蓬莱油田海上设施安全停车系统高树利
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油气田地面工程（
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蓬莱油田海上设施安全停车系统
高树利
中海石油（中国）有限公司天津分公司蓬莱作业区
摘要：蓬莱油田是中国最大的海上油田，由于地质结构的原因使得设施分布较为复杂，再加上海上作业这种特殊的环境，对其SSS (Safety Shutdown System)即安全停车系统提出了较高的要求。
SSS 选用GMR 控制系统，该系统由基于双冗余的远程I/O 网络功能的GE FANUC90－70系列CPU 以及相应的输入\输出模块构成，安全相关的数据和内部互锁经由一条冗余的Genius Safety LAN 在两个冗余的CPU 之间通讯，使用高级的诊断程序来检测各种故障。
SSS 一般分为4个不同的级别，由高到低是：1级ASD 弃设施关断，2级ESD 紧急停车，3级PSD 生产关断和4级USD 单元关断，高级别关断涵盖低级别关断。
以GMR 为核心的SSS 系统，为油田投产以来的稳产高产提供了强有力的保障。
关键词：蓬莱油田；过程控制网络；过程控制系统；安全停车系统；GMR doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2012.12.016蓬莱油田位于渤海南部海域，是中国最大的海上油田，由于地质结构的原因使得设施分布较为复杂，再加上海上作业这种特殊的环境，对其SSS （Safety Shutdown System ）即安全停车系统提出了较高的要求。
为适应这些苛刻的要求并达到安全稳定生产的目的，油田采用了GE 公司TUV 认证的GMR 作为安全停车系统，多年的实际生产表明，该系统为油田的正常运行和应急关断提供了坚实的基础和有力的保障。
１ＰＣＳ和ＳＳＳ系统的特性分析
基于蓬莱油田的实际情况，生产过程控制采用了艾默生公司DeltaV DCS 系统，在正常的生产流程中对全油田设施进行控制和监视，其PCS 系统包括人机界面、报警系统、历史数据采集和集散控制。
SSS 选择的是GE Fanuc 公司的GMR （Genius Modular Redundancy ），独立于PCS。
对于SSS 和PCS 这两个单独的系统，从操作人员的角度来看却是一个完整的控制和安全系统。
两个系统的监控、输入和输出等都是独立的，但是大部分对SSS 和PCS 系统的操作仍然是通过DeltaV 控制台来完成的。
图1为蓬莱油田PCN 结构示意图。
如图1所示，各个设施的PCS 和SSS 组成的PCN （Process control Network ）网络通讯，是以B 平台为中心的星型拓扑型双回路冗余，经由光纤连接至其他设施，且有微波通讯作为备用。
SSS 还有单独经由光纤的双回路冗余连接的GE Genius 安全总线，这条Genius 安全总线和GE FANUC PLC 共享用于全油田的PCN，所有的系统都可监视和作用于共享的数据。
PCN 由三层组成：第一层是独立的系统网络（DeltaV/SSS ），第二层是功能组式网络（远程存取，AS 应用站，SSS ），第三层是连接各个功能组式网络集线器和路由器。
任何设施之间都可以经由PCN 进行远程监控。
整个油田的PCN 由两个卫星回路连接到陆地：B 平台—北京，3M 速度；FPSO （蓬勃号）－塘沽，1M 速度，再经由防火墙连接至公司的内部网络，方便操作。
１蓬莱油田ＰＣＮ结构示意
SSS 根据安全独立的原则，独立且级别高于PCS，正常工作时勿需人工干预，凌驾于过程控制系统之上，实时在线检测。
发生紧急故障时，SSS 不经过PCS 而直接对现场设备产生连锁保护，达到在最短的时间内响应危险的发生，避免事故扩大。
SSS 系统的这种特性，从根本上杜绝了人为因素造成的损失。
SSS 与PCS 这种相互独立的系统特性，降低了安全功能和控制功能同时失效的机率，检修
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时互不干扰。
SSS 系统则因无需处理大量生产过程和监控信号，系统响应速度最快，效率最高。
２ＧＭＲ控制系统
SSS 选用GMR 控制系统，该系统由基于双冗余的远程I/O 网络功能的GE FANUC90—70系列CPU 以及相应的输入\输出模块构成，安全相关的数据和内部互锁经由一条冗余的Genius Safety LAN 在两个冗余的CPU 之间通讯，使用高级的诊断程序来检测各种故障。
TUV 根据DINV19250/DINV-VDE0801标准，给予GMR 系统六级认证。
设备选型都是标准SIL3；同样，许多的设计和操作等级都遵从和符合这个标准。
每个CPU 和其远程I/O 模块通过三重化GENIUS I/O 总线通讯。
典型的PLC 远程I/O 模块由双冗余的数字输入、输出模块和三重化模拟输入模块构成，使得系统的可靠率超过99.999%，并能通过及时消除故障缩短维修时间。
３ＳＳＳ系统结构与说明
蓬莱油田的投产分段进行，建设周期长，所以各设施的SSS 有些不同，这里以代表性的平台为例，说明SSS 的结构和特点。
SSS 一般分为4个不同的级别，由高到低是：1级ASD 弃设施关断，2级ESD 紧急停车，3级PSD 生产关断和4级USD 单元关断，高级别关断涵盖低级别关断[1]。
1级ASD 必须是平台上发生无法控制的火灾、天然气泄漏或井喷、不可抗拒的自然灾害等情况下，由设施经理或其授权人员发布实施。
触发条件：手动触发按钮。
关断动作：声光报警；延时断开电器开关和设备；延时关闭生产井的井下安全阀和电潜泵及注水井的井下安全阀；延时断开UPS 系统；延时4天断开平台导航灯、雾笛。
2级ESD 是有毒气体及天然气危险关断。
触发条件：手动触发按钮；生产区的火灾、有毒气体或天然气泄露报警；生产区的易熔栓。
关断动作：声光报警；断开电器开关和设备；延时关闭生产井的井下安全阀和电潜泵及注水井的井下安全阀；雨喷淋阀自动打开喷淋相应的事故区域。
3级PSD 是生产流程超出正常的可控范围而引起的关断。
触发条件：手动触发按钮；闭排罐液位；仪表气压力；生产油总管压力；注水海管压力。
关断动作：灯光报警；关闭生产油总管、注水总管、测试分离器进出口；关闭所有生产井和注水井的井上安全阀；停止所有的化学药剂注入泵；延时后关停所有的电潜泵；关停开、闭排罐的所有气
动泵和加热器。
4级USD 主要由设备本体关断信号触发。
它是最低级别的关断，当单元关断发生时，仅仅关断单个单元，并不会影响其他系统的正常运转。
４生产中出现的问题
（1）全油田的PCN 和Genius 的双冗余海底光纤回路在运行几年后，出现过连接故障，导致整个油田设施在一天之内关断3次，造成严重的损失。
事后查明是厂家在调试光纤通讯时，有一处设施的光纤转换器接触不良，导致数据错误并响应成关断信号。
在对所有设施的光纤接口检测维护后，至今未再出现类似故障[2-3]。
（2）两个H 2S 探测器出现信号故障报警，正常的程序是延时报警来提醒相关人员采取相应的措施，实际上却直接引起ESD 2级关断。
事后查明，程序中的时间继电器内存赋值错误，地址被重复使用，导致内部继电器的数值瞬间归零，SSS 系统直接动作。
（3）设施的可燃气探测器出现故障报警，维修人员及时到现场检查，中控的操作人员同时进行旁通工作。
但是，故障报警计时完毕后，却仍然发生了ESD 2级关断。
经反复核实检查，最后发现是PCS 和SSS 的同步问题，即当操作人员在PCS 系统旁通并显示完成时，SSS 尚未同步接受到此信号，导致关断程序继续执行并输出动作信号。
事后，在人机界面添加了SSS 旁通信号同步信息，保证了逻辑结果准确无误的显示。
５结语
以GMR 为核心的SSS，为油田投产以来的稳产高产提供了强有力的保障。
特别是经过多年的实践运行，建立在GMR 基础之上的SSS 得到了极大的完善和发展。
这套安全停车系统稳定运行，不但会继续为蓬莱油田的生产保驾护航，更会为其他行业的安全停车系统提供良好的借鉴作用。
参考文献
[1]白俊，艳慧，文金勇，等．海上采油平台注聚DCS 控制系统[J]．油气田地面工程，2010，（11）：96-97．
[2]王凯全，王晓宇，尹齐峰．安全系统的故障分析[J]．中国安全科学学报，2007（8）：5-9．
[3]刘沛雨．基于GMR 系统的PLC 在F&G 系统中的应用[J]．石油化工自动化，2009（6）：75-77．
（栏目主持
杨
军）
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