摘? 要 在天然氣開發(fā)過程中,地面井口安全系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是在傳統(tǒng)壓力安全閥(壓力泄放)的基礎(chǔ)上，增加一級(jí)在意外和失控情況下緊急截?cái)嗑跉庠吹谋Ｗo(hù)，它在陸地高壓、高產(chǎn)、高危天然氣井及海上石油平臺(tái)天然氣的安全生產(chǎn)上發(fā)揮著重要的作用。API RP14C標(biāo)準(zhǔn)已成為陸上和海上安全系統(tǒng)的通用規(guī)范。通過對(duì)比國(guó)內(nèi)外井口安全系統(tǒng)的現(xiàn)狀，剖析國(guó)內(nèi)安全系統(tǒng)存在的問題，描述井口安全系統(tǒng)的基本功能和技術(shù)要點(diǎn)，為天然氣生產(chǎn)找到一個(gè)安全，可靠和經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)場(chǎng)解決方案，即按照API RP 14C規(guī)范來分析、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)井口安全系統(tǒng)。
??????? 主題詞：井口裝置 安全設(shè)備 地面 控制系統(tǒng) 安全閥
??????? 一、井口安全系統(tǒng)和API RP 14C標(biāo)準(zhǔn)
??????????? 美國(guó)石油協(xié)會(huì)和美國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)組織制定了API 和ASME標(biāo)準(zhǔn)，并被石油企業(yè)廣泛認(rèn)可。盡管石油公司都采用了API和ASME標(biāo)準(zhǔn)，但還是不斷發(fā)生意外事故。美國(guó)政府便積極推動(dòng)建立和強(qiáng)制實(shí)施更安全的標(biāo)準(zhǔn)。
??????? 海上天然氣井較為密集地固定在海上平臺(tái)上。平臺(tái)上排列著生產(chǎn)井和生產(chǎn)設(shè)備，如分離器、壓縮機(jī)等，還有許多工作人員在平臺(tái)上工作和生活，設(shè)備和人員高度集中。如果沒有嚴(yán)格的安全防范措施，發(fā)生事故的造成的損失無法估量。因此，海上天然氣井的安全系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展比陸地領(lǐng)先。
??????? 初期防止天然氣匯泄漏是采用井口截?cái)嚅y和簡(jiǎn)單的壓力傳感器來截?cái)嗖蓺鈽渖系拈y門。但由于這些系統(tǒng)的可靠性差、無法調(diào)?；蛘{(diào)校精度低，不能有效地保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備的安全，事故仍然不斷地發(fā)生。1960年后的10年中，墨西哥灣天然氣藏的開采速度加快，油公司和美國(guó)政府認(rèn)識(shí)到必須盡快設(shè)計(jì)和使用更為可靠的安全系統(tǒng)。
??????? 20世紀(jì)70年代初,作為監(jiān)察美國(guó)天然氣生產(chǎn)的美國(guó)政府責(zé)任部門------美國(guó)地質(zhì)勘探局（USGS）依據(jù)API-RP-14C（海上石油平臺(tái)地面安全系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、安裝和測(cè)試的推薦做法，簡(jiǎn)稱14C）制定了相應(yīng)的法規(guī)，要求油公司必須遵循14C，其中包括應(yīng)安裝的地面控制的井下安全閥（SCSSV）等內(nèi)容。14C定義了海上平臺(tái)安全系統(tǒng)的最低要求。14C的目的是采用多級(jí)保護(hù)手段來預(yù)防天然氣泄漏事故。例如：14C要求的第一級(jí)保護(hù)PSH是壓力安全最高限保護(hù)，當(dāng)壓力安全變得不安全時(shí)，PSH將感應(yīng)壓力并動(dòng)作，以截?cái)鄟碜跃诘牧黧w；如果PSH失效或發(fā)生故障時(shí)，第二級(jí)保護(hù)將防止超壓，它是一個(gè)帶泄放功能的壓力安全閥（PSV）來實(shí)現(xiàn)的。
??????? 在1970年后的10年時(shí)，隨著14C在美國(guó)的強(qiáng)制實(shí)施，使得全世界海上石油平臺(tái)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得到了進(jìn)一步的改善，國(guó)際油公司在項(xiàng)目中均采用14C的體系作為其通用規(guī)范在世界各地實(shí)施。和其他API規(guī)范一樣，許多國(guó)家要求把14C作為一個(gè)天然氣井口安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不僅把14C用在海上平臺(tái)，同樣也用于陸上的天然氣井口。
??????? API-RP-14C頒布以來，安全系統(tǒng)工業(yè)化得到了很好的發(fā)展。美國(guó)許多公司根據(jù)14C的要求來研制和生產(chǎn)用于安全系統(tǒng)的部件，壓力傳感器、液位開關(guān)、電磁閥、定時(shí)器和指示器等部件被開發(fā)和廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)出了各種簡(jiǎn)捷實(shí)用的操作面板，形成了專業(yè)的設(shè)計(jì)和制造安全系統(tǒng)控制屏的公司。控制部件的廠家或美國(guó)的BWB、SIGMA、VERSA和英國(guó)的Bifold Fluidpower公司，都有35年以上的歷史，并成為部件生產(chǎn)行業(yè)的領(lǐng)先者。生產(chǎn)井口控制屏的廠家則集中在美中的休斯頓和新奧爾良地區(qū)，而TEST、PETROTECH、API、W-INDUSTRY等是最大的制造商，也為哈里伯頓、卡麥隆、貝克公司做配套服務(wù)。
??????? 二、陸上井口安全系統(tǒng)的現(xiàn)狀和基本做法
??????? 在美國(guó)，地面安全閥（SSV）通常與井口閘閥一起被稱為“重鐵”，常與井口采油樹成套采購，控制系統(tǒng)則納入地面控制流程統(tǒng)一考慮，單獨(dú)采購便于安裝的控制柜和安裝部件?！?.11”后，美國(guó)墨西哥灣的天然氣開采由海上進(jìn)入了陸地，雖然產(chǎn)量低，但每口氣井都安裝了井口安全系統(tǒng)。
??????? API SPEC 6A對(duì)地面安全閥的定義：失去動(dòng)力供給時(shí)即自動(dòng)關(guān)閉的井口閥門總成。SSV閥應(yīng)包括地面安全閥和閥門執(zhí)行器；要求與采氣樹有同樣的材料等級(jí)、產(chǎn)品規(guī)范等級(jí)PSL和性能等級(jí)PR，要求有API 6A認(rèn)證。
??????? 我國(guó)在2005年以前只有一些高危氣井（高含硫或特高產(chǎn)量氣井）安裝了進(jìn)口的地面安全系統(tǒng)。隨著國(guó)家對(duì)安全和環(huán)境的高度重視，2005年頒布的國(guó)標(biāo)GB50350-2005（2005-09-01實(shí)施）的《天然氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定“氣井井口應(yīng)安裝井口高低壓緊急關(guān)斷閥”。
??????? 1．地面井口安全系統(tǒng)的基本功能和要求
??????? 地面井口安全系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是在傳統(tǒng)的壓力安全閥（壓力泄放）的基礎(chǔ)上，增加一級(jí)在意外和失控情況下緊急截?cái)嗑跉庠吹谋Ｗo(hù)（見圖1），其功能和要求如下。
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??????? 圖1實(shí)現(xiàn)WSSV、MSSV和SCSSV控制的系統(tǒng)圖
??????? （1）有序的對(duì)翼閥安全閥WSSV、主安全閥MSSV和井下安全閥SCSSV進(jìn)行關(guān)斷和開啟。
??????? （2）在以下地方實(shí)施人工緊急關(guān)斷：①井口控制盤上；②遠(yuǎn)程控制開關(guān)上；③RTU遠(yuǎn)程終端上；④ESD緊急關(guān)斷站上。
??????? （3）在以下情況下采用自動(dòng)緊急關(guān)斷：①檢測(cè)點(diǎn)壓力因故超高限（檢測(cè)到安全壓力高）；②地面管線爆管泄漏事故（檢測(cè)到安全壓力低）；③井口發(fā)生火災(zāi)（易熔塞超過120゜C熔化）；④有毒氣體的泄漏及其他要求。
??????? 2．地面井口安全系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)
??????? （1）井口安全系統(tǒng)是全天候使用的設(shè)備，對(duì)氣（液）管路部件的材料和工藝的要求較高，在溫差變化較大時(shí)，管路不能有泄漏。