引言

中國渤海海域石油平臺上，應急關斷系統(tǒng)一直是保障平臺安全的重要器官，他通過對生產(chǎn)裝置可能發(fā)生的危險或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進行響應和保護，使生產(chǎn)裝置進入一個預定的安全停車工況，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)和裝置或工廠周邊社區(qū)的安全。為了達到上述功能，現(xiàn)場配合應急關斷系統(tǒng)完成關斷的現(xiàn)場儀表就顯得尤為重要�，F(xiàn)場儀表這幾年在使用上，變送器需求逐年增加，開關量儀表卻在下降。這種現(xiàn)象發(fā)生的背后，并非偶然，而是根據(jù)工藝油藏以及規(guī)范要求使然。

 

1　應急關斷系統(tǒng)概述

應 急 關 斷 系 統(tǒng)（ESD），Emergency ShutdownDevice（圖 1）。該系統(tǒng)在海上平臺上使用，根據(jù)平臺安全等級分為四級關斷�，F(xiàn)場儀表主要涉及第三，四級關斷。它通過對現(xiàn)場參數(shù)數(shù)據(jù)采集，實時對生產(chǎn)工藝進行監(jiān)測并作出動作，包括數(shù)據(jù)處理，工藝畫面顯示，報警，歷史趨勢，打印報表等。

（1）現(xiàn)場儀表分類。平臺上常見的現(xiàn)場儀表有溫度表、溫度變送器、壓力表、壓力變送器、流量計、分析儀，以及調(diào)節(jié)閥、有執(zhí)行機構的關斷閥、電磁閥等。這里主要討論實現(xiàn)遠傳信號實現(xiàn)信號反饋的儀表（開關量儀表和變送器）。

（2）開關量儀表。開關量是在時間上連續(xù)，在幅值上是二值化的量。

 

開關量的位式作用 ：開關量變量值的數(shù)目，一般只取限的數(shù)目。如“二位”開關的通斷，“三位”電動機的正轉反轉和停轉等。平臺上使用的開關量測量儀表包括過程變量開關（主要討論）、手動開關、按鈕、繼電器觸點等。應急關斷用的開關量測量儀表，正常工況下，觸點應處于閉合狀態(tài) ；非正常工況時，觸點處于斷開狀態(tài)。這類儀表在海洋石油平臺上特定場合使用的很多，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切斷熱源 ；再比如出油管線上都設置 PSH（pressureswitch high）、PSL（pressure switch low），在檢測到異常高壓或低壓時關斷油井。

開關量儀表的參數(shù)，包括測量范圍和設定值通常出廠前便已確定，并且后期調(diào)整很麻煩，可見無論是換件還是調(diào)節(jié)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儀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 信號由于其長傳輸距離和抗干擾能力等優(yōu)點被海上廣泛應用（圖 2）。

 

ESD 系統(tǒng)中涉及的現(xiàn)場變送器以壓力，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(shù)，使用起來很方便，就應急關斷系統(tǒng)而言，能使用的地方就很多了，比如關斷閥閥后壓力（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始初步設定，后期亦可以通過手操器等設備修改或修正，所以使用起來可以根據(jù)工況進行一定范圍的調(diào)節(jié)，所以只要在硬件范圍量程內(nèi)，通過設定量程便可更改和校正測量范圍。在渤海海域，開關量儀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，就以下幾點簡單分析下原因。

 

2　成本

開關量儀表的成本大致上是同類型號的變送器的四分之一到五分之一，性價比高，但是在安裝調(diào)試工作量上略高于同類變送器。

 

3　量程和精度

以壓力開關為例，壓力開關一般能夠提供一個大概的壓力值#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。壓力開關的量程區(qū)間是有限的，而變送器則能根據(jù)現(xiàn)場情況隨意調(diào)整。變送器切換差比開關量儀表更小。

 

4　可靠性

就單個儀表而言，開關量儀表和變送器的對比基本就是機械和電子設備的對比，開關量儀表對于電磁干擾會更不敏感，可靠性能更高。但就 ESD 系統(tǒng)而言，開關量儀表幾乎無法進行任何的診斷，而變送器則可以進行相關診斷。

 

簡單舉例 ：

假設有 3 個壓力開關（PS1、PS2、PS3）。

 

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

 

3 個變送器一直在送 AI 信號 給 ESD。shou先每路 AI都要先做高限判斷，在 CPU 內(nèi)部生成一個開關點。就像壓力開關的輸出一樣。#終表決拿這個點去執(zhí)行邏輯。其次，可以將 (PT1_PV + PT2_PV + PT3_PV) /3 =PSP_PV。這個平均值可以不停的跟 PT1，PT2，PT3 作比較，偏差過大的值應該是不正常的。這樣以判斷 3 個變送器的好壞。

 

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，值送 0，系統(tǒng)馬上就可以判斷出來。壓力開關斷線只能認為壓力開關沒動作而不知道是斷線了。壓力變送器過壓或者膜盒損壞，但是沒斷線，可能會一直送#大值，但是會有診斷信息送給系統(tǒng)。這個時候，系統(tǒng)也可以針對處理。

 

5　后期維護

（1）油田中的油氣是一直開采中的，地底壓力是在不斷下降的，但是我們還是需要一個相對穩(wěn)定的產(chǎn)量，這就需要現(xiàn)場儀表跟隨環(huán)境的變化而相應修改量程。由于開關量儀表可調(diào)范圍小，調(diào)試工藝復雜，在油田生產(chǎn)中后期必然會產(chǎn)生較高的費用。而且如果要求改的量程超過開關量儀表可修改的量程，那只能更換現(xiàn)場儀表。但變送器則能根據(jù)現(xiàn)場情況隨意調(diào)整量程。

（2）渤海海域冬季氣溫較低，如使用開關量儀表則容易出現(xiàn)凍堵 卡堵現(xiàn)象。變送器則沒有這個顧慮。

（3）開關型儀表的調(diào)教要遠比變送器復雜。在海上平臺實際使用中，變送器的優(yōu)點明顯高于開關量儀表，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，但目前還有幾個問題仍對這種趨勢有一定的影響。shou先就是在平臺規(guī)范中，明確寫到“一次儀表應使用開關”。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，這就無形中提高了變送器的使用價格。