高完整性壓力保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)的研究

陳加鑫，鹿棟梁，李曉升

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

高完整性壓力保護(hù)系統(tǒng)（HIPPS）主要用于防止因高壓燃?xì)?、原油外輸管線超壓導(dǎo)致下游工藝、生產(chǎn)設(shè)備損壞情況的發(fā)生，該系統(tǒng)主要由壓力變送器，控制器和HIPPS閥門組成。壓力變送器檢測管道壓力，如果超過了壓力的聯(lián)鎖設(shè)定值，控制器發(fā)出信號，使HIPPS閥門在2 s以內(nèi)由全開狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，以保護(hù)管道的安全。整個安全儀表控制系統(tǒng)符合SIL3等級[1]。目前高完整性壓力保護(hù)系統(tǒng)主要應(yīng)用于化工、海洋油氣田等高壓生產(chǎn)設(shè)施，荔灣3-1氣田開發(fā)項(xiàng)目及番禺34-1氣田開發(fā)項(xiàng)目是首次采用這套系統(tǒng)的南海深水天然氣平臺，為平臺的超壓報警、安全關(guān)斷提供可靠保障。

1 系統(tǒng)組成及原理

番禺34-1氣田開發(fā)項(xiàng)目所采用的系統(tǒng)基本參數(shù)為：

（1）盤柜數(shù)目為1，盤柜型號為Rittal TS8808，工作電壓為220 VAC/50 H；

（2）壓力變送器型號為EJX530 A，廠家為YOKOGAWA；

（3）邏輯解碼器型號為HIMA Planar4，工作電壓為24 VDC。

通過操作面板，操作人員可以監(jiān)視變送器，控制器和HIPPS閥的運(yùn)行狀態(tài)及變送器和控制器的自檢測狀態(tài)，三閥組的運(yùn)行和維護(hù)的狀態(tài)。同時也可進(jìn)行HIPPS閥門的手動緊急關(guān)斷操作，以及選擇維護(hù)旁路和進(jìn)行HIPPS閥門部分行程測試，操作面板如圖1所示。

該系統(tǒng)通過RS485RTU通訊形式，把各種報警和控制器的動作信息傳輸給PCS系統(tǒng)。參考HIPPS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表和P&ID圖紙，可知PY34-1項(xiàng)目SDV-B閥門下游管道設(shè)計壓力為13.2 MPa，最大操作壓力11.9 MPa，HIPPS閥門聯(lián)鎖設(shè)定值是12.90 MPa（最大操作壓力的1.08倍）壓力變送器檢測到管道壓力超過高高壓力設(shè)定值時，控制器按照預(yù)先設(shè)置的2OO3聯(lián)鎖邏輯發(fā)出關(guān)斷信號，控制SDV-A閥和SDV-B閥2 s內(nèi)快速關(guān)斷，使下游管道與上游高壓介質(zhì)快速隔離，起到保護(hù)下游低壓管線和設(shè)備的作用[2]。

圖1 操作面板

2 HIPPS系統(tǒng)調(diào)試程序

2.1 系統(tǒng)上電

（1）確認(rèn)220 V ACi 10%/50 Hzi 5%電源的接線正確和電壓在系統(tǒng)允許范圍內(nèi)；

（2）閉合空氣開，關(guān)確認(rèn)電源指示燈正常；

（3）依次閉合相應(yīng)面板上面的ETA空開；

（4）當(dāng)系統(tǒng)剛剛接通24 V電源時，HIPPS系統(tǒng)的狀態(tài)為：3個MANIFOLD POSITION指示燈亮意味著3個安裝在ASTAVA Manifold的壓力變送器在運(yùn)行狀態(tài)，SDV-A和SDV-B閥的CLOSE指示燈亮意味著HIPPS閥門處于關(guān)斷狀態(tài)。

模擬量輸入卡件62100需要40 s左右的時間才能完成初始化，同時面板上的3個PT HH ALARM、2003 HH TRIP和MODULE FAULT指示燈會亮起，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)狀態(tài)指示

2.2 系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)

系統(tǒng)將在上電約40 s后轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 HIPPS閥關(guān)閉和打開指示測試

（1）打開HIPPS閥，指示燈“FULL OPEN/FULL CLOSE”為綠色；

（2）關(guān)閉HIPPS閥，指示燈“FULL OPEN/FULL CLOSE”為紅色。

2.4 部分行程測試

（1）每個閥門在控制面板上都有一個部分行程測試的開關(guān)，此開關(guān)會發(fā)送一個干接點(diǎn)信號給數(shù)字閥門控制器DVC6010SIS用于定期進(jìn)行部分行程測試。部分行程測試的開關(guān)是彈簧復(fù)位型帶鑰匙鎖定的開關(guān)[3]。如圖3所示。

圖3 閥門操作面板

（2）部分行程測試開關(guān)打到ON狀態(tài)超過3 s（但要少于10 s），然后再將開關(guān)打回OFF狀態(tài)，這時閥門的部分行程測試就被觸發(fā)，閥門動作到預(yù)訂的開度后再返回到最初的開度。預(yù)設(shè)開度的默認(rèn)值為初始開度的10%，但是也可以根據(jù)裝置的安全指導(dǎo)方針最高設(shè)定到初始開度的30%。

（3）當(dāng)閥門進(jìn)行部分行程測試時，部分行程的信號及對其的分析結(jié)果將會顯示在AMS Server上的AMS Valve Link HMI中。

（4）當(dāng)部分行程測試開關(guān)處于OFF狀態(tài)時，部分行程測試未被觸發(fā)，閥門處于正常工作狀態(tài)[4]。

2.5 系統(tǒng)冗余特性測試

系統(tǒng)冗余特性測試包括電源的冗余測試與通訊卡件的冗余測試。

2.6 系統(tǒng)回路與邏輯測試

2.6.1 數(shù)字量輸入

（1）確認(rèn)回路機(jī)械完工完成。

（2）確認(rèn)現(xiàn)場儀表信號狀態(tài)（常開、常閉）與設(shè)計要求一致。

（3）在回路的現(xiàn)場終端輸入信號，進(jìn)行以下測試：確認(rèn)現(xiàn)場儀表參數(shù)、控制系統(tǒng)參數(shù)與I/O清單一致；確認(rèn)控制系統(tǒng)顯示與現(xiàn)場狀態(tài)一致；確認(rèn)控制系統(tǒng)報警、復(fù)位功能正常。

（4）記錄測試結(jié)果。

2.6.2模擬量輸入

（1）確認(rèn)回路機(jī)械完工完成。

（2）在回路的現(xiàn)場終端輸入信號，進(jìn)行以下測試：確認(rèn)現(xiàn)場儀表參數(shù)、控制系統(tǒng)參數(shù)與I/O清單一致；確認(rèn)儀表正反行程與中控顯示一致；確認(rèn)中控報警、復(fù)位功能正常；記錄測試結(jié)果。

2.6.3 數(shù)字量輸出

（1）確認(rèn)回路機(jī)械完工完成。

（2）確認(rèn)該回路在控制系統(tǒng)中手/自動切換功能正常。

（3）確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作方式（氣開、氣關(guān)等）與設(shè)計要求一致。

（4）在控制系統(tǒng)中強(qiáng)制輸出開關(guān)信號，進(jìn)行以下測試：確認(rèn)現(xiàn)場儀表參數(shù)、控制系統(tǒng)參數(shù)與I/O清單一致；確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作與輸出信號一致，響應(yīng)時間符合設(shè)計要求。

（5）記錄測試結(jié)果。

2.7 邏輯測試

（1）增加模擬輸入量超過高高報警值，測試2003觸發(fā)報警，并確認(rèn)報警指示燈的狀態(tài)。

（2）按下ESD緊急關(guān)斷按鈕，SOV的4個指示燈將顯示OFF[5]。

3 變送器維護(hù)

變送器操作面板如圖4所示。操作人員進(jìn)行變送器的維護(hù)或更換時，需要進(jìn)行如下相應(yīng)的旁路操作。

（1）確認(rèn)現(xiàn)場要維護(hù)或更換的變送器的工作已經(jīng)得到相關(guān)部門的批準(zhǔn)。

（2）變送器的維護(hù)工作應(yīng)該有2人共同協(xié)作完成，一人在就地操作，一人在機(jī)柜室監(jiān)控控制盤操作[6]。

（3）在操作面板上首先把維護(hù)旁路允許開關(guān)扳到允許的位置，然后把維護(hù)旁路選擇開關(guān)扳到相應(yīng)需要維護(hù)或更換的變送器位置（比如維護(hù)PT-A）。此時MANIFOLD/MODISC ALARM指示燈亮。

（4）通知就地維護(hù)人員將三閥組裝置內(nèi)旁路專用開關(guān)扳到了變送器PT-A的ISOLATE位置，將六角扳手順時針旋轉(zhuǎn)4 360°，此時控制盤監(jiān)控人員注意到MANIFOLD/MODISC ALARM指示燈熄滅，MAINTENANCE PERMIT指示燈亮。

（5）控制盤監(jiān)控人員通知就地維護(hù)人員變送器PT-A可以進(jìn)行維護(hù)，就地維護(hù)人員將三閥組裝置內(nèi)旁路專用開關(guān)扳到了變送器PT-A的VENT位置，將六角扳手逆時針旋轉(zhuǎn)4 360°來釋放管道內(nèi)壓力[7]。

（6）確認(rèn)放空管道排凈，將六角扳手順時針旋轉(zhuǎn)4×360°來關(guān)閉放空閥。

（7）維護(hù)現(xiàn)場變送器。

（8）維護(hù)完成后，將三閥組裝置內(nèi)旁路專用開關(guān)扳到了變送器PT-A的ISOLATE位置，將六角扳手逆時針旋轉(zhuǎn)4 360°來打開隔離閥。此時此時控制盤監(jiān)控人員注意到MANIFOLD/MO DISC ALARM指示燈亮，MAINTENANCE PERMIT指示燈熄滅[4]。

（9）將三閥組裝置內(nèi)旁路專用開關(guān)扳到中間位置。

（10）上述步驟完成后，控制盤監(jiān)控人員在操作面板上把維護(hù)旁路選擇開關(guān)和允許開關(guān)扳到禁止的位置，此時控制盤監(jiān)控人員注意到MANIFOLD/MO DISC ALARM指示燈熄滅。

（11）維護(hù)結(jié)束。

圖4 變送器操作面板

4 HIPPS系統(tǒng)維護(hù)

4.1 更換開關(guān)或按鈕

（1）去除開關(guān)或按鈕上的接線；（2）打開開關(guān)或按鈕上的前蓋；（3）松開開關(guān)或按鈕前面的緊固件；（4）更換開關(guān)或按鈕；（5）將開關(guān)或按鈕固定好，并將其接線恢復(fù)原樣。

4.2 LED更換

（1）從背面拔出LED燈的扁銷；（2）松開LED燈的緊固件；（3）更換LED；（4）固定LED，重新連接燈的扁銷。

4.3 更換卡件

（1）松開卡件前端的固定螺絲；（2）將卡件取出；（3）插入新的卡件；（4）固定卡件。

4.4 卡件故障復(fù)位

（1）觸發(fā)卡件故障的信息消除后，除62100外的所有的卡件故障都可以通過卡件80105的復(fù)位按鈕來消除[8]；（2）模擬量輸入卡件62100故障恢復(fù)。錯誤代碼將會顯示在卡件62100的LCD屏上，如圖5所示。

圖5 卡件錯誤顯示

5 結(jié)束語

本文以深水天然氣項(xiàng)目番禺34-1為依托，首次獨(dú)立完成對HIPPS系統(tǒng)的調(diào)試工作，梳理出具體的調(diào)試流程及方法，對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法進(jìn)行了總結(jié)，并對系統(tǒng)內(nèi)部重要設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)歸納出切實(shí)可行的方法，為后續(xù)深水項(xiàng)目HIPPS系統(tǒng)的調(diào)試工作提供一定的參考。