天然氣處理裝置消防系統(tǒng)控制邏輯的優(yōu)化

張 濤

中原油田分公司天然氣處理廠 河南 濮陽(yáng) 457162

此裝置主工藝區(qū)由加拿大某公司承擔(dān)設(shè)計(jì)和建造,公用工程由國(guó)內(nèi)某設(shè)計(jì)院承擔(dān)設(shè)計(jì)。而天然氣處理裝置的消防系統(tǒng)卻不是由一個(gè)公司提供的整體解決方案,而是由多家單位共同完成,由于雙方在設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)理念的差異和溝通協(xié)調(diào)存在一定程度的出入,導(dǎo)致消防系統(tǒng)控制邏輯出現(xiàn)問(wèn)題,存在較大的安全隱患。

1 消防系統(tǒng)控制邏輯現(xiàn)狀

消防泵組選用國(guó)產(chǎn)柴油消防泵作為主消防泵,性能參數(shù)為：流量682 m3/h,揚(yáng)程107 m,功率254k W;穩(wěn)壓泵為三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),性能參數(shù)為：流量30 m3/h,揚(yáng)程96 m,功率15k W。每一臺(tái)柴油消防泵配備一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制柜,兩臺(tái)穩(wěn)壓泵共用一個(gè)控制柜。

消防泵組控制邏輯由加拿大設(shè)計(jì)公司根據(jù)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院要求編寫。設(shè)計(jì)要求為：穩(wěn)壓泵工作壓力區(qū)間為8.5-9.5bar,管網(wǎng)壓力低至8.0bar時(shí),1＃消防泵啟動(dòng);管網(wǎng)壓力繼續(xù)下降至7.5bar時(shí),2＃消防泵啟動(dòng);3＃消防泵作為備用泵,在1＃泵和2＃泵任意泵出現(xiàn)故障無(wú)法啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)。管網(wǎng)壓力由一個(gè)水力控制閥進(jìn)行控制,該閥設(shè)定工作壓力為11bar。

這種消防系統(tǒng)控制邏輯在實(shí)際操作中存在問(wèn)題：根據(jù)安全要求[1],主消防泵啟動(dòng)后必須由操作人員到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)停泵,但在手動(dòng)停主消防泵后,備用消防泵會(huì)立刻啟動(dòng);如果手動(dòng)停掉備用消防泵,剛剛停掉的主消防泵又會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。

操作人員只有先將三臺(tái)消防泵在現(xiàn)場(chǎng)都轉(zhuǎn)到手動(dòng)控制模式,再停掉運(yùn)行的主消防泵,等待穩(wěn)壓泵啟動(dòng)將消防管網(wǎng)壓力提升至正常壓力,再去把主消防泵投自動(dòng)方可解決問(wèn)題。在操作過(guò)程中整個(gè)消防系統(tǒng)完全處于手動(dòng)控制狀態(tài),不僅達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求,也給工廠的安全帶來(lái)了很大的隱患。

2 存在的問(wèn)題原因分析

針對(duì)消防系統(tǒng)存在的問(wèn)題,對(duì)消防系統(tǒng)進(jìn)行了多次測(cè)試,并對(duì)測(cè)試時(shí)的管網(wǎng)壓力趨勢(shì)進(jìn)行深入統(tǒng)計(jì)分析。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試觀察并對(duì)趨勢(shì)圖分析,得出當(dāng)消防系統(tǒng)使用完畢,停運(yùn)主消防泵P-7301 A/B后,穩(wěn)壓泵雖然及時(shí)啟動(dòng),但是管網(wǎng)壓力仍然繼續(xù)下降,壓力最低降至6.5bar,低于主消防泵P-7301 A/B的啟動(dòng)壓力設(shè)定值。造成穩(wěn)壓泵啟動(dòng),管網(wǎng)壓力仍然下降的原因是管網(wǎng)水力控制閥PCV-73012關(guān)閉速度緩慢,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次測(cè)試,控制閥完全關(guān)閉需要10s左右。在水力控制閥關(guān)閉以前,穩(wěn)壓泵不能對(duì)管網(wǎng)有效補(bǔ)壓。

3 消防系統(tǒng)控制邏輯的優(yōu)化

根據(jù)壓力趨勢(shì)圖及分析結(jié)果,制定了消防系統(tǒng)控制邏輯的優(yōu)化方案。一是把穩(wěn)壓泵的控制邏輯與主消防泵的控制邏輯完全分離,使用壓力控制穩(wěn)壓泵的自動(dòng)啟停。二是更改主消防泵的控制邏輯,并在主消防泵組的啟動(dòng)邏輯上加入延時(shí)功能,以消除水力控制閥的影響。

(1)穩(wěn)壓泵的控制邏輯與主消防泵的控制邏輯完全分離。原消防系統(tǒng)的控制邏輯中,穩(wěn)壓泵控制邏輯屬于消防泵控制邏輯的子邏輯,邏輯判斷和比較時(shí)不夠簡(jiǎn)單明了。將穩(wěn)壓泵控制邏輯和主消防泵控制邏輯完全分離,互不干擾,穩(wěn)壓泵的控制邏輯只由管網(wǎng)壓力信號(hào)進(jìn)行控制,采用了2選1信號(hào)控制泵組啟停來(lái)增強(qiáng)抗干擾能力。管網(wǎng)壓力上升達(dá)到穩(wěn)壓泵停泵條件,可自動(dòng)停止穩(wěn)壓泵。同時(shí)使用2個(gè)管網(wǎng)壓力信號(hào)進(jìn)行對(duì)比選擇,只要有一個(gè)壓力信號(hào)低于設(shè)定值,系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng),主泵故障時(shí)可自動(dòng)切換至備用泵運(yùn)行,以保證整個(gè)消防系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

(2)更改主消防泵的控制邏輯。對(duì)于主消防泵組的控制邏輯的編制,主要的問(wèn)題是水力控制閥關(guān)閉動(dòng)作緩慢,致使主消防泵停泵后管網(wǎng)壓力快速下降,在原邏輯中造成了穩(wěn)壓泵和消防泵組的互相作用導(dǎo)致頻繁啟停,為了很好地消除消防管網(wǎng)水力控制閥對(duì)系統(tǒng)的影響,在主消防泵的啟動(dòng)邏輯中加入延時(shí)功能。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)的結(jié)果,在主消防泵組停運(yùn)后,水力控制閥完全關(guān)閉需要10s,閥門關(guān)閉后穩(wěn)壓泵需要7s的時(shí)間使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在8.0bar以上,決定將主消防泵的啟動(dòng)延時(shí)設(shè)置為20s,即管網(wǎng)壓力達(dá)到8.0bar后計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí),20s之后管網(wǎng)壓力大于8.0bar 1＃主消防泵不啟動(dòng),等于小于8.0bar 1＃主消防泵啟動(dòng),同理2＃泵在管網(wǎng)壓力達(dá)到7.5bar是計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。以保證穩(wěn)壓泵有充足時(shí)間將管網(wǎng)壓力恢復(fù)正常。同時(shí)使用4選1模塊增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。圖一是主消防泵P-7301 A的控制邏輯圖。

圖一 主消防泵P-7301 A控制邏輯圖

4 結(jié)語(yǔ)

本次消防系統(tǒng)控制邏輯的優(yōu)化是在無(wú)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制的情況下由DCS組態(tài)實(shí)現(xiàn)消防系統(tǒng)的控制。相比PLC控制在邏輯上不夠簡(jiǎn)單明了,但也能很好地滿足控制要求,有效提高了高壓天然氣處理裝置消防系統(tǒng)的可靠性。