HIPPS在海上油气田开发的运用研究.pdf

一 5 0 一 ■ 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 O 1 5 年 第1 8 卷 H I P P S 在海上油气田 开发的运用研究 孙伯娜 ，张伟 ，孙伯彬 1 ． 海洋石油工程股份有限公司，天津 3 0 0 4 5 1 2 ． 中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 3 0 0 2 2 2 3 ． 中海油 田服务股份有限 公司 ， 天津 3 0 0 4 5 2 [ 摘 要]本文介绍了H I P P S 系统的功能及特点。针对菜油田群及某中心平台的特点，使用H I P P S 系统及管线降压的设计方 案，对管线进行超压保护，有效降低 了堵塞x - - F的火炬泄放量，起到节能减排的效果。 [ 关键词]H I P P S ；超压保护；泄放量；应用 H I P P S 高完整性压力保护系统 是安全仪表 系统的一种典型应用 ，主要用于为工艺设备、管 道、井 口装置 、出油管线 、气体管汇 以及其他专 用设备提供超高压保护和火炬负载调节 。 在 以前 的工 程 设计 标准 中，通 常使 用 机械 泄放 设备 如压力泄放 阀和爆 破片等作为工 艺 系统超 高压 的最后一级安全保 护屏障。随着海洋 工程设计对于安全生产、环境保护 、降低投资 以 及更 高的可靠性 需求， 已逐渐采 用HI P P S 系统 。 HI P P S 系统是在满足和符合I E C6 1 5 0 8 ／ 6 1 5 1 1 等电气 ／ 电子／ 可编程 电子系统 E ／ E ／ P E功能安全标准的 条件 下的特殊应用 ，是在E S D系统 以外独立工作 的系统 ，是最后一级的保护 。 HI P P S 的功 能特 点 1 HI P P S 系统主动监测设备或管线工作介质 压力，一旦操作压力超过设定值，H I P P S 阀门将在 极短 的瞬间切断隔离高压源 ，防止下游设备或管 线超压损坏； 2 HI P P S 的快速切断保护功能 关断时间小 于2 S ，解 决了传统泄放方式 引起的大量排放， 保护 了环境； 3 HI P P S 系统 的所有仪表完全独立 ，不受平 台或工厂的工艺关 断系统、应急关断系统或其他 控制 系统 的控制 ，使工厂可靠性操作经济性得到 提高，灾害性风险得到有效控制。 1 H I P P S 在某海底管道系统设计中的应用 某国外大型油气田群由1 3 个井 口平台 简称 WP组成 ，每个井 口平 台的气体 处理 能力均为 3 5 0 MMS C F D，每个井 口平 台均通过一根1 2 i n 的海 底管线连接到一个 收集平台 简称T P。收集平 台为无人平 台，来 自井 口平台的气体在 收集平 台 汇合后 ，通过一根3 6 i n 的海底管线外输到终 端气 体处理平 台 简称WGP 。A区域井 口的最 大关 井压力为5 8 3 b a r g 7 8 0 0 p s i g ，井 口压力为4 1 4 4 8 3 b a r g 6 0 0 0 ～ 7 0 0 0 p s i g ，B区域井 口的最大关井压 力为 6 0 7 b a r g 8 8 0 0 p s i g ，井 口压力 为41 3 4 8 3 b a r g 6 0 0 0 7 0 0 0 p s i g ，气体接收终端WGP 平台的接 收压力为6 7 b a r g 9 7 5 p s i g 。根据以上信息可 以得 出 以下几点结论 1 基于 下游处 理平 台 WGP 的正 常操作 压 力 ，井 口平 台的正常操作压力非常低 ，但是一旦 发 生下 游堵 塞等 故 障 ，井 口平 台的压 力 就会 积 聚 ，可能达到关井压力。即正常工况 下，平 台的 操作压力低；事故工况下，平台的压力非常高。 2 每个 收集平台的处理量非常大，如果采用 全压设计 ，即从井 口到收集平 台的出 口均采用 能 满足关井压力的高压设计 ，整个平 台的设计成本 非常高。 3 收集平台的处理量非常大 ，如果井 口平 台 采用全压设计，收集平台采用降压设计，如图1 所 示 ，则收集平 台就 需要设置堵塞工况的压力安全 阀P S V进行超压保护 ，经计算P S V的气体泄放量 为 1 8 0 0 MMS C F D；P S V的尾管尺寸为2 6 i n ／ 1 0 m； 管汇到火炬分液罐 的尺 寸为2 8 i n ／ 1 O O m；火炬分液 罐 的尺寸为 1 3 i n I D 3 8 i n T ／ T ；火炬分 液罐上 作者简介孙伯娜 1 9 8 4 一， 女， 天津宝坻人，大学本科，海 洋石油工程股份有限公司工程师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 一 一 技术交流 石油 和化工 设备 2 0 1 5 年第 1 8 卷 2 3 8 0 0 k P a G，B 海管相连的水下井 口的关井压力为 2 6 6 0 0 k P a G，根据下游 的背压 ，段塞流捕集器的 正常工况下 的最大操作压力为1 1 9 0 0 k P a G。根据 以上信息，采用在海管登陆管线设置HI P P S 的方案 以及下游变 级的方案设计 。从 以上信 息 ，可 以得 出如 下结 论 1 水下井 口的关井压力非常高，一旦下游发 生堵塞 ，管线 内的压力就可能积聚到非常高的关 井压力 ，采用全压设计 ，管线不会超 压，但是成 本 非常高，因此采用降压设计 ，即在 段塞流捕集 器入 口将压力等级 由G磅级降为E 磅级，即满足管 线正常操作 的压力等级； 2 采用降压设计 需要在段塞流捕集器上设置 堵塞工况的P S V进行超压保护，在管线超压时将气 体泄放到火炬系统 ；或者在段塞流捕 集器入 口设 置HI P P S 装置 ，因为HI P P S 装置能够在非常短 的时 问 内切 断压力源 ，因此只需在段塞流 捕集 器上设 置火灾工况的P S V进行超压保护即可 。经计算，如 果不设置HI P P S 系统，A段塞流捕集器的堵塞工况 的P S V的额定泄放量为5 2 8 0 0 k g ／ h ，设置HI P P S 系 统后火灾工况 的额定泄放量为9 1 3 5 k g ／ h ，泄放量 仅为不设置HI P P S 工况 的1 ／ 6 ；如果不设置HI P P S 系 统 ，B段塞流捕集器的堵塞工况 的P S V的额定泄放 量为9 1 7 4 0 k g ／ h，设置HI P P S 系统后火灾工况 的额 定泄放量为9 8 6 9 k g ／ } 1 ，泄放量仅为不设置HI P P S 况的1 ／ 9 。 图3 某中心平台的流程图 3小结 对 于海 上油 气 田开 发 中 由于 正常 操作 压 力 低 ，易发 生堵 塞超 压 ，压 力会 升到 非常 高 的工 况，采用关断快速、性能可靠 的HI P P S 系统和 降压 设计，既能节约采用高压设计的生产成本，又能 对 降压设计 的管线起到很好的超压保护作用 ，同 时还可 以有效地减小堵塞工况 下的泄放量 ，从而 大大降低火炬的负载，达到节能减排 的目的。 ◆参考文献 [ 1 】 海洋石油工程设计指南编委会． 海洋石油工程设计概 念与工艺设计[ M】 ． 北京石油工业 出版社，2 0 0 7 ． [ 2 ]郑晓彩． 高完整性压力保 护系统在NB 3 5 ． 2 项 目中的应用 [ J 】 ． 中国修船，2 0 0 8 ，2 1 增刊 5 7 ． 5 9 ． [ 3 】 何军民 压力保护系统在原油长输管道中的应用 J 】 ． 石油规 划 设 计 ，2 0 0 3 ， 1 4 3 1 3 5 3 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m