工艺流程系统性风险分析案例

朱晓明（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）

工艺流程系统性风险分析案例

朱晓明（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）

本文从现场实践经验出发，总结了几种工艺流程系统性风险的分析方法，并给出简易的定量分析模型，尝试从工艺系统整体的角度来分析产生问题的关键性原因，并制定针对性的措施将系统运行风险降低。

系统风险分析，设备关键程度，关键节点，系统反应时间。

1 系统风险分析背景

1.1 系统风险分析的必要性

随着运行工况的变化、用户的增加或是输送介质发生了改变，工艺流程需要经过多次改造。在这个过程中可能会慢慢积累比较明显的运行风险，此时单一的故障就可能引起较大范围的故障。因此定期进行系统风险分析显得尤为重要。

1.2 系统风险分析的方法

总结现场经验，系统风险分析的方法可以总结有压力系统识别、设备关键程度分析、关键节点分析、关键逻辑梳理、安全部件分析等。

从现场系统运行的角度来看，设备的故障率（R）和设备故障后的紧急程度（E）对于系统有效运行的影响最大。通过采取有效的措施使参数E和R的等级降低，可以使设备关键程度降低。

系统风险消除的方法有工艺流程优化改造、逻辑修改、控制时间优化、介质流向控制（如利用单流阀）、最优处理量设计（如核算最优管径）等。

2 系统风险分析案例

2.1 W平台天然气系统概况

图2 -1W平台天然气系统流程示意图

W平台天然气系统接收本平台和其它平台的伴生气，通过压缩机压缩后供给本平台透平发电机、注气系统、气举系统使用，同时外输到终端和邻近的平台A/C/D。

该平台天然气系统存在多个压力等级（上图中已标出）。从上图可以看出，与各个天然气用户联系最多的为29公斤（2.9Mpa）压力系统。

2.2 故障发生情况

某日W平台天然气压缩机发生一次关停。起因为临近的A平台的天然气压缩机系统突然停机，A平台的透平发电机用气完全转到了相邻的W平台天然气系统。随之W平台天然气系统发生压力低报警，三分钟后低报得不到缓解，该平台压缩机系统出口压力低低（2100KPa）关停，16s后注气压缩机关停。A平台透平进口燃料气压力低低转油。

该案例中单个设备的故障导致了整个天然气系统均有波动直至部分停机，所以初步判断该系统存在比较明显的系统风险。

2.3 关键节点分析

针对29公斤压力系统（图2-1），重点识别该系统中的各个节点，可以看出3号节点为关键节点，该处节点前后可能影响到的单元数达到了8个（下表）。

表2 -1天然气系统节点处设备单元数量

2.4 设备关键程度分析

依次评估天然气系统中各设备的故障率（R）和停机后紧急程度（E）如下：

表2 -2W平台天然气系统设备关键程度评估

将上表中各设备的评估结果建立设备关键程度矩阵如下，可以看出位于最右上方的设备1和设备3为关键程度最高的设备。

图2 -2 W平台天然气系统设备关键程度矩阵

2.5 系统反应时间分析

传感检测以及电缆传导的时间一般为毫秒级可以忽略不计，因此改造优化的对象为压力在管线中传导的时间和现场阀门实际动作的时间。

查看故障记录，同一时间内一级分离器的压力（2725Kpa）与天然气压缩机出口压力（2100Kpa）有明显的差距，因此压力传导时间可能因为某些原因导致偏长。天然气压缩机停机后，注气压缩机的供气没有尽快完成切断，高压天然气压力进一步降低。因此需要提高阀门的动作时间或者修改控制逻辑实现提前动作。

2.6 系统风险优化方案

(1)提高上游稳定性

通过流程改造增加高压气供给来源，确保在压缩机关停状况下透平用气安全。

(2)改善下游用户的相互影响

在3号关键节点处增加缓冲罐，起到应急放空和压力缓冲的作用。

(3)修改逻辑保障关键设备

A平台和W平台的透平发电机的重要性都比较高，可以通过修改逻辑在应急情况下关停注气系统，保障发电机供气。

(3)缩短系统反应时间

增加缓冲罐或者将管线截弯取直可以使压力信号控制更加直接，缩短系统反应时间。加强阀门的维保和逻辑梳理，也可以起到缩短系统反应时间的效果。

(4)降低设备关键程度

a加强发电机共享电网管控；提高转油及柴油启动的成功率。

b增加压缩机并联运行数量提高系统可靠性。

c流程隔离。将透平燃料气系统和其它用户隔离，使3号关键节点的重要程度大幅降低。

2.7 运行效果评价

通过以上优化措施，系统整体运行压力稳定性得到大幅提高，未再出现透平转油或掉电事件。但系统仍然存在改进空间：

a当天然气压缩机停机信号故障，则无法完成注气系统连锁停机。若增加故障停机条件判断，逻辑会更加复杂。在高压天然气系统设置压力开关来控制注气压缩机提前停机，可以基本消除停机延迟时间。

b忽视了外输天然气的保障，气量波动大时可能会造成下游装置停产。

3 结语

系统风险分析的重点是通过定性和定量分析的办法找出关键节点和重点设备。降低系统风险的首要目标是采取措施使节点和设备的关键程度降低。同时也要避免非关键因素升级为关键因素。系统改造之后还要重新做一次评估，并重新制定应急预案。

[1]W平台PID图册，2015年版.

[2]W平台设备维修台账，2016年版.

[3]W平台和A平台某日故障报警记录.