LNG槽車裝車安全儀表系統(tǒng)設計與研究

1、LNG 槽車裝車安全儀表系統(tǒng)設計與研究楊朋飛LNG統(tǒng)的組成結構和選型,設計了裝車控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)的聯(lián)鎖因果關系表,建立起各控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)之間的聯(lián)系.實際運行結果表明:該設計方案關于保證槽車裝車區(qū)域的安全運行和聯(lián)鎖保護是行之有效的.【期刊名稱】化工自動化及儀表【年(卷),期】2019(046)003【總頁數(shù)】6 頁(P226-230,239)【關鍵詞】LNG 槽車裝車;安全儀表系統(tǒng);緊急關斷系統(tǒng);火災和可燃氣體檢測報警系統(tǒng)【作 者】楊朋飛【作者單位】中海油石化工程有限公司【正文語種】中 文【中圖分類】TH862+.7近年來，人們關于 LNG 的需求量迅速增長，LNG 從接受站和液化廠到

2、終端用戶的運輸大部分采用槽車。槽車裝車是有人操作區(qū)域，尤其是裝車量比較大的裝車站，裝車位較多，槽車進出頻繁，區(qū)域安全非常重要。槽車裝車區(qū)域的安全操作事關整個接受站的安全運行，而槽車裝車區(qū)域的運行安全不僅與工藝設計有關，還與控制和安全儀表系統(tǒng)(SIS)的設計有著非常重要的關系14，保證了在緊急狀態(tài)下能夠?qū)⒐に囘M程和裝車橇置于安全狀態(tài)。目前在運行的接受站槽車裝車系統(tǒng)采用進口裝車橇和國產(chǎn)裝車橇的情況都存在由于裝車橇選型、工藝流程和火氣設備部署的多樣性，關于SIS系統(tǒng)的設計都有所不同。尤其是很多槽車擴建工程的原控制和SIS系統(tǒng)能否契合現(xiàn)行規(guī)矩的安全設計要求是需要重新審視的。隨著國家關于“兩重點一重大”

3、安全監(jiān)管越來越嚴格，設計一 套完整的SIS系統(tǒng)勢在必行，關于在建和擴建的接受站槽車裝車工程都有借鑒意義6。根據(jù) IEC 61511-2016 中定義的保護層結構7，從進程控制層、安全聯(lián)鎖保護層和減輕保護層都需要有相應的措施。筆者經(jīng)過研究各保護層所關于應的控制和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)，接合國內(nèi)接受站的運行實際，研究設計了一套具有高可靠性和可用性的安全儀表系統(tǒng)。1 LNG 槽車裝車安全儀表系統(tǒng)組成LNGLNGLNGLNG槽車裝車安全儀表系統(tǒng)廣義上囊括分布式控制系統(tǒng)(CS)、裝車控制系統(tǒng)、緊急關斷系統(tǒng)(ES)、火災和可燃氣體檢測報警系統(tǒng)(簡稱火氣系統(tǒng)，F(xiàn)GS)、控制室火災報警系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)以及汽車衡稱重和

4、門禁系統(tǒng)等，系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。分布式控制系統(tǒng) CS 和裝車控制系統(tǒng)屬于進程控制層，負責槽車灌裝的一整套流程的操作控制，負責裝車進程中的壓力、溫度與流量參數(shù)的報警和監(jiān)控，將一切工藝參數(shù)保持在安全邊界以內(nèi)，因此可以認為是一個安全預防保護層級，在發(fā)生報警ES應有的行動時，ESESFGS能夠即時觸發(fā)相關聲光報警、廣播以及消防聯(lián)動8,9。圖 1 LNG 槽車裝車安全儀表系統(tǒng)框圖2 進程控制系統(tǒng)系統(tǒng)功能進程控制系統(tǒng)由控制站、操作站兼工程師站、現(xiàn)場操作盤、現(xiàn)場檢測儀表及閥門等組成。進程控制系統(tǒng)實現(xiàn)裝車橇的工藝參數(shù)監(jiān)控和報警，在裝車操作進程中如果出現(xiàn)危險工況或者有報警信息發(fā)出時能夠即時采取措施，用以確保

5、裝車流程處于安全狀態(tài)運行。裝車橇經(jīng)過鶴管與槽車相連，橇內(nèi)包含裝車 LNG 管線流量調(diào)節(jié)閥 FV- 001、LNG 管線緊急切斷閥 ESV-001 和返回氣管線的緊急切斷閥 ESV-002， 裝車橇典范的流程如圖 2 所示10。圖 2 裝車橇典范流程裝車控制站裝車控制站主要有 PLC 系統(tǒng)和現(xiàn)場批控器兩種控制方式。目前這兩種方式在國內(nèi)接受站都有采用。PLC 控制器一般采用冗余的電源模塊和 CPU，機柜放置在裝車控制室機柜間內(nèi)，一般配有操作站兼工程師站。PLC 系統(tǒng)與位于裝車控制室的CS、ES 等系統(tǒng)之間進行通信，使中央控制室人員能夠即時了解槽車裝車站的運行情況?，F(xiàn)場批控器安裝在裝車橇上，實現(xiàn)的功

6、能與控制室安裝的 PLC 基本相同，由于位于現(xiàn)場，應采用隔爆型。而控制室安裝的 PLC，由于機柜間是恒溫恒濕的，且一般現(xiàn)場機柜間采用抗爆結構，相關于現(xiàn)場安裝的批控器會越發(fā)安全，減少了巡檢維持的工作量。就地操作盤就地操作盤一般采用觸摸屏，設置“確認”、“暫?！薄ⅰ巴?、“緊急停滯” 按鈕，帶有報警喇叭。正常操作時，觸摸面板會有步驟提示，條件不允許時系統(tǒng)無法進行下一步，可以避免操作員的誤操作。緊急關斷程序裝車撬內(nèi)的緊急切斷閥配有兩個電磁閥，一個由裝車控制系統(tǒng) PLC 聯(lián)鎖，另一個由接受站 ES 系統(tǒng)聯(lián)鎖，兩個電磁閥采用串聯(lián)形式，均為長期勵磁型，任何一個電磁閥動作都可以快速關閉閥門。為了現(xiàn)場實際操

7、作的安全和操作便利，就地操作盤提供兩步緊急關斷功能，即“暫停”和“ES”。在裝車進程中，當操作員發(fā)現(xiàn)異常時，可經(jīng)過按下“暫停”按鈕進行檢查，當 PLC泄漏等緊急狀況時，按下“ES”ESESESESES當然，如果在裝車進程中并且未發(fā)生緊急狀態(tài)，可以觸發(fā)“暫?！被颉巴保?是觸發(fā)“緊急停滯”，以避免影響到其他裝車臺的正常作業(yè)。不管裝車控制系統(tǒng)設置了定量裝車，由流量計計量，但是為了避免流量計失效或者系統(tǒng)計算錯誤，導致 LNG 超裝溢出，在返回的 RG 管線上設置溫度低低聯(lián)鎖是非常有必要的。一旦返回 RG 管線溫度低低報警，表明有 LNG 溢出，此時應當關閉液相 LNG 管線切斷閥。綜上，設計裝

8、車控制系統(tǒng)的緊急關斷聯(lián)鎖因果關系(表 1)。1PLCLNGESV-001RGESV-002LNGFCV-001LNGBWV-001LNGCLV-001ESHSS-01CCCCCPLCHSS-02CCCCCFAHH-001CCCTALL-002CCCCFCV FCV-001CCCC24V(CCCCC注：“C”表示關閉。緊急關斷系統(tǒng)(ES)設計系統(tǒng)功能一般來說，每個工藝單元會發(fā)生各自不同的危險事件及相關聯(lián)的風險，這些事件有著不同的概率和嚴重性等級，往往根據(jù)工程規(guī)模、投資效益等實際情況關于風險進行評估和分級，以確定屬于緊急關斷系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表的安全完整性等級(SIL)。根據(jù)多個工程的實際可知，槽車裝車

9、需要設置緊急關斷系統(tǒng) ES，并且作為 LNG 接受站ES 系統(tǒng)的一部分，與全廠 ES 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)成為一個整體。ES 控制器是依照 IEC 61508 中的 SIL3 級設計的，采用權威機構安全認證的可編程控制器，獨力于其他控制系統(tǒng)設置。關于于 ES 相關的現(xiàn)場測量儀表和閥門，需要接合工程規(guī)模，進行危險和可操作性研究(HAZOP)分析來確定是否需要 SIF，一旦確定需要 SIF 就要確定 SIL 等級，依照相應的 SIL 等級進行相關回路設計，以滿足回路的安全完整性等級要求。聯(lián)鎖邏輯設計ES 系統(tǒng)負責聯(lián)鎖整個槽車裝車區(qū)域，即橇外 LNG 管線、NG 管線和排凈管線關斷閥、裝車橇及橇內(nèi)關斷閥，具體見

10、因果聯(lián)鎖關系表(表 2)。2ESLNGESV-03RG ESV-02LNGESV-01LNGBWV-001CLV-001ESHS-01CCCCCESHS- 00CCCCCPALL(2oo3)CCCCCLNGPAHH-01/02/C03(2oo3ESHSS-01C(FGS)設計系統(tǒng)功能LNGFGS統(tǒng)安排人員緊急疏散。FGS裝車 FGS 系統(tǒng)作為全廠 FGS具有完整的自診斷測試功能。檢測單元囊括可燃氣體檢測器、火焰探測器及低溫檢測器等檢測設備。聯(lián)動輸出單元囊括聲光報警器、水噴淋及消防泡沫滅火系統(tǒng)等。聯(lián)鎖邏輯設計FGSESESLNGLNGLNG焰探測器安裝在槽車裝車橇的兩倍高度處，探頭需向下傾斜 4

11、5角左右，這樣可以覆蓋裝車撬區(qū)域內(nèi)的目標，又可以降低鏡面受到污染的可能。關于比目前在運行的幾個接受站，可燃氣體檢測器存在一定的誤報情況，尤其是沿海海霧、雷電較多或者氣象條件較差的接受站，采用點式和開路式兩種檢測形式的檢測器并且組合成表決邏輯可以增大報警聯(lián)鎖的準確率。當然，關于于重要的下游用戶需保證供氣量的，經(jīng)常誤報且引起異常聯(lián)鎖停車的，還是可以采用經(jīng)過人工在控制室操作臺確認的方式。FGSFGS3)。3FGSFGS1oo2X 2oo2XXX1oo2XX2oo2XXXX1ooNXX1oo2X2oo2XXX1oo2XX1oo3X2oo3XX1oo3XXXXX注：“X”表示聯(lián)鎖動作。5 結束語針關于

12、LNG 接受站槽車裝車系統(tǒng)在安全方面存在的問題，從進程控制層、安全聯(lián)鎖保護層、減輕保護層 3 個層面關于槽車裝車安全儀表系統(tǒng)的功能安全進行了研究和FGSLNG 裝車站的實施，表明該套系統(tǒng)關于于槽車裝車安全穩(wěn)定運行是行之有效的。參 考 文 獻【相關文獻】LNGJ.能源與節(jié)能，2015,(2):2324.賀宇，楊梅.液化天然氣的應用和國際貿(mào)易J.天然氣與石油，2005,23(2):15.曲順利，賈寶印，趙彩云，等.LNGJ.煤氣與熱力， 2011,31(10):B4B7.4 胡奧林，王小明.天然氣供應安全及其應關于策略J.天然氣工業(yè)，2008,28(10):125129.宋坤，衣鵬，胡賢文.LNGJ.天然氣與石油，2013,31(3):59.J.石油與天然氣化工,2005，34(5)： 363367.IEC6