了解高完整性压力保护系统 (HIPPS)

一、HIPPS 的定义与作用

HIPPS（High Integrity Pressure Protection System，高完整性压力保护系统） 是一种用于防止超压事故的安全仪表系统（SIS）。

其主要功能是：

当检测到管道或设备上游压力异常升高时，快速关闭阀门，防止超压气体或液体进入下游，从而保护下游设备免于破裂、泄漏或爆炸。

📘 一句话概括：

HIPPS 是一个通过仪表控制阀门动作来“隔离压力源”的自动安全屏障，用来代替或减少放空/泄压（flare、PSV）系统的需求。

二、HIPPS 系统的主要组成部分

一个标准的 HIPPS 系统通常由 三大部分 构成：

三、HIPPS 的工作原理

举例说明：

1. 正常运行：上游高压气源通过管线流向下游设备（如分离器、换热器等）。
2. 异常压力上升：若上游压力因故障（如下游阀门误关、工艺波动、气井涌流等）升高，压力变送器检测到压力超限。
3. 信号判断与动作：多个压力变送器信号输入逻辑求解器，经 2oo3（2-out-of-3）投票逻辑判断（提高可靠性与避免误动），若确认超压，逻辑求解器发出关阀信号。
4. 隔离动作：执行机构立即动作（通常在 2 秒内），关闭 HIPPS 阀门，隔离上游高压源。
5. 结果：下游系统被保护，压力不会继续上升至危险值；同时避免放空系统的开启，减少气体排放。

四、与传统压力保护方式的比较

五、安全完整性等级（SIL）要求

由于 HIPPS 是关键安全屏障，其设计必须满足 IEC 61508 / IEC 61511 标准要求的 SIL（Safety Integrity Level）等级，通常为 SIL 3。

六、典型设计举例（天然气井口 HIPPS）

场景： 天然气井口出口压力 400 bar，下游处理系统设计压力仅 150 bar。

传统做法需要一个巨大的泄压装置（flare system），而 HIPPS 可取代之：

当上游压力异常时，HIPPS 阀在 2 秒内关闭，将高压源隔离，保护下游系统。

七、HIPPS 的优点总结

✅ 减少或消除放空系统（节省大量管道、火炬设备投资）

✅ 高响应速度与可靠性（SIL 3 级别）

✅ 环保（无泄放）

✅ 提高装置整体安全与可用性

✅ 占地小，适合海上平台、远程井口等场合

八、应用领域

• 天然气井口及集输系统
• 长输天然气/原油管道
• 海上油气平台
• LNG 处理与储存装置
• 炼油厂高压装置
• 化工高压反应装置

九、设计与验证标准

HIPPS 的设计与验证主要遵循以下国际标准：

此外，项目通常需进行：

• SIL 分析（SIL Assessment）
• 功能安全验证（FAT/SAT）
• 定期验证与测试（Proof Test）

十、总结一句话：

HIPPS 是一种高完整性、自动化的“压力防护屏障”，它用逻辑控制替代泄压，通过检测–判断–隔离三步保护下游设备免于超压事故，是现代油气与化工装置中的关键安全系统。