SY/T 7442-2019 水下安全系统分析、设计、安装和测试推荐做法

ICS75.180.10
E94 SY
中华人民共和国石油天然气行业标准
SY/T7442—2019
水下安全系统分析、设计、安装和测试推荐做法
Recommended practice for analysis,design,installation and testing of subsea safety system
2019-11-04发布 2020一05-01实施
国家能源局 发布

1范围
1.1概述
本标准为应用于水下的过程安全系统设计、安装、测试提供推荐做法。本标准内容包括水下安全系统的基本概念、系统保护方式及要求。
本标准中的“水下系统”包含从井口[含地面控制井下安全阀(SCSSV)]到登平台关断阀之前的所有工艺设备，既包括注气系统、注水系统和气举系统，也包括关断阀。此外“水下系统”还包括化学药剂注入系统，如图1所示。

本标准同API RP14C的作用相似，API RP14C为海上油气田上部生产设施的安全系统设计提供指导。本标准的部分章节参考了AP1RP14C的安全系统方法和程序，阐述了如何利用系统分析方法确定工艺设备的安全保护要求。关键设备的分析需满足：无论何时在工艺系统中使用设备，所确定的安全保护要求都是适用的。然后整合单个工艺设备的安全要求来构成完整的水下安全系统。分析过程还包括记录和验证系统完整性的方法。本标准采用API RP14C中对安全系统进行识别和标识的统一方法。
本标准中水下系统包括：
水下采油树（生产和注入）、过油气管道及SCSSV;
化学药剂注入管道；
管汇系统；
水下分离系统；
水下增压系统；
水下压缩系统：
海管；
气举系统；
高完整性压力保护系统(HIPPS);
水下隔离阀；
立管；
液压动力单元。
安全系统包含阀门和生产系统中的流体控制器件，还包括安装在生产系统上的传感器，这些传感器用于检测异常工况，以便采取校正措施（手动或自动均可）。
本标准旨在设计满足IEC61511要求的水下安全系统；并对IEC61511中的要求进行了补充。
本标准提出了常用安全器件的测试程序，包括推荐的测试数据，测试频率，以及可接受的测试误差。
本标准不涉及仪表逻辑电路，因为在满足安全功能的前提下，相应的仪表逻辑电路由设计者自行决定。当旋转设备接入水下安全系统时，本标准将其作为成套工艺设备。当旋转设备（如泵或压缩机)是由多个工艺设备安装而成的组合单元时，可使用本标准对每个设备进行安全分析。

1.2内容编排
本标准的内容编排如下：
第2章：本标准的规范性引用文件列表。
第3章：本标准用到的术语、定义、缩略语和符号汇编，包括安全装置的推荐标准符号和缩略语，以及工艺设备标识。
第4章：水下安全系统分析和设计的常规目标、功能要求和基本前提。
第5章：推荐安全分析技术的详细论述，包括安全保护对象的概念，以及逐步分析和建立水下安全系统设计准则的步骤和程序。
附录A:生产过程通用工艺设备的安全性分析，包括特殊工艺设备的附加标准列表。
附录：阐述水下设施常用的具有特定安全功能的支持系统。
附录：介绍安全系统测试程序和测试数据报告编制方法，以便进行操作分析，以及满足系统监管机构要求。
1.3政府法规、制度及条例
监管机构对水下生产设施的设计、安装和运行制定的一系列规章制度。
地方政府的相关规定。

2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
API6A/ISO10423井口和采油树设备规范(Specification for wellhead and christmas tree equipment)
API6AV1海洋作业中的井口安全阀和水下安全阀校验规范(Specification for validation of wellhead surface safety valves and underwater safety valves for offshore service)
API14A/ISO10432井下安全阀规范(Specification for subsurface safety valve equipment)
API RP14B/ISO10417井下安全阀门系统的设计、安装、维修和操作标准(Design, installation,operation,test,and redress of subsurface safety valve systems)
API RP 1C海上平台基本表面安全系统的分析、设计、安装和测试标准(Analysis,design, installation,and testing of safety systems for offshore production facilities)
API RP1H平台基本表面安全系统和井下安全阀的安装、维护和维修标准(Recommended practice for installation,maintenance and repair of surface safety valves and underwater safety valves
offshore)
API RP 14J海洋油气生产设施的设计和危险性分析(Recommended practice for design and hazards analysis for offshore production facilities)
API17D水下生产系统水下井口和采油树设备的设计操作指南(Design and operation of subsea
production systems-Subsea wellhead and tree equipment)
API RP17O水下高完整性压力保护系统(HIPPS)推荐做法[Standard for subsea high integrity
pressure protection systems (HIPPS)]
API TR6 AF API法兰组合荷载能力技术报告(Technical report on capabilities of API flanges under combinations of load)
IEC61511功能安全流程工业领域的安全仪表系统(Functional safety-一Safety instrumented systems for the process industry sector)

3术语、定义及缩略语
下列定义适用于本文件。
3.1安全装置符号标记和标识
在描述安全系统时，对单个安全器件进行统一标识，缩写及符号标记的方法非常必要，可增强其唯一性，便于在报告和流程图中统一标注，便于识别出特定安全装置。功能设备的标识、使用符号标记、器件的标识以及标识的示例参考API RP14C。
3.2术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.2.1
异常运行工况abnormal operating condition
工艺设备的参数超出其正常运行范围的工况。

3.2.2
温度异常abnormal temperature
运行温度超出工艺设备允许的温度范围。
3.2.3
逆流backflow
工艺设备中流体的流向与正常流向相反。
3.2.4
屏障barrier
构成部分承压边界的组成要素，用于防止生产或注入流体非预期流动，特别是泄漏至外部环境。
注：更多细节参考API RP17A。
3.2.5
油嘴choke
控制压力及流速的固定或可调器件。
注1：油嘴不是安全器件。
注2：在本标准中，为清晰表达，可使用图形表示油嘴。
3.2.6
可检测异常工况detectable abnormal condition
可自动检测到的异常运行工况。
3.2.7
紧急关断系统emergency shutdown(ESD)system
被触发后能启动设施关断的手动站系统。
注：紧急关断系统也能被火灾检测设备或其他安全装置自动触发。
3.2.8
故障关闭阀fail closed valve
失去动力介质后，自动切换至关闭位置的阀门。

3.2.9
故障开启阀fail open valve
失去动力介质后，自动切换至开启位置的阀门。
3.2.10
故障failure
器件或设备无法实现其设计功能或设计意图的不正常运行状态。
3.2.11
末端元件final element
安全仪表系统中执行物理动作使系统达到安全状态的元件。
3.2.12
海管flowline
将井口物流输送到海上平台或陆地终端的管道。
3.2.13
止回阀flow safety valve
系统中最大限度减少逆流的阀门。
3.2.14
管段flowline segment
操作压力与同一海管其他部分不同的任意一段海管。

4安全分析和系统设计简介
4.1目的和目标
水下安全系统保护人员、环境和设施免于遭受生产过程中的危害。安全分析识别可能对安全和或环境造成威胁的事件，提出可靠的保护方法，用于防止该类事件发生或最小化其影响。
在生产工艺过程中，采用经过验证的系统分析方法对安全和/或环境的潜在威胁进行识别。分析方法包括危害识别(HAZID)、危险和可操作性分析(HAZOP)、保护层分析(LDPA),以及失效模式、影响和危害度分析等。推荐采用的保护措施需为常用的工业保护做法，并已通过实践验证。水下生产系统安全分析同时应包括系统分析和保护方法的研究。
水下安全系统的设计应满足EC61511的要求。
本标准为水下设备、系统和工艺流程奠定了设计和编制安全系统的坚实基础。
同时，本标准也为全新的设计和系统分析，以及与本标准所涵盖设备与系统存在较大差异的设备与系统分析提供了指导。设计者应采用合适的危害分析方法，以确保识别并消除危害。
在水下生产安全系统正式运行之前，宜建立保证连续系统完整性的程序，可参考附录。
4.2安全流程图
图2的安全流程图展示了意外事件如何造成人员伤害、污染或设施破坏。该图也标识出安全装置及程序在何处使用以防止事件的扩展意外。如图所示，碳氢化合物的泄漏是造成所有安全威胁的原因，因此，安全系统的主要目标应为防止碳氢化合物从工艺流程中泄漏，以及将其不良影响降至最低。

a)根据图2，安全系统主要目标如下：
1)防止造成碳氢化合物泄漏的意外事件发生；
2)意外事件发生后关闭工艺流程或工艺流程中受影响的部分以防止碳氢化合物泄漏或溢流。
b)由水下系统外部事件引起的意外不会自动扩展，除非影响到工艺流程或引起火灾。如外部事故影响到了工艺流程，安全系统应关闭工艺流程或工艺流程中受影响的部分。如引起火灾，安全系统应关停所有的水下设备。该类事故可能由自然环境，坠物、工具及机器失效，或是人为失误造成，该类事故可通过对工具、机器的安全设计，人员和机器的安全操作规程及人员培训来避免或最小化其影响。图2展示了外部事故可能影响工艺过程的方式。
4.3安全系统的操作
安全系统通过以下方式提供保护：
a)传感器检测到可引起意外事件的异常条件后进行自动监测及自动采取保护措施。
b)操作人员观察到不安全状态或接到不安全警报后，手动激活保护动作。
c)采用支持系统进行连续保护，将碳氢化合物泄漏之后可能造成的影响最小化。
所有水上设施均需配备紧急关断系统(ESD),不是连续工作的设备也需要配备，因为很多意外及故障由人为失误造成，可能当人员在设施上进行维护作业或其他活动时，在通常不运行的设备上发生，因此，需要有人手动激活该系统。
水下安全系统的推荐分析和设计程序基于下列前提条件：
a)水下设施的安全操作基于大量良好的工程实践。
b)遵循本质安全的设计原则。
c)安全系统宜提供两级保护，以防止工艺设备失效，或将失效影响降至最低。
d)两级保护宜具有最高（一级）及次高（二级）优先级，需根据实际情况确定优先级别。如防止超压损坏的保护措施有压力安全高限传感器(PSH)或压力安全阀(PSV)。PSH在当压力超过高压阈值前，通过关停受影响设备来防止破坏，压力安全低限传感器(PSL)则是在损坏已经造成的时关停受影响设备，但是，PSV的优先级应高于PSL,因为PSV通过将多余流体泄放到安全区域防止产生破坏，此外，其快速反应能力能在PSH无法快速有效激活纠正动作时防止产生破坏。
e)生产过程中，使用经验验证的系统分析技术确定工艺设备的最低安全要求。如分析方法在设备作为独立单元时适用，在考虑输入、输出的最坏条件前提下，该分析仍可适用于该设备应用于任何工艺流程配置的情况。
f)水下系统包括从井口（包括SCSSV)到登平台关断阀上游的所有设备，同时包括化学药剂注人系统。
g)当安全保护的工艺设备安装进系统中时，不会对安全造成附加威胁，因此如所有工艺设备安全器件符合逻辑地集成到安全系统中时，系统整体是受保护的。工作人员仍应进行危险性分析，以确保所有危害被识别和消除。
h)水下生产控制系统不能被认为是安全系统，但其与安全系统密切关联。
i)分析程序应提供开发安全系统以及提供支持文件的标准方法。

投稿会员：芳华