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第二篇海上油气田工艺设计第七章 P&I图设计第一节一般要求一、P&I图的定义P&I图，英文全称为PIPING & INSTRUMENT DIAGRAM(P&ID)，即工艺管线和仪表图。
海上油气田开发工程项目在进入到基本设计阶段，工艺专业设计人员要在项目前一阶段所设计的工艺系统流程图(PFD –PROCESS FLOW DIAGRAM)和公用系统流程图(UFD –UTILITY FLOW DIAGRAM)的基础上进行P&I图的设计。
P&I图不仅要表达平台工艺或公用系统的流程，还要按正常生产、开工、停产等工艺要求表示出所有的设备、管线、阀门和仪表及控制系统的状态，它是工艺专业和相关专业之间数据和信息传递的载体，是基本设计阶段工艺专业的主要文件，也是工艺及公用系统设备采办、建造、安装、调试及投产的指导性文件，是仪表等其它专业开展具体工作的基础。
P&I图的设计由工艺专业人员来完成，但在设计过程中需要与仪表专业人员进行沟通。
二、一般要求对P&I图中所表达内容的一般要求如下:1．所有设备及设备的名称和标识、操作和设计条件、处理能力、尺寸或容积、热/电负荷及功率等。
2．所有管线及管线的标识、介质流向、保温伴热、压力等级和界面划分等。
3．所有阀门（包括手动阀、仪表控制阀、安全阀、自动关断和放空阀）及阀门的标识、尺寸、开/关状态等；管件及代号等。
4．所有仪表及仪表的标识（包括就地控制盘）、控制回路和数据采集链路等的信号关系、控制和关断的设定点和报警点的上下限等。
三、P&I图图例P&I图图例(P&ID LEGEND)是对P&I图中所表示的所有设备、管线、阀门及仪表等的图形符号和文字(英文字母和数字)代号以及编号方式等的统一规定，它作为图形文件列于P&I 图图纸中，也可作为项目的统一规定列于项目的总规格书中，是P&I图的设计规定和设计基础。
179安全仪表系统主要涉及到了传感器以及输入电路，同时其中还有逻辑控制器以及输出电路，等等。
其本身起到的作用主要是在出现故障的时候，把存在的危险源以及系统彼此的联系进行切除，使得工艺流程可以被合理的控制在安全的状态里。
按照测量的具体参数去进行分类，传感器其自身主要被分成了压力和温度，以及流量与液位四种;输入的输出信号主要涉及到了模拟和数字输入以及模拟与数字的输出等;逻辑控制器通常运用的都是PLC去对控制功能给予有效的实现;而终端元件其中主要牵扯到的是将阀以及电磁阀，还有电机与泵等给予关闭。
1 分析海洋石油平台安全仪表系统的设计与运用在设计以及对海洋石油平台安全仪表系统进行使用的时候，需要去对电缆通道和布置电气设备以及敷设电缆等进行设计，使用这样的方式去对海洋石油平台安全仪表系统自身的运用基础给予奠定。
1.1 设计电缆通道在对电缆通道进行设计的时候，需要把电缆通道自身所处在的位置合理的设置在和油管线以及海洋石油平台相对距离远一些的位置。
假如碰到了特殊场地等因素，热管线以及电缆通道则需要进行交叉的使用，那就一定要对防护热管线以及电缆通道彼此的安全距离给予保证，例如自控电缆和通信电缆，以及相关的电力电缆等等，并且这些电缆之间都应该分层的进行敷设，使用这样的方式去对低压电力与高压电力得到分离。
尤其是对于高压电缆所进行的敷设要需要能够极大限度的和起居室以及通信室之间形成一定的距离保障安全，同时还需要积极的进行好相关的安全与防护措施。
1.2 布置电气设备在安排电气设备时可以进行室内和室外布局。
室内布局主要包括主控室的布置和配电室的布局，电箱和机柜是配电室的主要电气设备。
配置配电室设备时，需要选择便于设备维护和操作的位置，其设计必须符合相应的规范和标准。
另外，如果将电气设备放置在海上石油平台的危险区域，必须采取保护措施，达到安全防爆等级，并使用防爆软管提高安全水平电气设备。
1.3 敷设电缆设计海上石油平台趋势的关键是铺设电缆。
SCIENTIST 39随着社会经济的发展和进步，人们对石油资源的需求日益增多，而海洋中的石油资源非常丰富，越来越多的勘探平台相继建立起来。
与传统的仪表系统相比，自动仪表控制系统在降低劳动强度、提高开采效率上占有很大优势，应用 愈来愈多。
现阶段，不论是设备材质，还是工艺技术，都有了极大进步，但因为海洋石油开采带有危险性，所以对自控仪表系统的安全相当重视，必须对其进行科学设计，使得整体安全性能得到提升。
1 海洋石油平台自控仪表系统防爆安全设计在海洋石油平台勘探过程中，除了石油蒸汽，还有大量的天然气资源，而这些可燃性气体一旦与空气接触，极易发生爆炸。
从爆炸的理论上来看，可燃气和空气接触，达到一定的比例时，或者温度达到燃点时才会爆炸。
如果可燃气体的比例较小，没有超过爆炸点的界限，一般而言是安全的，不过可能会出现气体燃烧现象。
若可燃气体比例太大，超过爆炸的极限时，通常也不会爆炸，但若有其他可燃气体掺入，爆炸的可能性就会大大增加。
因此，为了降低爆炸事故发生率，必须减少可燃气体的比例。
自控仪表系统安全设计中应当重点考虑，严格按照国家规定的安全标准进行设计，从内部结构、防爆技术等多方面提高仪表系统的安全性。
常见的防爆设备有以下几种类型：1）本质安全型。
可燃气体需要达到一定的燃点才会爆炸，而仪表系统在正常运行中会产生热量，甚至会因电路故障而出现火花，从而引起爆炸。
所以为防止这种情况发生，可对其热量散发、电火花等加以控制，比如优化电路结构并对其进行分隔，限制仪表的电压电流值，选择优质的元器件，使得可燃气体达不到燃点，自然就不会引起爆炸。
2）隔爆增安型。
采取良好的隔爆结合面结构，或者对外壳进行加固处理，提高仪表设备的密封性。
还可以采取一些安全防范措施，提高仪表的安全性，包括电气隔离、温度隔离、接线端子放松等常用措施。
3）通风充气型。
相比较而言，此类技术较为复杂，利用的是惰性气体和空气交换的原理。
我们知道，当有气体混入可燃气体时，极易发生爆炸。
海上石油平台仪表气管道的设计发布时间：2022-10-30T06:48:23.193Z 来源：《工程建设标准化》2022年6月第12期作者：范轶铮[导读] 海洋石油作业中常用海上石油平台，其中的仪表、线管、气管等需要同时发挥自身的作用，才能维持平台的正常生产。
范轶铮中海石油（中国）有限公司天津分公司天津 300452摘要：海洋石油作业中常用海上石油平台，其中的仪表、线管、气管等需要同时发挥自身的作用，才能维持平台的正常生产。
平台内包含诸多类型的设备、机械等，其动力来源便是仪表气，而仪表气的应用离不开管道的运输，证实了仪表气管道设计工作的关键意义。
在当代工业发展新局势下，海洋石油工业迈上了新的阶梯，设计人员更要做好仪表气管道的设计、布置工作，促使海洋石油各项工作能够顺利开展。
鉴于此，本文围绕海上石油作业的实际情况，概述了海上石油平台与仪表气的两方面内容，说明了仪表气供气系统的四个层面，详细分析了仪表气管道设计工作中的五个方面。
关键词：海上石油平台；仪表气；管道；设计；分析引言：仪表气管道设计的科学性，是保证海上石油平台内生产设备稳定运转的关键标准，且平台的各项生产活动与其中的公共设施、仪表设备等具有直接联系，仪表气管道则承担了为各项设备提供气体支持的作用，使维持海上石油平台可靠运转的关键设备。
因此，设计人员要对海上石油平台的生产设计加以重视，尤其是仪表气管道的设计，更要严格设计管道的整体布局，保证管道设计满足国家标准，助推海上石油平台内所有作业的平稳进行，使平台内各项设备都能拥有稳定的气源。
1海上石油平台与仪表气的概述1.1海上石油平台的种类作为海洋石油作业中的重要设施，海上石油平台担任了石油开采与开发的重要角色。
海上石油平台属于岛形桁架建筑物，是一种构造高出海平面的水平台面，主要分为固定式、浮式两种，使用目的在于石油生产，如海底石油开采和其他相关生产活动等。
固定式平台在应用期限内，位置不会发生变化，结构为承台、桩式平台，后者为差异性材料制作而成的桩基。
第四篇海上油气田仪电信系统设计第十一章海上油气田仪控系统设计总则第一节海上油气田仪控系统的组成仪表控制系统是海上油气田开发工程中的关键环节之一，它是海上油气田各种开发设施的大脑和安全卫士，仪表控制系统一方面连续检测和控制海上油气田各种生产、公用设备的正常运行，另一方面又对各种意外事故进行时时监测，一旦出现意外问题，第一时间进行报警并经过系统逻辑自动地处理控制，以便将不安全的因素控制在最小的范围内，从而保障海上油气田的生产安全，确保人员、设施的安全。
只有仪表控制系统发挥良好的功能才能保障海上油气田得以顺利的开发。
随着现代仪表控制技术的高速发展，目前我国的海上油气田仪表控制系统大多采用集中监视管理、分散控制的方式进行，自动化程度是非常高的。
通常情况下，海上油气田仪控系统由以下主要的几大部分组成：•过程控制系统PCS（PROCESS CONTROL SYSTEM）；包括中央控制室内的控制集成网络、人机接口设备、对外通信接口等等；•紧急关断系统ESD（EMERGENCY SHUTDOWN SYSTEM）；•火灾和可燃气探测控制系统F&GS(FIRE AND GAS CONTROL SYSTEM)；•各类大型专用设备所自带的现场就地控制盘（LCP）；•井口控制盘（WELLHEAD CONTROL PANEL—WCP）；•各类现场检测仪表和控制仪表；•必要的原油或天然气外输计量系统；通过对它们进行有机的设计，从而集成在一起，构成了海上油气田功能完整而强大的仪控系统。
1．过程控制系统（PCS）过程控制系统（PCS）主要是完成对海上油气田各种生产过程中所属控制对象的状况进行检测和常规控制，以及必要的显示、报警。
它的主要工作内容是：•动态显示生产流程、主要工艺参数及主要设备运行状态，以声光报警形式显示平台生产和安全的异常状态，并打印记录备案。
•对生产过程进行监控，可在线设定、修改控制参数，完成各种控制功能，定期打印生产报表，存储历史数据。
2.1.2 危险故障危险故障也是石油开采过程中的一个重要的故障问题，我们应该逐步提高对于危险故障的重视程度。
当此类危险故障存在的时候，那么系统就将会丧失对于石油开采的安全保障能力。
简单来说，回路上任何可以断开的点的故障都可以简称为危险故障。
那么，如果想要提高安全率的话，就一定要降低安全故障发生的几率，逐步提高技术及管理，使海上石油开发的过程更加地安全有保障。
2.2 安全仪表系统的可用性无论对于任何东西来说，都是有其使用年限与可用性的。
我们可以就铺设公路来说，公路的铺设质量与其施工时所用的材料的质量、施工过程中工人的技术、施工后期的质量检测等过程是十分密切相关的。
如果这些都做得足够好的话，那么公路的可用性以及使用年限就会增长。
我们就海洋开发过程中安全仪表系统来说，系统也是有其可用性的。
而可用性就可以称之为当开发过程中发意外灾难后，仍然能够在保障安全的情况下，保障施工过程的不间断以及施工人员的安全。
所以从严格意义上来说，一个好的、可用性的系统是能够在保障安全，不以牺牲安全为大前提下来进行的。
2.3 安全性与可用性之间的关系世间万物都是有相生与相克的两个方面，所以我们在进行全系统的建设过程中一定要遵从客观规律，从实际出发，进行全面系统的考虑与设计。
使石油开发过程中的安全仪表系统，更加的安全与舒适，能够保障更多人的健康与生命安全。
但是，从某种意义上来说，安全仪表的安全性与可用性之间是存在着一定的矛盾的。
想要提高安全性的话，必然其可用性就会降低。
如果想要提高可用性的话，一定程度上也会使安全性有所降低。
所以，在进行石油开发过程中安全仪表的设计与开发时，就要尽可能地兼顾安全与可用性，在提升其使用年限的同时，也能够保障其正常功能的发挥与应用，保障施工工人的生命安全与健康。
3 结语由于海上石油开采作业的难度很大，在挖掘和探索过程中一旦发生意外，救援和海上自救的难度都是非常大的。
所以海上石油平台安全仪表的作用就更加凸显，一定要提高对于安全仪表的重视程度，逐渐完善海上安全仪表系统，为人类的人身安全以及国家发展做出更大的贡献。
第四篇海上油气田仪电信系统设计第十五章仪表新技术的应用第一节多相流量计在原油开采过程中，为了确定各油井的原油、天然气产量，了解地层油气含量及地层结构的变化，需要对油井产出液中各相的体积流量或质量流量进行连续的计量并提供实时计量数据，以优化生产参数，提高采收率。
多相计量就是在没有预分离的情况下，对油井产出液中的油、气、水三相计量。
早在70、80年代国外的TULSA大学在其流动工程测试环道上就开始了多相计量研究，最早的有关多相流量计的文章是由BP和TEXACO在80年代中期发表的。
90年代初在伦敦召开了多相流量计及其海上应用研究会。
挪威、英国、美国等国家投入了大量的财力、人力进行多相流量计的研制和开发。
90年代末，在各大石油公司的支持下，多相计量的研究、开发和应用得到了迅猛的发展。
多相流量计的技术已进入到了一个比较成熟的阶段，多相流量计的应用也进入了商业应用阶段。
目前在世界范围内，已经有多种多相流量计在陆上油田安装使用，也有少数几种在海上油田进行了运行。
在一些新油田的开发中，多相计量被作为首选的油井计量技术来考虑，因为传统的开发手段对于操作者而言在商业上已经变得不可取了。
一、多相流量计的特点多相流量计作为测试分离器的替代产品有以下特点：·对油气进行连续、在线、自动测量，可实现无人值守。
多相流量计可测出日产油、水、气的量以及井口压力、温度数据，并显示打印出来。
如果和多路阀结合使用，即可实现单井无人计量。
·系统重量轻、结构紧凑、占地面积小。
·无任何可动部件，几乎不需要维护。
多相流量计基本上以传感器和探测器组成，没有可动部件，不需要维护。
常规测试分离器有液面控制器、流量计、孔板、调节阀等仪表，需定期维护、更换和标定。
·被计量原油无需加热，节省能量。
多相流量计对被测介质温度无要求，只要介质能够流动就可以进行计量，仅需220V 电源，功率为200W左右。
采用测试分离器，如果井温较低，则需要进行加热后才能进行有效分离，如果是气泡原油还要加消泡剂。
·投资少，操作费少。
考虑日常维护费用，节省平台面积等其他间接效益，选用多相流量计将产生更大的经济效益。
二、多相流量计的复杂因素及技术关键1、多相流量计量的复杂因素和单相流计量相比，精确计量多相流的难度要比单相计量大得多。
单相计量可通过测得压力、流动粘度、压缩性和测量装置的几何尺寸来测得流量。
在多相流中，如每相的变化都是相同的，处理起来要方便一些。
但多相计量在以下几个方面与单相计量相比有其自身的复杂因素：·各相并非混合均匀。
水与油混合得不好，气体与液体分离。
·各相以不同的速度流动，各相之间存在着界面效应和相对速度，相界面在时间和空间上变化比较大，对于液相和气相以不同的速度流动是正常的。
·混合是不规则的。
各相混合时，结果是难以预料的，粘度和总量会发生变化。
·相与相之间的相互作用。
气体能从溶液中析出或者溶解在液体中，蜡和水合物将在流体中沉淀。
·流动状态非常复杂，特征参数也比单相流系统多，它取决于各相之间的相对速度、流体特性、管路结构及流动方向。
为解决以上难点，关键是针对不同的场所选用不同的测量方法，建立合理的测量模型，重视特征参数的选取，选用可靠的仪器，应用先进的数据处理方法。
2、多相计量采用的主要技术及方法油、气、水三相计量，可以分解为两个技术要点：一是应将三相视为气液两相进行总量计量；二是进行相分率测量。
油、气、水视为气、液两相总量计量，测试方法有：(1)相关法。
通过两个在管道上相距为L的完全相同的传感器来检测流体中的尺寸分布、空间分布、各相含量等变化的随机流动噪声信号,得到与被测流体流动状况有关的在时间上相差τ0的两个流动噪声信号。
建立两信号的互相关函数,进而求得τ0,则可得平均流速v=L/τ0。
(2)容积法。
利用一定容积的混合物,应用PD表(POSITIVE DISPLACEMENT METER),测量其体积、压力、温度等。
(3)节流法。
由于节流装置存在压力差,利用其与流体流量及分相含率等因素有关,应用孔板流量计,喷嘴、文丘利流量计,并结合密度计,进行流量计量。
(4)涡轮流量计法。
基于流体的动量矩测量流速,需要结合其他仪表,如密度计,来进行气、液流量计量。
(5)核磁共振法。
核磁共振法的实质就是核对射频能的吸收。
在气、液两相流测量中,由于核磁共振信号强度与空隙率成线性关系,故在各种流型下均能精确测量空隙率。
核磁共振法能够测量平均流速、瞬时流速、流速分布等。
其具有非接触测量,与被测流体的导电率、温度、粘度、密度和透明度等物性参数变化无关等特点。
(6)直接法。
直接应用质量流量计进行测量。
以上几种方法在测量气、液两相流时应用比较广泛,但有的需要结合密度计来测含气率。
进行多相流测试的另一技术要点是相分率测量,主要应用以下方法测量:(1)γ组分表。
基于辐射线吸收原理。
(2)电容法。
通过测量流过电容两极间的油、水混合流体的平均介电常数来测量含水率。
但在高含水时,仪器可能失去油、水识别能力。
(3)电导法。
通过测量流过探头两极间的油、水混合流体的平均电导率来测量含水率。
但由于测量结果既受组分影响,又受流动状态影响,现场应用要特别注意。
(4)微波法。
利用油、水对微波的吸收来测组分。
可测油或水为连续相的状态,准确度不受速度、粘度、温度、密度、盐度、pH值的影响。
(5)密度法。
利用液相分相的组分不同密度亦不同来测组分。
(6)电磁波检测法。
由于原油和水的相对介电常数相差悬殊,电磁波传播的相位常数取决于介质的介电常数和电导率,通过测量电磁波在原油混合介质中的相移量,就可确定原油的含水率。
在进行多相流无分离在线计量中,综合以上的一些方法进行多相流流量计的研制和开发。
三、国内外多相流量计的现状、产品特点自八十年代开始研究多相流计量技术以来，经过近二十年的发展，多相流计量技术已进入到了一个相对成熟的阶段，其产品多相流量计不仅在陆上，而且在海洋平台及水下都得到了运用，也就是说多相流量计也已开始进入商业应用阶段。
目前，在世界范围内，已经有多种多相流量计在陆上油田、海上油田甚至在水下安装使用，新的多相流量计技术的研究和开发活动继续有增无减。
经过充分调研和比较，以下一些公司研制的多相流量计技术相对比较成熟，商业化程度较高，并且都经过了现场工业测试和第三方实验室的性能测试。
国外公司主要有：挪威的ROXAR（原MFI）、FLUENTA（目前已与ROXAR合并）、FRAMO；美国的AGAR；英国JISKOOT等；国内主要有兰州海默。
除以上公司外，其他公司如KVAERNER、DANIAL、KONGSBERG、ACCUFLOW、MIXMETER、FLOWSYS、WELLCOMP公司以及西安交大等都在积极开展多相流量计的研制、开发和商业运作工作。
下面简单介绍一下部分产品的工作原理、特点、应用情况。
1、挪威ROXAR公司的MFI多相流量计测量原理及技术特点：流速测量采用微波互相关法，相分率采用微波传感器加上伽马密度计。
可选用文丘里流量计扩展总流量的测量。
该多相流量计结构紧凑，无可动部件，压力损失较小。
测试情况：先后在Statoil、Eif、Agip、Shell、BP、等公司的油田及Porsgrunn高压多相流量计试验环道、NEL多相流测试环路、中国大庆油田设计院多相流量计实液测试装置上进行了对比测试。
应用情况：已在陆上、海上油田使用，已销售了200多套（包括实验），国内文昌油田井口平台采用该公司的产品。
图15-1-1 MFI多相流量计在西非海上平台2、挪威FLUENTA的MPFM-1900/1900VI多相流量计测量原理及技术特点：流速测量采用电容互相关法，相分率采用电容、电感传感器加上伽马密度计，同时可选用文丘里流量计测量总流量。
该多相流量计结构紧凑、无可动部件、压力损失小。
测试情况：MPFM-1900/1900VI流量计先后在BP公司、Statoil公司、Eif公司的油田及Conoco、Texaco、NEL、大庆及Porsgrunn的多相流量计试验装置上进行了对比测试。
应用情况：已在陆上、海上油田使用，销售出近200套（包括实验），其中秦皇岛32-6油田井口计量采用了该公司的产品。
2001年FLUENTA公司与ROXAR强强联合，重组为新的ROXAR公司，从而使其产品市场占有率超过50%。
其中番禺4-2/5-1油田使用了ROXAR公司产品。
Roxar的核心竞争力在于它的对油藏描述的理解和对多相流流型、流态和流体动力学模型的认识及分析技术。
图15-1-2 ROXAR多相流量计3、挪威FRAMO公司的MPFM多相流量计测量原理及技术特点：采用文丘里管测量总流量，用双能伽马仪测相分率。
该流量计结构精巧，无可动部件，压力损失小，其静态混合器是该公司专利产品。
测试情况：1992年开始在油田进行试验，其后分别在Texaco、NEL及Porsgrunn的多相流测试装置上进行了对比测试。
应用情况：已在陆上、海上油田及海底使用，目前已销售数十套（包括实验）。
图15-1-3 FRAMO多相流量计4、美国AGAR公司的MPFM-301/301系列多相流量计测量原理及技术特点：采用正排量（PD）流量计测总体积流量，由两个文丘里管组成的双动量流量计测含气量、再用专业微波原油含水分析仪进行含水率测定。
该流量计系统相对庞大，结构复杂，造成的压力损失较大，而且包含有可动部件和电控阀门。
其核心技术是利用双动量文丘里管测含气率，用高频微波测含水率测试情况：分别在Shell、Amoco公司的油田及Conoco、Texaco及NEL、大庆的多相流量试验装置上进行了对比实验。
应用情况：已在陆上、海上油田使用，其各种型号的多相流量计已销售了上百套（包括实验）。
图15-1-4 AGAR 多相流量计5、英国JISKOOT 的Mixmeter 多相流量计测量原理及技术特点：用差压变送器测总流量，双能伽马射线相分率计测含水率、含气率。
该多相流量计结构较紧凑，无可动部件，压差损失较小。
测试情况：该产品已在英国NEL 多相流实验室、意大利Trecatc 多相流试验装置上进行了性能评价试验。
应用情况：目前该产品已有数十套在油田投运。
图15-1-5 JISKOOT多相流量计6、兰州海默的MFM2000多相流量计工作原理及技术特点：采用单能伽马互相关流量计测各种流速，双能伽马射线相分率计测含水率和含气率。
当低含气时，可采用转子流量计（或其他流量计）测总流量。
该产品结构较为紧凑，压力损失较小。
测试情况：分别在塔里木轮南油田、NEL多相流测试装置、大庆油田设计院多相流实液测试装置上进行了对比测试。
应用情况：已在陆上油田、海上油田使用。
