关键关断信号逻辑处理在油田中的应用

代齐加，肖宇，孙尧尧

（中海石油（中国）有限公司 天津分公司，天津300459）

某油田负责处理和外输上游7个油田、17座采油平台的产出原油，日外输原油超过1.6×104m3，是整个生产区域外输枢纽［1- 2］。紧急停车系统（ESD）是油田安全稳定生产的重要保障，但受现场环境、设备稳定性等因素的影响，其误动作不可避免。一旦关键关断信号出现误报警，将导致不同程度的油田群停产，引发较大的产量损失和溢油风险。因此，该油田关键关断信号的稳定性在油田安全生产过程中至关重要。

1 紧急停车系统

ESD是一种专用的安全保护系统［3-4］。由于海上油气田设备、人员高度集中，且燃气泄漏及火灾风险较高，通常都设置专门的ESD。ESD作为仪表控制系统的一部分，用于实时监控海上油气田的生产全过程，一旦出现非正常工况，第一时间进行报警并经过系统自动控制，将不安全因素控制在最小的范围内，保障海上油气田的生产安全及人员、设施的安全。该油田ESD可划分为以下4个等级：

1）一级关断。一级关断是弃平台关断，主要考虑海上重大自然灾害以及无法控制的火灾或爆炸，需要人员立即撤离，将关断所有生产油井、装置设备、外输管线以及电力系统。

2）二级关断。二级关断是火灾或者天然气泄漏关断，将关断整个生产系统及其附属设备，避免火情或者天然气泄漏的进一步扩大。

3）三级关断。三级关断是生产关断，主要考虑关键设备超高液位、超高压力等因素，关停生产设备，避免更大的安全风险。

4）四级关断。四级关断是单元关断，考虑单井或单台设备出现风险，且其风险评估可控时，为不影响整体生产，可将单个井组或部分生产装置关断，而不影响其他井组及生产设备的正常运行。

2 “三取二”逻辑原理

“三取二”逻辑，是指在控制程序中配置功能完全相同且独立的3个模块输出信号到同一个表决模块上，每个模块分别对输入信号进行处理计算，计算结果通过表决模块进行比较，若有2个达到要求，则触发相应表决［5］。系统实时检测3个模块的状态，当系统中任意1个或2个模块故障时，通过表决模块计算系统自动从“三取二”方式切换至“二取一”、“一取一”方式。如果3个模块中有1个误动，另外2个处于正常状态，经过“三取二”逻辑模块后仍然不能输出关断信号；如果3个模块中有1个应该动作却没有动作，只要另外2个正常而且动作，经过“三取二”逻辑模块后仍然能正常输出关断信号。该技术很大程度上避免了关断信号误动作，有效地提高了系统的稳定性和安全性［6- 7］。

3 实际应用

为减少检测仪表因关断信号异常导致的生产关断，选取生产流程中易发生故障且影响较大的部分三级关断信号和四级关断信号共计15个，进行“三取二”逻辑技术改造。以原油缓冲罐为例，在设备上的2个浮筒式液位计上下法兰处增加三通，并入新增的用于ESD的差压式液位变送器。该设备的液位高高、低低均有3个检测信号，当3个检测信号中有1个或2个故障时，不影响设备的安全运行，逻辑表决自动从“三取二”方式切换至“二取一”或“一取一”模式。当仅有1个信号误动作，在“三取二”模式下，仅触发中控报警显示，并不会触发相应关断结果，当有2个及2个以上信号达到报警值时，经投票确认触发相应关断。某油田原油缓冲罐液位监测系统改造前后关断逻辑关系见表1所列。

表1 某油田原油缓冲罐液位监测系统改造前后关断逻辑关系

4 结束语

该油田首次将多个模块结果输入到同一个表决模块，通过“三取二”逻辑表决，将该技术大规模应用于ESD，大幅降低了关断信号误动作的可能性，适应海上相对恶劣的自然环境，系统可靠性和安全性得到提升。该技术改造措施相对简单，有效解决了信号误动作的难题，有一定的推广价值。