［摘 要］自動化儀表在海洋石油開采中起著至關(guān)重要的作用，其能夠借助強(qiáng)大的數(shù)據(jù)總結(jié)、分析功能幫助提高開采效率，確保作業(yè)過程的安全性。然而，海洋環(huán)境條件較為極端，在高鹽度、高濕度、強(qiáng)腐蝕性及巨大的水壓等環(huán)境因素的影響下，對儀表的可靠性形成了極為嚴(yán)重的考驗。并且，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代自動化儀表正朝著更加智能化、精準(zhǔn)化的方向發(fā)展。研究海洋石油自動化儀表的可靠性及其發(fā)展趨勢，不僅對保障能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)至關(guān)重要，也對促進(jìn)海洋石油行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

［關(guān)鍵詞］海洋石油；自動化儀表；可靠性；發(fā)展趨勢研究

［中圖分類號］TM75 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0063–03

1 海洋石油自動化儀表分類

1.1 壓力表

壓力表是測量液體和氣體介質(zhì)氣壓的重要儀器，其核心部件包括信息采集裝置和測量裝置，裝置能夠承受高壓，并確保數(shù)據(jù)監(jiān)控的極高精確度。壓力表的設(shè)計允許與系統(tǒng)和操作設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)對液流的實(shí)時控制及數(shù)據(jù)的精確采集和處理。壓力表在保證工藝流程順利進(jìn)行方面起著至關(guān)重要的作用，特別是在石油精煉、化工生產(chǎn)等較為復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中，精確的壓力監(jiān)測有助于維持設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，還能預(yù)防潛在的安全風(fēng)險。此外，壓力表的數(shù)據(jù)對于分析系統(tǒng)性能、優(yōu)化操作參數(shù)提供了重要依據(jù)，使得整個生產(chǎn)過程更加高效、安全。

1.2 測溫儀

在海上原油處理中，溫度傳感器是不可或缺的儀器。這類儀器通常具有良好的穩(wěn)定性，能夠在極端溫度條件下工作，即使在高達(dá)1 600℃的環(huán)境中，也能保持?jǐn)?shù)據(jù)的精確度。通過傳感器檢測溫度變化，當(dāng)溫度升高時，傳感器能快速感應(yīng)并轉(zhuǎn)換成電阻變化的信號，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)。例如，在蒸餾過程中，溫度的精確控制可以確保不同成分的有效分離，從而提高原油加工的效率和產(chǎn)出質(zhì)量。此外，溫度監(jiān)控還有助于預(yù)防過熱或低溫帶來的風(fēng)險，確保設(shè)備和人員的安全。

1.3 流量測量儀

流量監(jiān)控儀主要應(yīng)用了差壓式流量計和超聲流量計等先進(jìn)設(shè)備，儀器主要用于控制原油加工中原材料的加入比率，用于保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，每種儀器都有其獨(dú)特的檢測機(jī)理及操作要求，因此須嚴(yán)格遵循使用說明書，確保儀器的正確運(yùn)行。除了機(jī)械和操作上的精確性外，數(shù)據(jù)的分析和解讀也至關(guān)重要。正確的數(shù)據(jù)解析有助于調(diào)整生產(chǎn)流程，優(yōu)化資源配置，從而提高整個生產(chǎn)線的效率。在復(fù)雜的加工環(huán)境（如溫度、壓力變化頻繁）中，流量測量儀器需要確保穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4 物位測量儀

在處理海上溢油等緊急情況時，需要時刻監(jiān)測儲罐液面狀況。物位測量儀能夠檢測化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的化合物，從而獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。該儀器類型較多，大致包括直讀式和浮力式兩大類直讀式儀器提供直接的讀數(shù)，便于快速判斷。而浮力式儀器則能提供更為準(zhǔn)確的測量結(jié)果。在特定場合（如極端天氣或復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境），結(jié)合使用直讀式和浮力式物位測量儀能夠提供更全面的數(shù)據(jù)支持。此外，面對泄漏等狀況，物位測量儀準(zhǔn)確的物位監(jiān)測有助于及時響應(yīng)，采取必要措施，以最小化環(huán)境影響，確保生產(chǎn)安全。

2 自動化儀表可靠性對海洋石油的重要性

海洋石油開采涉及多種復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，自動化儀表設(shè)備可以最大限度地簡化原油生產(chǎn)流程，加速工作流程，節(jié)省時間與人力成本，從而提升工作效率。自動化儀表可以有效記錄并及時更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過電腦數(shù)據(jù)計算提高結(jié)果精確度，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行狀態(tài)下各項參數(shù)指標(biāo)的準(zhǔn)確監(jiān)控，確保海上油田作業(yè)中的重復(fù)性工作可以完全交由機(jī)器實(shí)現(xiàn)，大幅降低人工操作的風(fēng)險。

可靠的自動化儀表能夠確保石油鉆井、采油及生產(chǎn)安全，實(shí)時、精確地監(jiān)控平臺上生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況，迅速發(fā)現(xiàn)并處理各種異?；蚬收锨闆r。儀表可以根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯進(jìn)行快速響應(yīng)和處置，從而有效保障整體作業(yè)平臺的安全性與穩(wěn)定性，為提升我國石油企業(yè)的安全管理水平和效率提供了堅實(shí)的技術(shù)支持。

3 海洋石油自動化儀表可靠性的衡量標(biāo)準(zhǔn)

3.1 穩(wěn)定性

海上石油平臺作為石油開采的核心生產(chǎn)基地，其內(nèi)部的自動化儀表設(shè)備的穩(wěn)定性，對于保障石油的高效生產(chǎn)、安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。為了確保自動儀器的可靠運(yùn)作，需要全面了解其工作原理和基本特性，綜合考量工藝流程、工況特點(diǎn)、安全需求及外部環(huán)境，從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，分析設(shè)備與生產(chǎn)需求的契合程度，尤其要在不同測量原理下進(jìn)行穩(wěn)定性評估。通過這種方法，可以確保自動化儀表的基本性能，在保證生產(chǎn)安全的同時，提高原油開采的整體效率與質(zhì)量。

3.2 安全性

自動化儀表的安全性是評估海洋油氣開采項目整體安全性的主要參照。在規(guī)劃建設(shè)工程中的自動化儀器時，必須堅持理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則，確保所選用的儀器符合生產(chǎn)工藝的要求。事故安全設(shè)計原則是安全儀器中的關(guān)鍵考慮因素，由于單一元件設(shè)計存在不同程度的潛在缺陷，為了確保海上油氣井的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，自控系統(tǒng)層面上的設(shè)計必須能在單一元件發(fā)生故障時，及時將工藝引導(dǎo)至安全狀態(tài)。事故－保險原則廣泛應(yīng)用于海上油氣鉆井平臺的應(yīng)急關(guān)閉系統(tǒng)，以確保在壓力、溫度、液位、流量等參數(shù)異常變化時，能夠有效保護(hù)人員、財產(chǎn)及環(huán)境安全。然而，并非所有控制裝置都具備失效保險功能，因此，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，需要通過安全性較高的自動化儀表器件削弱系統(tǒng)整體的風(fēng)險程度。

3.3 便捷性

對于自動化儀表的設(shè)計而言，不僅需要具備先進(jìn)且可靠的自我診斷功能，還應(yīng)注重用戶友好性，確保操作者能夠有效地執(zhí)行相關(guān)指令，從而充分發(fā)揮儀器的性能。如果所選用的儀器操作過于復(fù)雜，作業(yè)者難以熟練掌握，這可能導(dǎo)致操作錯誤的頻率顯著增加，嚴(yán)重威脅到平臺的安全性和可靠性。因此，使用便捷性也是海洋石油自動化儀表設(shè)備可靠性的關(guān)鍵衡量依據(jù)，易于使用的儀器更容易提升作業(yè)效率，有效減少操作風(fēng)險，保障海上油氣開采的安全穩(wěn)定進(jìn)行。

4 確保海洋石油自動化儀表可靠性的主要手段

4.1 劃定安全標(biāo)準(zhǔn)等級

安全儀表系統(tǒng)是過程安全管理的關(guān)鍵組成部分，也是自動化儀表可靠性的集中體現(xiàn)。系統(tǒng)指定適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)安全完整性等級（SIL），在過程參數(shù)超出預(yù)定范圍或脫離安全操作條件時，能夠有效引導(dǎo)過程進(jìn)入安全狀態(tài)。值得注意的是，安全儀表系統(tǒng)僅為多層防護(hù)體系中的一環(huán)，無法獨(dú)立消除所有風(fēng)險。

因此，有必要落實(shí)保護(hù)層分析（LOPA），識別并評估已知過程風(fēng)險，如果LOPA 指出現(xiàn)有保護(hù)措施不足以將風(fēng)險降至可接受水平，需引入安全儀表系統(tǒng)。確定SIL 級別涉及復(fù)雜的技術(shù)判斷，需由具備豐富經(jīng)驗和技術(shù)知識的專業(yè)人員負(fù)責(zé)，技術(shù)人員不僅要熟悉設(shè)備操作、安全管理流程，還需深入理解設(shè)備運(yùn)行的技術(shù)支持和基本原理。SIL 的確定方法包括：①安全保護(hù)層矩陣法，用于定性理解故障隱患并提供故障分析依據(jù)；②故障樹分析法，適用于故障發(fā)生后的邏輯圖表分析；③改進(jìn)的HAZOP 方法，旨在分析設(shè)計圖紙和技術(shù)程序，以評估風(fēng)險可能造成的危害性程度。無論是何種方法，其分析結(jié)果終將作為指導(dǎo)安全管理人員執(zhí)行風(fēng)險防控措施的信息支持。

4.2 編制安全要求說明

安全性需求規(guī)范關(guān)乎安全儀器系統(tǒng)的兩大核心方面：適用性的安全功能與安全功能的完備性。適用性的安全功能指的是在面對特定的失效隱患時，所采取的應(yīng)對狀態(tài)，包括安全儀器系統(tǒng)的輸入、操作設(shè)定值、系統(tǒng)的輸出及其產(chǎn)生的效果。而完備性涉及安全儀器系統(tǒng)在事后分析中所要求的SIL 級別和故障診斷標(biāo)準(zhǔn)的匹配程度。此外，安全儀器還必須滿足在試驗中對品質(zhì)和特性的特定需求，以確保其在實(shí)際操作中具有較高的可靠性。

4.3 重視儀表安裝效果

為確保自動化儀表的有效運(yùn)行，根據(jù)具體的設(shè)計規(guī)程，啟動前的試驗工作需要充分準(zhǔn)備，以保證儀器運(yùn)行符合安全管理的要求。具體而言，儀表的安裝和調(diào)試工作涉及裝置配線、供電、保護(hù)裝置設(shè)定值、停機(jī)操作、旁路設(shè)置、重置操作及相關(guān)信息核查。在安裝階段，應(yīng)密切參照儀表的參數(shù)設(shè)計，確保儀表使用環(huán)境能夠匹配要求，再通過綜合準(zhǔn)備及精細(xì)調(diào)校，大幅提高自動化儀表的可靠性。

4.4 發(fā)揮儀表數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢

自動化儀表與傳統(tǒng)儀表設(shè)備的差距在于，其內(nèi)部的線路構(gòu)成極為復(fù)雜，且自動化儀表具有信息處理架構(gòu)，在架構(gòu)的支持下，儀表能夠迅速將探測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其他形式的信號。得益于內(nèi)置的微型計算機(jī)，自動化儀表的信息數(shù)據(jù)處理能力更加全面，這極大地提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保了儀器的正常運(yùn)行。與此同時，自動化儀表也帶有快速檢索功能，有助于減少信息錯誤，并對相關(guān)信息進(jìn)行有效的糾正。自動化儀表具備完善的存儲能力，能實(shí)時記錄海上原油開采過程中的關(guān)鍵參數(shù)，并對電腦信息系統(tǒng)中的相關(guān)資料進(jìn)行全面加工，為采油工作提供關(guān)鍵的信息支持，提升油田企業(yè)的工作效率，為安全生產(chǎn)帶來強(qiáng)有力的支持。

4.5 強(qiáng)化儀表故障分析能力

自動化儀表通常由液晶顯示屏、鍵盤及鼠標(biāo)組成，能夠?qū)崟r獲取整個生產(chǎn)流程的數(shù)據(jù)，監(jiān)控人機(jī)接口和控制接口，并將相關(guān)數(shù)據(jù)有機(jī)地整合，記錄各種儀器的內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，為后續(xù)的分析回顧提供便利。利用仿真制造和解析的方法，可以在平面上直觀地展示人體運(yùn)動，提高人機(jī)交互的便捷性，并提升特定接口的加工水平。通過將自動化技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對自動化儀表的綜合管理，為平臺的穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)?？紤]到儀表的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儀器的敏感度較高，因而在維修過程中經(jīng)常會遇到各種問題，對此必須對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行深入分析，以便高效地進(jìn)行故障檢測，并利用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備進(jìn)行自動調(diào)試，從而實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的全面診斷，在提高維修效率的同時，確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

5 海洋石油自動化儀表的發(fā)展趨勢

海上石油開發(fā)若發(fā)生安全事故將導(dǎo)致巨大損失，因此，未來自動化儀器的發(fā)展將以提高海上石油工業(yè)安全為核心，努力最小化各類風(fēng)險事件的發(fā)生概率。

現(xiàn)階段，在我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，自動化設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，海上油田的自動化設(shè)備正朝向智能化發(fā)展。目前國內(nèi)使用的部分儀器設(shè)備操作繁瑣，功能未能完全滿足特定需求，常需多種儀器聯(lián)合使用。因此，未來發(fā)展趨勢將是儀器結(jié)構(gòu)簡化并增強(qiáng)功能性，智能化與自動化技術(shù)的融合程度將持續(xù)深化，推動儀器技術(shù)革新，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在提升自動化儀器功能方面，將主要依賴當(dāng)前的信息科技，但隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，自動化儀器在未來的進(jìn)程中，將結(jié)合通信技術(shù)與微電子技術(shù)，走向更高級的智能化。同時，電子信息技術(shù)的發(fā)展也大幅簡化了自動化儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，使得操作過程更加高效和安全。客觀來看，在未來的發(fā)展中，自動化儀器將成為海上石油工業(yè)安全、智能、高效運(yùn)作的關(guān)鍵，為整個行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和安全生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的支持。

6 結(jié)束語

在日漸成熟的信息技術(shù)的推動之下，海洋石油自動化儀表已然成為提高生產(chǎn)效率、保障作業(yè)安全的關(guān)鍵，相關(guān)設(shè)備不僅在精確監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理方面展現(xiàn)出卓越性能，還可以通過智能化管理、操作簡化流程，極大地減少人力成本及操作風(fēng)險。在未來，隨著信息技術(shù)與自動化技術(shù)進(jìn)一步融合，海洋石油自動化儀表的應(yīng)用也將更為廣泛，相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新也將進(jìn)一步推動海洋石油領(lǐng)域的發(fā)展，為國家經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步貢獻(xiàn)更大的力量。

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