天然氣分輸站緊急關(guān)斷系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

劉加濱,張保存

(1.山東省天然氣管道有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 250000；2.山東省國(guó)實(shí)管道天然氣有限公司，山東濟(jì)南 250000)

1 引言

輸氣站場(chǎng)作為整個(gè)天然氣管輸系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn)，是保障整個(gè)輸氣系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵部分[1-3]。濱海分輸站接收上游來(lái)氣后，一部分經(jīng)干線(xiàn)緊急關(guān)斷閥越站輸往下游的壽光分輸站，一部分經(jīng)過(guò)濾分離、計(jì)量、調(diào)壓后輸往濱海門(mén)站、濰坊門(mén)站。濱海分輸站兼具返輸功能，接收壽光分輸站來(lái)氣，一部分輸往下游站場(chǎng)，一部分經(jīng)過(guò)濾分離、計(jì)量、調(diào)壓后輸送濱海門(mén)站、濰坊門(mén)站。設(shè)計(jì)壓力8.0MPa，設(shè)計(jì)輸量為10×108m3/a。

場(chǎng)站自動(dòng)化程度高，同時(shí)涉及高壓、易燃、易爆氣體，一旦輸氣站場(chǎng)發(fā)生事故，都將引發(fā)極其嚴(yán)重的后果[4-5]。為保障輸氣站場(chǎng)安全生產(chǎn)、降低生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)一套獨(dú)立于控制系統(tǒng)的緊急停車(chē)系統(tǒng)(Emergency Shutdown Device)是十分必要的[6-7]。當(dāng)站場(chǎng)發(fā)生泄漏、火災(zāi)等事故時(shí)，該系統(tǒng)能迅速啟動(dòng)，切斷氣源，控制和避免事態(tài)發(fā)展[8]。

2 ESD系統(tǒng)組成及供電方式

緊急停車(chē)系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱(chēng)ESD系統(tǒng)，其通常由檢測(cè)元件、邏輯控制器、執(zhí)行元件、軟件及配套附件（包括電源、輸入/輸出接口、浪涌保護(hù)器等）組成[9]。輸氣場(chǎng)站內(nèi)除了檢測(cè)工藝管段內(nèi)的壓力、溫度、液位信號(hào)，還包括可燃?xì)怏w檢測(cè)、火焰檢測(cè)信號(hào)[10]。PLC 軟件系統(tǒng)選用的為Rockwell 公司的logix 500 軟件，硬件模塊有電源模塊、CPU 模塊、通訊模塊、模擬信號(hào)I/O模塊、數(shù)字信號(hào)I/O模塊，PLC設(shè)備實(shí)現(xiàn)冗余配置，雙套互為備份，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。ESD系統(tǒng)中執(zhí)行元件主要有，常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)旋塞閥、電磁閥、風(fēng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備[11]。

ESD機(jī)柜供電系統(tǒng)實(shí)施雙回路冗余供電[12]，當(dāng)其中一路發(fā)生故障時(shí)，可以確保系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，對(duì)于非直接進(jìn)入ESD系統(tǒng)內(nèi)的同級(jí)負(fù)載，例如機(jī)柜內(nèi)照明和散熱風(fēng)扇回路實(shí)行單獨(dú)供電，確保互不干擾[13-14]。

3 ESD系統(tǒng)邏輯控制方案

ESD 緊急關(guān)斷系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際工藝需求，分為三級(jí)關(guān)斷，ESD-1、ESD-2、ESD-3。當(dāng)關(guān)斷啟動(dòng)后，只有手動(dòng)復(fù)位后才可恢復(fù)生產(chǎn)。以濱海站為例，重點(diǎn)探討該系統(tǒng)的邏輯控制過(guò)程，濱海站主要流程見(jiàn)圖1。

圖1 濱海站主要流程圖

3.1 ESD-1(一級(jí)關(guān)斷)

一級(jí)關(guān)斷為全站泄壓關(guān)斷，當(dāng)站內(nèi)發(fā)生爆炸、火災(zāi)人工確認(rèn)后等緊急情況發(fā)生時(shí)，為保證站內(nèi)人員和設(shè)備安全，需要關(guān)閉天然氣分輸站生產(chǎn)流程及輔助流程，并對(duì)站內(nèi)管存進(jìn)行放空操作[15]。一級(jí)關(guān)斷的觸發(fā)條件為（以下條件為并行條件，滿(mǎn)足其一即可）：1.調(diào)控中心一級(jí)關(guān)斷命令，2.站場(chǎng)大門(mén)一級(jí)關(guān)斷按鈕，3.綜合樓門(mén)口一級(jí)關(guān)斷按鈕，4.東逃生小門(mén)一級(jí)關(guān)斷按鈕，5.南逃生小門(mén)一級(jí)關(guān)斷按鈕，6.輔操臺(tái)一級(jí)緊急關(guān)斷按鈕。

當(dāng)觸發(fā)條件滿(mǎn)足時(shí)，ESD 控制系統(tǒng)執(zhí)行一級(jí)關(guān)斷程序段，關(guān)閉進(jìn)站氣液聯(lián)動(dòng)閥ESDV-102、關(guān)閉下游兩用戶(hù)出站氣液聯(lián)動(dòng)閥ESDV-401 ESDV-402、開(kāi)緊急放空閥BDV-202、BDV-303、BDV-304，當(dāng)以上各項(xiàng)閥門(mén)動(dòng)作確認(rèn)完成后，自動(dòng)切除動(dòng)力配電箱進(jìn)線(xiàn)電源，僅保留應(yīng)急電源，工藝區(qū)聲光報(bào)警發(fā)出警報(bào)，實(shí)現(xiàn)泄壓關(guān)斷、站內(nèi)放空。

3.2 ESD-2(二級(jí)關(guān)斷)

二級(jí)關(guān)斷為站場(chǎng)次高級(jí)關(guān)斷，當(dāng)來(lái)氣管段或下游管線(xiàn)爆管等緊急情況發(fā)生時(shí)，為配合干管相關(guān)工作，需要關(guān)閉天然氣分輸站生產(chǎn)流程及輔助流程，但所有放空閥保持關(guān)閉，站內(nèi)不放空[16]。觸發(fā)條件為：1.調(diào)控中心二級(jí)緊急關(guān)斷命令，2.輔助臺(tái)二級(jí)緊急關(guān)斷按鈕。

當(dāng)觸發(fā)條件滿(mǎn)足時(shí)，ESD 控制系統(tǒng)執(zhí)行二級(jí)關(guān)斷程序段，關(guān)閉進(jìn)站氣液聯(lián)動(dòng)閥ESDV-102、關(guān)閉出站氣液聯(lián)動(dòng)閥ESDV-401 ESDV-402，工藝區(qū)聲光報(bào)警發(fā)出警報(bào)，站內(nèi)保壓，不放空。

3.3 ESD-3(三級(jí)關(guān)斷)

三級(jí)關(guān)斷為個(gè)別故障分輸用戶(hù)關(guān)斷，既當(dāng)下游用戶(hù)故障經(jīng)人工確認(rèn)后，需要切斷相應(yīng)出站支路[17]，觸發(fā)條件為：1.調(diào)控中心濱海門(mén)站方向三級(jí)關(guān)斷命令，2.濱海門(mén)站三級(jí)緊急關(guān)斷按鈕。當(dāng)觸發(fā)條件滿(mǎn)足時(shí)，ESD控制系統(tǒng)執(zhí)行三級(jí)關(guān)斷程序段，以出站一支路為例，關(guān)閉相應(yīng)支路出站氣液聯(lián)動(dòng)閥ESDV-401，工藝區(qū)聲光報(bào)警發(fā)出警報(bào)，實(shí)現(xiàn)個(gè)別用戶(hù)關(guān)閉。

3.4 當(dāng)出站支路壓變?nèi)x二高于設(shè)定值時(shí)

觸發(fā)分輸支路關(guān)斷（以去用戶(hù)一出站支路為例），當(dāng)某一去用戶(hù)出站支路壓變?nèi)x二高于4.4Mpa時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)分輸支路關(guān)斷。觸發(fā)條件：當(dāng)去用戶(hù)一出站支路壓變?nèi)x二高于4.4Mpa。圖2為三選二邏輯判斷子程序。

圖2 出站壓變?nèi)x二高報(bào)程序段框圖

當(dāng)觸發(fā)條件滿(mǎn)足時(shí)，ESD控制系統(tǒng)執(zhí)行出站壓變?nèi)x二高報(bào)程序段，關(guān)閉調(diào)壓一、二支路安全切斷閥，關(guān)閉濱海門(mén)站氣液聯(lián)動(dòng)閥。

4 火氣檢測(cè)進(jìn)入ESD系統(tǒng)

在工藝裝置區(qū)、發(fā)電機(jī)房、水處理間等可能引起天然氣泄漏處設(shè)置可燃?xì)怏w探頭，檢測(cè)氣體泄漏情況并進(jìn)行報(bào)警，可燃?xì)怏w探測(cè)器信號(hào)直接進(jìn)入ESD 系統(tǒng)[18-20]，以保證設(shè)備、人身及生產(chǎn)過(guò)程的安全可靠；

在發(fā)電機(jī)房設(shè)置可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)，當(dāng)發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)可燃?xì)怏w濃度達(dá)25%LEL時(shí)，啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)，50%LEL時(shí)關(guān)斷進(jìn)發(fā)電機(jī)房電磁閥，同時(shí)關(guān)閉發(fā)電機(jī)；

在水處理間設(shè)置可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)，當(dāng)水處理間內(nèi)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到25%LEL 時(shí)，啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)，關(guān)閉鍋爐進(jìn)口管線(xiàn)的電磁閥[21]。

綜合樓廚房設(shè)家用可燃?xì)怏w報(bào)警器，當(dāng)可燃?xì)怏w泄漏達(dá)到一定濃度時(shí)，可燃?xì)怏w報(bào)警器報(bào)警，并同時(shí)關(guān)斷電磁閥，切斷氣源，確保用氣的安全。

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)會(huì)切除配電箱AP進(jìn)線(xiàn)電源，停發(fā)電機(jī)，停進(jìn)氣管道上的電動(dòng)關(guān)斷閥，切斷水處理間電動(dòng)關(guān)斷閥；工藝區(qū)可燃?xì)怏w檢測(cè)探頭濃度多選二大于50%，可燃?xì)怏w報(bào)警儀發(fā)出警報(bào)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以某省級(jí)管網(wǎng)典型場(chǎng)站為例，重點(diǎn)探討了該系統(tǒng)的邏輯控制方案。根據(jù)實(shí)際工藝需求，分為三級(jí)關(guān)斷，在工藝裝置區(qū)、發(fā)電機(jī)房、水處理間等可能引起天然氣泄漏處設(shè)置可燃?xì)怏w探頭，檢測(cè)氣體泄漏情況并進(jìn)行報(bào)警，可燃?xì)怏w探測(cè)器信號(hào)直接進(jìn)入ESD系統(tǒng)，以保證設(shè)備、人身及生產(chǎn)過(guò)程的安全可靠。