以适应环境的要求。若危险区具有多种爆炸性混合物时，则应当根据最易引燃的物质进行选择。

（六）其他建议措施

整个海洋石油平台按照图纸严格设计，除了以上的设计建议，以下几方面的安全措施，需要作为设计工作的辅助补充。一方面是安全设计理念的加强，海洋石油平台电气设备设计的专业性，要求在设计的同时，提高设备的安全性能。设计人员应该在参详设备设计标准的基础上，融入安全设计理念，并根据海洋石油平台对电气设备的性能需求，对电气设备的安全标准进行适当调整。另一方面是安全设计能力的提高，随着海洋石油平台电气设备功能的增加，设计人员需要在兼顾功能实现的基础上，不断研究开发出新的安全保护措施，从侧面要求设计人员要进一步提高设备安全设计的能力。

三、结束语

海洋石油平台的安全仪表系统，作为海上平台生产的最重要的保护屏障，它的可靠性与安全性直接关系着海上的安全生产与运行。正确遵循标准对设计好的安全仪表系统进行评估计算，对不满足要求的系统及时进行改进，可以有效地保障人员和生产设备的安全，保证海洋石油平台生产的安全稳定运行。

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