摘要：长北气田由中国石油与壳牌石油公司合作开发。在该合作项目实施过程中，合作双方始终将HSE“零事故”作为首要目标，并为此制定了相应的程序和管理制度，尤其是在生产系统本质安全化管理方面有独特之处。为此，对比了中国石油与壳牌石油公司在生产工艺系统本质安全化方面的差异，总结出长北项目生产工艺系统本质安全化有以下特点：①本质安全化贯穿于整个项目的设计、施工以及生产运行和维护全过程，且有相应的控制和管理方法；②本质安全化的费用投入最低、合理、可行；③安全仪表系统性能稳定，故障率低，能够实现对生产工艺系统的联锁保护；④生产工艺系统建成后按照设计要求进行严格试车，确保后期操作安全平稳；⑤利用先进的SAP系统对工艺设备进行维护管理，保证工艺系统安全可靠。

    关键词：鄂尔多斯盆地；长北气田；工艺系统；本质安全化；壳牌石油公司；安全生产；管理

    2005年长北合作项目正式进入商业开发。该项目是目前中国陆上天然气勘探开发领域最大的对外合作项目，壳牌(中国)勘探与生产有限公司与中国石油共同承担了开发作业任务，具备年供气30×10⁸m³、稳产10年的能力。项目实施过程中，合作双方始终将HSE业绩表现作为首要目标，并制定了一系列相关程序、措施和管理制度，尤其是在生产系统本质安全化管理方面独具特色。

    本质安全一词产生于20世纪60年代，源于电气设备防爆构造设计。狭义的本质安全一般是指机器、设备本身所具有的安全性能，即是指机器、设备等自身物质和工艺设计条件能够自动防止操作失误或引发事故。广义的本质安全指包括“人-机-环境-管理”这一系统表现出的安全性能，通过优化资源配置和提高其完整性，使整个系统安全可靠。基于这一系统和安全管理体系的本质安全理念认为，所有事故都是可以预防和避免的^[1]。

    本质安全化就是为使生产装置、设备、系统以及安全措施等达到本质安全而进行的研究、设计、改造和强化实施与管理的过程。目的是用科学技术尤其是安全科学技术的一切成就，使生产现场所形成的事故条件(或因素)从根本上得以消除；若暂时达不到这种要求，则可采取多种、多重的安全技术措施，形成最佳组合安全保障系统，以最大程度地实现安全生产^[2]。

    长北项目生产工艺系统本质安全化体现在项目的设计、施工以及生产运行和维护管理的整个过程，通过在不同阶段采取不同的措施，来实现整个生产工艺系统的本质安全化。

2.1.1重视设计前的专项评估

    长北项目在概念设计、初步设计和施工图设计阶段，先后开展了一系列由第三方完成的专项评估，如电器安全性操作分析、仪表保护功能研究、价值工程研究、安全工程研究、噪音研究、危险性分析、危险及可操作性分析、消防分析、火灾爆炸性分析、定量危险性分析、人力因素工程研究、设备HSE案例分析、安全性评估等。通过前期专题论证，对确定合理的工艺模式和设备选型提供了可靠的依据，提高了整个工程的安全性、可靠性、经济性、实用性。

2.1.2采用双重标准，现场布局安全合理

    长北项目从工程的实用性、安全性和先进性出发，在设计时除了遵循中国国家和行业标准外，同时还满足了壳牌公司DEP(设计与工程实践)的最低标准，两者比较按规定严格者执行。根据《原油和天然气工程设计防火规范》GB 50183-2004的要求，将长北天然气处理厂主要划分为主装置区、辅助装置区、公用设施区、消防区、办公及生活区5个功能区。总平面布置按危险等级分区布置，主装置区在厂区的中央，其他功能区块围绕主装置区而建，办公及生活区在厂区的上风向，两套主装置区之间以及主装置区与其他功能区之间的距离都远大于行业标准要求，达到了安全可靠、布局合理的目的。

2.1.3独立的安全仪表保护系统，提高装置安全性

    长北气田试生产作业区(Trial Production Operation，简称TPO)在2005年升级改造时，采用了具有安全联锁保护功能的TRICON系统；增加了用于实现安全联锁保护功能的检测仪表；在集气站进出口天然气管线、分离器排污管线上增加了紧急切断阀以及配套的仪表系统；在装置区周围增加了红外对射可燃气体探测仪、火焰探测仪。更新后的控制系统既保留了过程控制功能，又增加了仪表保护功能，提高了生产装置的安全可靠性^[3]。

    长北气田天然气处理厂及井丛的自动控制系统采用了DCS、IPS、FGS相结合的控制、监测、保护系统。与国内较早的控制系统不同之处在于，将联锁保护功能和火焰及气体探测功能彻底地从DCS系统中分离出来，分别形成独立的IPS、FGS系统。不仅减轻了DCS的负担，也大大提高了联锁保护功能和火焰及气体探测功能的灵敏度和可靠性。DCS(Distributed Control System集散控制系统)主要实现井丛、中央处理厂的生产控制、数据监控；IPS(Instrumented Protective System仪表保护系统)是在生产出现异常时，为保护人员和工艺设备的安全而进行的停车控制系统；FGS(Fire and Gas System火焰及气体监测系统)用来监测生产现场的火陷信号和检测可燃气体浓度。DCS、IPS、FGS在控理器、功能模块、现场仪表、执行机构等方面相对独立，相互补充，并有冗余备份，各系统之间通过MODBUS协议进行通讯，实现了井丛及长北天然气处理厂的远程控制。

2.1.4合理的工艺流程，降低了操作风险和难度

    针对长北气田天然气不含硫化氢，但含有微量凝析油的特点，我们先后在TPO榆林集配气总站进行了两套低温分离工艺设备的试验，分别为：①一级分离-板翅式换热器-节流-二级分离-预过滤器-气液聚结器-低温三级分离器-板翅式换热器外输；②分离-三组管翅式换热器-节流-低温分离器-三组管翅式换热器-外输。通过对比，确定了长北气田天然气处理厂前期采用分离、预冷、JT阀节流、低温分离的处理工艺，后期采用分离、增压、预冷、丙烷制冷低温分离的处理工艺。此套低温分离工艺流程不仅换热效果更好，而且设备数量大幅度减少，操作难度和风险以及运行费大大降低^[4]。

2.1.5重点设备选型先进、留有备用

    为了确保长北气田生产工艺系统安全可靠、高效运行，在低温分离工艺设备选型时，选用了国内外成熟、先进的固定管板式换热器和装有壳牌专利产品——SMS高效分离元件的低温分离器，减少了系统的故障率；同时对空压机、导热油炉、重点机泵等辅助设备采取一备一用，即使出现故障，也不至于影响到整个系统的安全运行^[5]。