工藝流程系統(tǒng)性風(fēng)險分析案例

朱曉明（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

工藝流程系統(tǒng)性風(fēng)險分析案例

朱曉明（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

本文從現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，總結(jié)了幾種工藝流程系統(tǒng)性風(fēng)險的分析方法，并給出簡易的定量分析模型，嘗試從工藝系統(tǒng)整體的角度來分析產(chǎn)生問題的關(guān)鍵性原因，并制定針對性的措施將系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險降低。

系統(tǒng)風(fēng)險分析，設(shè)備關(guān)鍵程度，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)反應(yīng)時間。

1 系統(tǒng)風(fēng)險分析背景

1.1 系統(tǒng)風(fēng)險分析的必要性

隨著運(yùn)行工況的變化、用戶的增加或是輸送介質(zhì)發(fā)生了改變，工藝流程需要經(jīng)過多次改造。在這個過程中可能會慢慢積累比較明顯的運(yùn)行風(fēng)險，此時單一的故障就可能引起較大范圍的故障。因此定期進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)險分析顯得尤為重要。

1.2 系統(tǒng)風(fēng)險分析的方法

總結(jié)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)風(fēng)險分析的方法可以總結(jié)有壓力系統(tǒng)識別、設(shè)備關(guān)鍵程度分析、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分析、關(guān)鍵邏輯梳理、安全部件分析等。

從現(xiàn)場系統(tǒng)運(yùn)行的角度來看，設(shè)備的故障率（R）和設(shè)備故障后的緊急程度（E）對于系統(tǒng)有效運(yùn)行的影響最大。通過采取有效的措施使參數(shù)E和R的等級降低，可以使設(shè)備關(guān)鍵程度降低。

系統(tǒng)風(fēng)險消除的方法有工藝流程優(yōu)化改造、邏輯修改、控制時間優(yōu)化、介質(zhì)流向控制（如利用單流閥）、最優(yōu)處理量設(shè)計(jì)（如核算最優(yōu)管徑）等。

2 系統(tǒng)風(fēng)險分析案例

2.1 W平臺天然氣系統(tǒng)概況

圖2 -1W平臺天然氣系統(tǒng)流程示意圖

W平臺天然氣系統(tǒng)接收本平臺和其它平臺的伴生氣，通過壓縮機(jī)壓縮后供給本平臺透平發(fā)電機(jī)、注氣系統(tǒng)、氣舉系統(tǒng)使用，同時外輸?shù)浇K端和鄰近的平臺A/C/D。

該平臺天然氣系統(tǒng)存在多個壓力等級（上圖中已標(biāo)出）。從上圖可以看出，與各個天然氣用戶聯(lián)系最多的為29公斤（2.9Mpa）壓力系統(tǒng)。

2.2 故障發(fā)生情況

某日W平臺天然氣壓縮機(jī)發(fā)生一次關(guān)停。起因?yàn)榕R近的A平臺的天然氣壓縮機(jī)系統(tǒng)突然停機(jī)，A平臺的透平發(fā)電機(jī)用氣完全轉(zhuǎn)到了相鄰的W平臺天然氣系統(tǒng)。隨之W平臺天然氣系統(tǒng)發(fā)生壓力低報(bào)警，三分鐘后低報(bào)得不到緩解，該平臺壓縮機(jī)系統(tǒng)出口壓力低低（2100KPa）關(guān)停，16s后注氣壓縮機(jī)關(guān)停。A平臺透平進(jìn)口燃料氣壓力低低轉(zhuǎn)油。

該案例中單個設(shè)備的故障導(dǎo)致了整個天然氣系統(tǒng)均有波動直至部分停機(jī)，所以初步判斷該系統(tǒng)存在比較明顯的系統(tǒng)風(fēng)險。

2.3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分析

針對29公斤壓力系統(tǒng)（圖2-1），重點(diǎn)識別該系統(tǒng)中的各個節(jié)點(diǎn)，可以看出3號節(jié)點(diǎn)為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，該處節(jié)點(diǎn)前后可能影響到的單元數(shù)達(dá)到了8個（下表）。

表2 -1天然氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)處設(shè)備單元數(shù)量

2.4 設(shè)備關(guān)鍵程度分析

依次評估天然氣系統(tǒng)中各設(shè)備的故障率（R）和停機(jī)后緊急程度（E）如下：

表2 -2W平臺天然氣系統(tǒng)設(shè)備關(guān)鍵程度評估

將上表中各設(shè)備的評估結(jié)果建立設(shè)備關(guān)鍵程度矩陣如下，可以看出位于最右上方的設(shè)備1和設(shè)備3為關(guān)鍵程度最高的設(shè)備。

圖2 -2 W平臺天然氣系統(tǒng)設(shè)備關(guān)鍵程度矩陣

2.5 系統(tǒng)反應(yīng)時間分析

傳感檢測以及電纜傳導(dǎo)的時間一般為毫秒級可以忽略不計(jì)，因此改造優(yōu)化的對象為壓力在管線中傳導(dǎo)的時間和現(xiàn)場閥門實(shí)際動作的時間。

查看故障記錄，同一時間內(nèi)一級分離器的壓力（2725Kpa）與天然氣壓縮機(jī)出口壓力（2100Kpa）有明顯的差距，因此壓力傳導(dǎo)時間可能因?yàn)槟承┰驅(qū)е缕L。天然氣壓縮機(jī)停機(jī)后，注氣壓縮機(jī)的供氣沒有盡快完成切斷，高壓天然氣壓力進(jìn)一步降低。因此需要提高閥門的動作時間或者修改控制邏輯實(shí)現(xiàn)提前動作。

2.6 系統(tǒng)風(fēng)險優(yōu)化方案

(1)提高上游穩(wěn)定性

通過流程改造增加高壓氣供給來源，確保在壓縮機(jī)關(guān)停狀況下透平用氣安全。

(2)改善下游用戶的相互影響

在3號關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處增加緩沖罐，起到應(yīng)急放空和壓力緩沖的作用。

(3)修改邏輯保障關(guān)鍵設(shè)備

A平臺和W平臺的透平發(fā)電機(jī)的重要性都比較高，可以通過修改邏輯在應(yīng)急情況下關(guān)停注氣系統(tǒng)，保障發(fā)電機(jī)供氣。

(3)縮短系統(tǒng)反應(yīng)時間

增加緩沖罐或者將管線截彎取直可以使壓力信號控制更加直接，縮短系統(tǒng)反應(yīng)時間。加強(qiáng)閥門的維保和邏輯梳理，也可以起到縮短系統(tǒng)反應(yīng)時間的效果。

(4)降低設(shè)備關(guān)鍵程度

a加強(qiáng)發(fā)電機(jī)共享電網(wǎng)管控；提高轉(zhuǎn)油及柴油啟動的成功率。

b增加壓縮機(jī)并聯(lián)運(yùn)行數(shù)量提高系統(tǒng)可靠性。

c流程隔離。將透平燃料氣系統(tǒng)和其它用戶隔離，使3號關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的重要程度大幅降低。

2.7 運(yùn)行效果評價

通過以上優(yōu)化措施，系統(tǒng)整體運(yùn)行壓力穩(wěn)定性得到大幅提高，未再出現(xiàn)透平轉(zhuǎn)油或掉電事件。但系統(tǒng)仍然存在改進(jìn)空間：

a當(dāng)天然氣壓縮機(jī)停機(jī)信號故障，則無法完成注氣系統(tǒng)連鎖停機(jī)。若增加故障停機(jī)條件判斷，邏輯會更加復(fù)雜。在高壓天然氣系統(tǒng)設(shè)置壓力開關(guān)來控制注氣壓縮機(jī)提前停機(jī)，可以基本消除停機(jī)延遲時間。

b忽視了外輸天然氣的保障，氣量波動大時可能會造成下游裝置停產(chǎn)。

3 結(jié)語

系統(tǒng)風(fēng)險分析的重點(diǎn)是通過定性和定量分析的辦法找出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和重點(diǎn)設(shè)備。降低系統(tǒng)風(fēng)險的首要目標(biāo)是采取措施使節(jié)點(diǎn)和設(shè)備的關(guān)鍵程度降低。同時也要避免非關(guān)鍵因素升級為關(guān)鍵因素。系統(tǒng)改造之后還要重新做一次評估，并重新制定應(yīng)急預(yù)案。

[1]W平臺PID圖冊，2015年版.

[2]W平臺設(shè)備維修臺賬，2016年版.

[3]W平臺和A平臺某日故障報(bào)警記錄.