浅谈自控仪表系统在LNG气化站生产运行中的应用

佛山市南海燃气发展有限公司 赵小强 李刘军

浅谈自控仪表系统在LNG气化站生产运行中的应用

佛山市南海燃气发展有限公司 赵小强 李刘军

LNG气化站(又称LNG卫星站、LNG储配站)，是城镇LNG供应的主要场站，其主要功能是LNG的接收、储存、气化及调压计量加臭等。由于LNG具有易燃、易蒸发、易扩散和易爆等特点，所以LNG气化站属于危险区域，因而自控仪表系统在LNG气化站的应用尤为重要。结合狮山LNG综合储配站项目工程实例对LNG气化站自控仪表系统进行论述和分析，并提出建议。

LNG气化站 自控 仪表

0 前言

近年来，随着我国经济的快速发展和绿色能源的大力推广，城镇LNG气化站建设的数量及规模逐年上升，由于LNG属于低温易燃易爆液体，危险性极高，自控仪表系统应用在LNG气化站的生产运行中，不仅能促进工艺生产装置安全运行，而且可以提高劳动生产效率，同时改善操作工的劳动强度，尤其是在生产事故发生的第一时间进行自动检测、报警及处置，为安全生产和企业财产提供可靠的安全保障。

本文主要结合狮山LNG综合储配站工程实例对LNG气化站自控仪表系统进行论述和分析，并提出建议。

1 狮山LNG综合储配站工程概况

狮山LNG综合储配站位于广东省佛山市南海区狮山镇，占地规模 98.7亩，一期工程建设6台150 m3地上立式LNG储罐，LNG卸车、储存、气化、调压计量、加臭及灌装等工艺装置，以及配套的建筑、给排水、消防、防雷、变配电及仪表控制系统等，二期将增建2 500 m3的低温LNG子母罐1座，供气规模24 000 m3/h。

一期工程于2014年7月竣工投产，二期工程尚未开工。

狮山LNG综合储配站场景见图1。

图1 狮山LNG综合储配站

2 LNG气化站的工艺流程

LNG气化站接收的气源一般是从LNG生产基地或LNG码头、储配站等地，将LNG盛装在低温储罐中通过槽车运输到LNG气化站储存，并将储存的LNG通过空温式气化器进行气化，将气化后的天然气进行过滤、计量、调压和加臭，然后输往城市燃气管网。工艺流程如图2所示。

图2 LNG气化站工艺流程

3 LNG气化站自控系统

根据《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)、《自动化仪表选型设计规定》(HG/T 20507—2000)等有关标准及规范，结合LNG气化站的工艺特点，LNG气化站自控仪表系统一般分为现场仪表系统、站控系统、紧急停车系统(ESD)、火灾报警控制系统、视频及红外报警系统、广播报警系统及配套供电系统等。

3.1 现场仪表系统

LNG气化站的现场仪表系统主要分为压力仪表、液位仪表、温度仪表及计量仪表，根据仪表数据的重要性及实际需求，在监测点可以加装二次仪表(变送器)将监测数据上传至控制室，供操作人员进行记录、检测和控制。

仪表选型如下：

(1)温度仪表：就地温度测量选用万向型双金属温度计，远传温度测量选用一体化本安型热电阻温度变送器。LNG储罐下方基础及集液池均设有温度变送器，当有LNG泄漏时，在控制室进行指示和报警并将信号送至火灾报警控制器。

(2)压力仪表：就地压力测量一般选用不锈钢压力表，远传压力测量选用本安型智能压力变送器。

(3)液位测量仪表：LNG储罐液位现场测量用设备配套的差压液位计，该液位计随储罐整体成套，随LNG储罐一起进站安装就位。远传液位测量选用本安型智能差压变送器。

(4)分析仪表：在可燃性气体容易泄漏或汇聚的地方设置隔爆型可燃气体探测器，远传至控制室燃气报警控制器及 PLC系统进行指示和报警并将信号送至火灾报警控制器。

(5)控制阀：在LNG储罐进液、出液管线、空温式气化器进口管线选用低温长颈气动紧急切断阀(带阀位回讯)，LNG灌装管线上选用防爆超低温电磁阀。

3.2 站控系统

站控系统以计算机为核心，主要利用可编程控制器PLC与计算机完成温度、压力、流量、液位和可燃气体浓度的监视报警，各种阀门的开关、气化器的启停以及各种设备运行状态的监视及联锁保护等，并预留上传调度中心接口，具备向调度中心传输重要监测数据的功能。

3.2.1 站控系统组成

站控系统主要由现场测量仪表及执行机构、PLC控制系统、上位监控系统及通信系统组成。视频监视系统可以与站控系统同步建设、配合使用，以提高场站运营综合监控和管理水平。测量仪表主要包括压力、温度、液位、阀位、泄露、气质分析仪和流量计等，执行机构包括可远程控制的电动阀门等。

可编程逻辑控制器PLC控制系统由处理器、I/O数据采集模块、网络通信模块、电源模块和安装附件构成。PLC采集数据、控制现场设备和第三方控制系统进行通信，并将站控系统信息上传至公司调度中心SCADA系统。

上位监控系统包括：操作计算机及组态软件，通过上位软件，操作员可以直观的看到现场设备运行情况，并通过鼠标或键盘可以对现场设备进行控制，对采集数据进行分析和统计并能打印报表。

站控通信系统主要包括：上位监控系统和PLC控制系统通信，PLC控制系统与流量计算机、燃气报警控制器、加臭机、色谱仪等通信，站控系统和调度中心SCADA系统通信。

(1)PLC控制系统与流量计算机、燃气报警控制器、加臭机、色谱仪等通信协议为MODBUS RTU方式，通信接口为RS485。

(2)PLC控制系统与上位监控系统通信协议为MODBUS TCP/IP方式，通信接口为以太网；

(3)站控系统PLC与SCADA系统主通信信道采用光纤通信，通信协议为MODBUS TCP/IP，通信接口为以太网，带宽要求为5 M，接入设备为路由器、防火墙和交换机，视频与数据同步传输。备用通信信道采用CDMA/GPRS方式，只进行数据传输。站控系统 PLC与 CDMA/GPRS模块通信协议为MODBUS RTU方式，通信接口为RS485。

3.2.2 站控系统功能

站控系统主要是完成LNG气化站现场工艺过程的实时监控及数据管理，其主要功能如下：

(1)对现场的工艺变量进行数据采集和处理；

(2)监控各种工艺设备的运行状态；

(3)经RS485通信接口与流量计算机、加臭机、色谱仪等交换信息；

(4)LNG站罐区及其它工艺装置区可燃气体的监视和报警；

(5)显示动态工艺流程；

(6)显示各种工艺参数和其它有关参数；

(7)提供人机对话的窗口；

(8)显示报警一览表；

(9)数据存储及处理；

(10)显示实时趋势曲线和历史曲线；

(11)打印报警和事件报告；

(12)打印生产报表；

(13)数据通信管理；

(14)逻辑控制，即与执行机构通讯并执行控制指令；

(15)为调度控制中心提供有关数据；

(16)接受并执行调度控制中心下达的命令等。

3.2.3 控制方案

(1)LNG储罐液位联锁：储罐液位≥85%最高液位，上限报警；储罐液位≥95%最高液位，上上限报警并关闭储罐进液紧急切断阀；储罐液位≤15%最高液位，下限报警； 储罐液位≤5%最高液位，下下限报警并关闭储罐出液紧急切断阀。

(2)LNG储罐压力联锁：储罐压力≥0.7MPa，上限报警； 储罐压力≥0.73MPa，上上限报警并关闭储罐进液紧急切断阀。

(3)气化器后天然气温度联锁：空温气化器的出口温度≤-5℃，下限报警；空温气化器的出口温度≤-10 ℃，下下限报警并5 s不干预后关闭气化器进液紧急切断阀。

(4)LNG罐区低温报警联锁：每个储罐设 2个低温探测器，储罐区2个低温检测同时≤-45℃下限报警延迟5 s后切断该储罐紧急切断阀，联锁切断储罐区集液池排污泵电源。任何一个储罐2个低温检测≤-45 ℃，且集夜池低温检测≤-45 ℃下限报警切断所有紧急切断阀。

(5)加臭量控制：智能型单片机控制器接收流量信号控制注入频率，实现随燃气流量变化，按比例自动连续加臭，加臭剂为四氢噻吩(THT)，加臭量为20 mg/m3。

除上述监测点外，狮山LNG综合储配站对调压计量加臭撬的出口和入口的压力以及出口的温度进行实时检测，以保证出站的燃气压力和温度符合城市燃气管网运行要求。在场站内除主要生产设备外，在主要的工艺管线上也应设置相应的仪表，以做到全方位、全天候实时检测和监控，确保燃气场站连续、安全、平稳生产运行。

3.3 紧急停车(ESD)系统

根据《石油天然气工程设计防火规范》(GB 50183—2004)规定，LNG气化站应设置紧急停车(ESD)系统，确保在紧急情况下能及时切断站内单个或全部储罐的进出液紧急切断阀，可以从源头上控制事故的进一步扩大。。

狮山LNG综合储配站每条进/出LNG低温储罐的LNG管线上各设1个低温切断阀、对应每个切断阀分别设计了1个控制室快速切断控制按钮和1个现场快速切断控制按钮，可对每个切断阀分别实现控制室和气化站现场的两地快速切断控制。

为了便于事故状态时能够同时切断所有的快速切断阀，还设计了控制室(上位机及PLC面板)快速切断总控制按钮和现场快速切断总控制按钮，以分别实现在控制室和气化站现场对所有切断阀的同步快速切断控制。

现场手动启动按钮要设置在事故时方便到达的地方，并与所保护设备的间距大于15 m，手动启动按钮具有明显的功能标志及警示。

3.4 火灾报警控制系统

LNG气化站在现场必须设置火灾报警探头、可燃气体浓度报警探头、手动报警按钮和声光报警按钮，以便实时监控火灾隐患并及时迅速处理全站火灾报警情况。

根据《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)规定，LNG气化站须在LNG储罐区、气化区、卸车区和调压计量区等有可能发生可燃气体泄露的工艺装置区设有可燃气体报警器探头，可燃气体泄漏检测采用催化燃烧式可燃气体传感器，配置盘装式可燃气体泄漏报警控制器，报警浓度取爆炸下限的20%报警显示器设置在控制室。另外，狮山LNG综合储配站在上述区域设置了双波长红外紫外复合火焰探测器，同时监测火灾三要素中的火源和可燃物，从而有效杜绝火灾隐患。

3.5 视频监控及红外报警系统

根据消防部门要求LNG气化站的围墙需设置视频监控及红外报警系统，运行人员可以在控制室监控场站的设备运行及车辆出入情况，同时可以有效监控以防外来人员非法进入场站进行破坏或盗窃。

视频监控系统作为LNG气化站的整体窗口，系统应成熟稳定、操作简便、集成性和可扩展性强。狮山LNG综合储配站在现场防爆区域内设置的摄像机为固定防爆型，在非防爆区域采用的是可转动的普通摄像机，在控制室采用LED和DLP液晶面板组成液晶拼接显示屏，DLP采用3×3共9块DLP显示单元组成综合显示系统，显示场站视屏及工艺数据数据信息，整个综合显示系统满足全屏高分辨率显示、单屏显示、任意组合显示和图像拉伸等多种显示方式。在应用上，系统能支持预案显示、群组显示、联动预警、实时监控和指挥调度等多种应用模式。

红外报警系统，由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性、保密性和灵敏性，适用于安全强度较高场所的防盗、警戒等安保用途。红外系统一般分为四大块：热释红外感应模块、主动式红外发射接收块、声光报警和串口通信块。系统以微处理器进行智能控制，随时检查是否有红外物体在所属区域活动，一但发现，立即进行声光报警，并将这一结果通知主监控系统。红外报警系统中的红外对射设备一般安装在围墙上方，由于围墙是地势和用地红线建设，所以高低起伏，有直线也有曲线，所以在安装红外对射设备时，不能留有漏洞或死角。

3.6 广播报警系统

LNG气化站运行过程中，为保证紧急情况出现时现场人员能快速集合组织处理险情或紧急疏散，应设置广播报警系统，当有紧急火警广播要求时，通过广播进行通知，广播控制设备设置在监控室内，由调度人员进行总调度控制。广播报警系统由前置放大器、功放、话筒、室外防水音柱或音箱等组成。狮山LNG综合储配站站除了广播报警系统外，根据当地公安消防规定，在控制室还安装了119火警专线，一旦发生火灾，可直接拨打消防电话请求支援。

3.7 配套供电系统

为保证自控仪表系统的正常工作，狮山LNG综合储配站采用不间断电源(UPS)为站内的控制系统、仪表检测系统和微机服务器供电，在外部电源断电的情况下，UPS能保证站控系统或站控系统及现场仪表4 h的正常工作。另外，在站内设有柴油发电机组作为备用电源以保证供电。

3.8 控制室设计

LNG气化站的控制室内的设备属于常年不间断运行，对于控制室的设计及装修应满足一下几个方面：

(1)建筑耐火等级不低于2级；

(2)房间设置防静电活动地板并接地，其高度为300~500 mm；

(3)房间净高不低于3.6 m；

(4)如有外界电磁干扰，应采取相应屏蔽措施；

(5)人工照明照度：300~500 Lx；

(6)配备事故照明系统，必须有单独供电电源，照度≥30 Lx；

(7)设置火灾自动报警系统；

(8)配备手提式灭火器；

(9)温度：18~28 ℃，温度变化率小于 5 ℃/h，并不得结露；

(10)相对湿度：15~85%。

(11)设置满足实际功率要求的UPS电源。

4 结语

LNG气化站作为城镇市政基础设施，其平稳运行关系到千家万户，安全生产永远是第一位。自控仪表系统的应用能够连续、自动地监视和控制管道的运行，提高安全生产系数，保证人身、设备及管道的安全，同时提高劳动生产率，改善劳动强度，确保为用户安全、连续、稳定供气。在液化天然气气化站中如何更充分有效的利用自控仪表系统，不断扩大其应用领域，还需广大科技工作者和燃气场站管理人员一起探索和研究。

Discussion on Application of Auto-Control Instrument System in LNG Gasification Station Operation

Foshan Nanhai Gas Development Co., Ltd Zhao Xiaoqiang Li Liujun

The LNG Gasification Station is the main station to meet the natural gas demands of the town, and has the main functions, such as storage, gasification, metering and Odorization. Since it has the attributes of easy to burn, evaporate, explode and so on, it belongs to the dangerous region and it is important for the application of auto-control instrument system, which is analyzed combined the LNG gasification station project engineering example, and can be as a reference of the kind in the future.

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