摘  要 在天然气开发过程中,地面井口安全系统的实质是在传统压力安全阀(压力泄放)的基础上，增加一级在意外和失控情况下紧急截断井口气源的保护，它在陆地高压、高产、高危天然气井及海上石油平台天然气的安全生产上发挥着重要的作用。API RP14C标准已成为陆上和海上安全系统的通用规范。通过对比国内外井口安全系统的现状，剖析国内安全系统存在的问题，描述井口安全系统的基本功能和技术要点，为天然气生产找到一个安全，可靠和经济的现场解决方案，即按照API RP 14C规范来分析、设计和生产井口安全系统。
        主题词：井口装置 安全设备 地面 控制系统 安全阀
        一、井口安全系统和API RP 14C标准
            美国石油协会和美国机械工程协会组织制定了API 和ASME标准，并被石油企业广泛认可。尽管石油公司都采用了API和ASME标准，但还是不断发生意外事故。美国政府便积极推动建立和强制实施更安全的标准。
        海上天然气井较为密集地固定在海上平台上。平台上排列着生产井和生产设备，如分离器、压缩机等，还有许多工作人员在平台上工作和生活，设备和人员高度集中。如果没有严格的安全防范措施，发生事故的造成的损失无法估量。因此，海上天然气井的安全系统应用发展比陆地领先。
        初期防止天然气汇泄漏是采用井口截断阀和简单的压力传感器来截断采气树上的阀门。但由于这些系统的可靠性差、无法调校或调校精度低，不能有效地保护生产设备的安全，事故仍然不断地发生。1960年后的10年中，墨西哥湾天然气藏的开采速度加快，油公司和美国政府认识到必须尽快设计和使用更为可靠的安全系统。
        20世纪70年代初,作为监察美国天然气生产的美国政府责任部门------美国地质勘探局（USGS）依据API-RP-14C（海上石油平台地面安全系统的分析、设计、安装和测试的推荐做法，简称14C）制定了相应的法规，要求油公司必须遵循14C，其中包括应安装的地面控制的井下安全阀（SCSSV）等内容。14C定义了海上平台安全系统的最低要求。14C的目的是采用多级保护手段来预防天然气泄漏事故。例如：14C要求的第一级保护PSH是压力安全最高限保护，当压力安全变得不安全时，PSH将感应压力并动作，以截断来自井口的流体；如果PSH失效或发生故障时，第二级保护将防止超压，它是一个带泄放功能的压力安全阀（PSV）来实现的。
        在1970年后的10年时，随着14C在美国的强制实施，使得全世界海上石油平台安全系统的设计得到了进一步的改善，国际油公司在项目中均采用14C的体系作为其通用规范在世界各地实施。和其他API规范一样，许多国家要求把14C作为一个天然气井口安全系统的设计标准，不仅把14C用在海上平台，同样也用于陆上的天然气井口。
        API-RP-14C颁布以来，安全系统工业化得到了很好的发展。美国许多公司根据14C的要求来研制和生产用于安全系统的部件，压力传感器、液位开关、电磁阀、定时器和指示器等部件被开发和广泛应用，设计出了各种简捷实用的操作面板，形成了专业的设计和制造安全系统控制屏的公司。控制部件的厂家或美国的BWB、SIGMA、VERSA和英国的Bifold Fluidpower公司，都有35年以上的历史，并成为部件生产行业的领先者。生产井口控制屏的厂家则集中在美中的休斯顿和新奥尔良地区，而TEST、PETROTECH、API、W-INDUSTRY等是最大的制造商，也为哈里伯顿、卡麦隆、贝克公司做配套服务。
        二、陆上井口安全系统的现状和基本做法
        在美国，地面安全阀（SSV）通常与井口闸阀一起被称为“重铁”，常与井口采油树成套采购，控制系统则纳入地面控制流程统一考虑，单独采购便于安装的控制柜和安装部件。“9.11”后，美国墨西哥湾的天然气开采由海上进入了陆地，虽然产量低，但每口气井都安装了井口安全系统。
        API SPEC 6A对地面安全阀的定义：失去动力供给时即自动关闭的井口阀门总成。SSV阀应包括地面安全阀和阀门执行器；要求与采气树有同样的材料等级、产品规范等级PSL和性能等级PR，要求有API 6A认证。
        我国在2005年以前只有一些高危气井（高含硫或特高产量气井）安装了进口的地面安全系统。随着国家对安全和环境的高度重视，2005年颁布的国标GB50350-2005（2005-09-01实施）的《天然气集输设计规范》中明确规定“气井井口应安装井口高低压紧急关断阀”。
        1．地面井口安全系统的基本功能和要求
        地面井口安全系统的实质是在传统的压力安全阀（压力泄放）的基础上，增加一级在意外和失控情况下紧急截断井口气源的保护（见图1），其功能和要求如下。
        
        图1实现WSSV、MSSV和SCSSV控制的系统图
        （1）有序的对翼阀安全阀WSSV、主安全阀MSSV和井下安全阀SCSSV进行关断和开启。
        （2）在以下地方实施人工紧急关断：①井口控制盘上；②远程控制开关上；③RTU远程终端上；④ESD紧急关断站上。
        （3）在以下情况下采用自动紧急关断：①检测点压力因故超高限（检测到安全压力高）；②地面管线爆管泄漏事故（检测到安全压力低）；③井口发生火灾（易熔塞超过120゜C熔化）；④有毒气体的泄漏及其他要求。
        2．地面井口安全系统技术要点
        （1）井口安全系统是全天候使用的设备，对气（液）管路部件的材料和工艺的要求较高，在温差变化较大时，管路不能有泄漏。