引言

中國渤海海域石油平臺上，應急關(guān)斷系統一直是保障平臺安全的重要器官，他通過(guò)對生產(chǎn)裝置可能發(fā)生的危險或不采取措施將繼續惡化的狀態(tài)進(jìn)行響應和保護，使生產(chǎn)裝置進(jìn)入一個(gè)預定的安全停車(chē)工況，從而使危險降低到可以接受的#低程度，以保證人員，設備，生產(chǎn)和裝置或工廠(chǎng)周邊社區的安全。為了達到上述功能，現場(chǎng)配合應急關(guān)斷系統完成關(guān)斷的現場(chǎng)儀表就顯得尤為重要�，F場(chǎng)儀表這幾年在使用上，變送器需求逐年增加，開(kāi)關(guān)量?jì)x表卻在下降。這種現象發(fā)生的背后，并非偶然，而是根據工藝油藏以及規范要求使然。

 

1　應急關(guān)斷系統概述

應 急 關(guān) 斷 系 統（ESD），Emergency ShutdownDevice（圖 1）。該系統在海上平臺上使用，根據平臺安全等級分為四級關(guān)斷�，F場(chǎng)儀表主要涉及第三，四級關(guān)斷。它通過(guò)對現場(chǎng)參數數據采集，實(shí)時(shí)對生產(chǎn)工藝進(jìn)行監測并作出動(dòng)作，包括數據處理，工藝畫(huà)面顯示，報警，歷史趨勢，打印報表等。

（1）現場(chǎng)儀表分類(lèi)。平臺上常見(jiàn)的現場(chǎng)儀表有溫度表、溫度變送器、壓力表、壓力變送器、流量計、分析儀，以及調節閥、有執行機構的關(guān)斷閥、電磁閥等。這里主要討論實(shí)現遠傳信號實(shí)現信號反饋的儀表（開(kāi)關(guān)量?jì)x表和變送器）。

（2）開(kāi)關(guān)量?jì)x表。開(kāi)關(guān)量是在時(shí)間上連續，在幅值上是二值化的量。

 

開(kāi)關(guān)量的位式作用 ：開(kāi)關(guān)量變量值的數目，一般只取限的數目。如“二位”開(kāi)關(guān)的通斷，“三位”電動(dòng)機的正轉反轉和停轉等。平臺上使用的開(kāi)關(guān)量測量?jì)x表包括過(guò)程變量開(kāi)關(guān)（主要討論）、手動(dòng)開(kāi)關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)等。應急關(guān)斷用的開(kāi)關(guān)量測量?jì)x表，正常工況下，觸點(diǎn)應處于閉合狀態(tài) ；非正常工況時(shí)，觸點(diǎn)處于斷開(kāi)狀態(tài)。這類(lèi)儀表在海洋石油平臺上特定場(chǎng)合使用的很多，比如壓力容器中的流體需加熱，則應設高溫安全裝置 TSH（temperature switch high）以便當工藝流體超溫時(shí)切斷熱源 ；再比如出油管線(xiàn)上都設置 PSH（pressureswitch high）、PSL（pressure switch low），在檢測到異常高壓或低壓時(shí)關(guān)斷油井。

開(kāi)關(guān)量?jì)x表的參數，包括測量范圍和設定值通常出廠(chǎng)前便已確定，并且后期調整很麻煩，可見(jiàn)無(wú)論是換件還是調節校驗都并不方便。

 

（3）變送器。變送器是把傳感器的輸出信號轉換為可以被控制器或者測量?jì)x表所接受標準信號的儀器。變送器使用的模擬量采用 4~20 mA 或 0~10 V 信號傳輸，而 4~20 mA 信號由于其長(cháng)傳輸距離和抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)被海上廣泛應用（圖 2）。

 

ESD 系統中涉及的現場(chǎng)變送器以壓力，液位變送器為主，還有少量的溫度變送器。因為可以直接傳輸具體參數，使用起來(lái)很方便，就應急關(guān)斷系統而言，能使用的地方就很多了，比如關(guān)斷閥閥后壓力（PT），生產(chǎn)撬塊壓力容器的液位（LT），測試加熱器出口溫度（TT）等等，使用非常廣泛。

變送器的測量范圍從選型上開(kāi)始初步設定，后期亦可以通過(guò)手操器等設備修改或修正，所以使用起來(lái)可以根據工況進(jìn)行一定范圍的調節，所以只要在硬件范圍量程內，通過(guò)設定量程便可更改和校正測量范圍。在渤海海域，開(kāi)關(guān)量?jì)x表的使用率在逐年下降，而相對變送器的使用量在逐漸上升，就以下幾點(diǎn)簡(jiǎn)單分析下原因。

 

2　成本

開(kāi)關(guān)量?jì)x表的成本大致上是同類(lèi)型號的變送器的四分之一到五分之一，性?xún)r(jià)比高，但是在安裝調試工作量上略高于同類(lèi)變送器。

 

3　量程和精度

以壓力開(kāi)關(guān)為例，壓力開(kāi)關(guān)一般能夠提供一個(gè)大概的壓力值#高的精度等級也就 2.5 ，而壓力變送器將壓力轉換成電信號后輸出，精度可以做到 0.5 級。壓力開(kāi)關(guān)的量程區間是有限的，而變送器則能根據現場(chǎng)情況隨意調整。變送器切換差比開(kāi)關(guān)量?jì)x表更小。

 

4　可靠性

就單個(gè)儀表而言，開(kāi)關(guān)量?jì)x表和變送器的對比基本就是機械和電子設備的對比，開(kāi)關(guān)量?jì)x表對于電磁干擾會(huì )更不敏感，可靠性能更高。但就 ESD 系統而言，開(kāi)關(guān)量?jì)x表幾乎無(wú)法進(jìn)行任何的診斷，而變送器則可以進(jìn)行相關(guān)診斷。

 

簡(jiǎn)單舉例 ：

假設有 3 個(gè)壓力開(kāi)關(guān)（PS1、PS2、PS3）。

 

PS1 損壞，PS2 和 PS3 正常，但是控制系統診斷不出這種狀況，此時(shí)發(fā)生壓力超限，結果 PS2 報 0，PS3報 1（高限動(dòng)作），因為 PS1 損壞，一直送 0，所以 2 個(gè)0 比對 1 個(gè) 1，表決結果是 0，ESD 不動(dòng)作。假設有 3 個(gè)變送器。

 

3 個(gè)變送器一直在送 AI 信號 給 ESD。shou先每路 AI都要先做高限判斷，在 CPU 內部生成一個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)。就像壓力開(kāi)關(guān)的輸出一樣。#終表決拿這個(gè)點(diǎn)去執行邏輯。其次，可以將 (PT1_PV + PT2_PV + PT3_PV) /3 =PSP_PV。這個(gè)平均值可以不停的跟 PT1，PT2，PT3 作比較，偏差過(guò)大的值應該是不正常的。這樣以判斷 3 個(gè)變送器的好壞。

 

很多的智能變送器，還帶有自身的診斷信息。以方便檢測 變送器的好壞。

 

假如某變送器斷線(xiàn)，值送 0，系統馬上就可以判斷出來(lái)。壓力開(kāi)關(guān)斷線(xiàn)只能認為壓力開(kāi)關(guān)沒(méi)動(dòng)作而不知道是斷線(xiàn)了。壓力變送器過(guò)壓或者膜盒損壞，但是沒(méi)斷線(xiàn)，可能會(huì )一直送#大值，但是會(huì )有診斷信息送給系統。這個(gè)時(shí)候，系統也可以針對處理。

 

5　后期維護

（1）油田中的油氣是一直開(kāi)采中的，地底壓力是在不斷下降的，但是我們還是需要一個(gè)相對穩定的產(chǎn)量，這就需要現場(chǎng)儀表跟隨環(huán)境的變化而相應修改量程。由于開(kāi)關(guān)量?jì)x表可調范圍小，調試工藝復雜，在油田生產(chǎn)中后期必然會(huì )產(chǎn)生較高的費用。而且如果要求改的量程超過(guò)開(kāi)關(guān)量?jì)x表可修改的量程，那只能更換現場(chǎng)儀表。但變送器則能根據現場(chǎng)情況隨意調整量程。

（2）渤海海域冬季氣溫較低，如使用開(kāi)關(guān)量?jì)x表則容易出現凍堵 卡堵現象。變送器則沒(méi)有這個(gè)顧慮。

（3）開(kāi)關(guān)型儀表的調教要遠比變送器復雜。在海上平臺實(shí)際使用中，變送器的優(yōu)點(diǎn)明顯高于開(kāi)關(guān)量?jì)x表，目前海上平臺使用的儀表大部分也是變送器，使用變送器已經(jīng)變?yōu)橐环N趨勢，但目前還有幾個(gè)問(wèn)題仍對這種趨勢有一定的影響。shou先就是在平臺規范中，明確寫(xiě)到“一次儀表應使用開(kāi)關(guān)”。再者，在平臺使用的變送器絕大部分要求具有 SIL（Safety Integrity Level）認證，這就無(wú)形中提高了變送器的使用價(jià)格。