移动LNG加注撬控制系统

景海龙 李朋波

[摘    要]文章分析移动LNG加注撬的控制系统的应用。根据要求，结合水运领域的移动LNG加注撬应用，移动LNG加注撬控制系统对低温真空泵池的低温潜液泵进行控制，调节潜液泵出口LNG流量。防爆UPS柜、防爆PLC柜的设计，防爆柜降温设计，线路的设计及组成。该系统为移动LNG加注撬的安全可靠运行提供了安全保障。

[关键词]LNG;移动LNG加注撬;防爆UPS柜

[中图分类号]TE988 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–000–02

Discussion on the Control System of Mobile LNG Bunkering Skid

Jing Hai-long， Li Peng-bo

[Abstract]The article analyzes the application of the control system of the mobile LNG bunkering skid. According to requirements， combined with the application of mobile LNG bunkering skids in the field of water transportation， the mobile LNG bunkering skid control system controls the cryogenic submersible pump in the cryogenic vacuum pump pool and regulates the LNG flow rate at the outlet of the submersible pump. Design of explosion-proof UPS cabinet， explosion-proof PLC cabinet， cooling design of explosion-proof cabinet， design and composition of circuit. This system provides a safety guarantee for the safe and reliable operation of the mobile LNG bunkering skid.

[Keywords]LNG; mobile LNG filling skid; explosion-proof UPS cabinet

1 概述

压缩天然气LNG作为地球上最干净的石化能源其使用越来越广，由于LNG的易燃、易爆以及低温的特性，LNG的加注相对固定，但是对于一些不方便建设大型加注站的地方，移动式LNG加注撬的建设成为一种便利的方式，而移动LNG加注撬的自动化控制能够最大限度地减少危险。

2 移动LNG加注撬控制系统

移动LNG加注撬包括以下几个部分：卸车增压器、潜液泵及泵池、控制柜、流量计、EAG加热器、车船用干式快速接头、照明系统、ESD系统、燃气报警系统、仪表风系统、卸车加注管路（液相管路应为真空管）、放散管路。卸车区，通过增压器进行LNG槽车液化天然气卸车;仪表风系统，该系统的氮气瓶为加注撬增压;低温潜液泵，为加注口提供液化天然气;加注口，为车辆船只进行加注LNG液体。卸车区主要监视槽车的卸车压力、温度以及槽车罐内压力，保证卸车过程的安全;仪表风系统主要根据加注撬的压力情况提供阀门动作等的足够压力，保证加注撬工作正常;低温潜液泵是移动LNG加注撬的核心设备，该泵位于真空泵池。真空泵池的温度、压力、液位和低温潜液泵出口压力是LNG加注中非常重要的参数，对这些重要参数的监控能够确保LNG移动加注撬的安全。

移动LNG加注撬控制系统是一套独立的PLC系统。该系统监视卸车区的压力、温度、槽车压力，仪表風系统的压力，加注口的压力以及真空泵池的温度、压力、液位以及低温潜液泵的出口压力，同时还要监视整个加注撬的供电系统电力供给情况。在正常情况下，实时在线监测设备的重要参数，根据加注设备的情况打开和关闭相应的气动阀门并调节低温潜液泵的流速。本系统可人为对阀门、潜液泵等设备进行操作，也可以根据不同的设定程序实现不同加注设备自动控制阀门打开关闭和潜液泵出口LNG的流速，实现生产自动化。为了保证加注过程的安全，在紧急情况下可通过ESD系统紧急停止加注。

为了实现移动LNG加注撬控制系统的可移动性，其PLC控制系统的控制柜和供电系统的配电柜均需要安装在加注撬旁边，所以PLC控制柜和配电柜均采用防爆柜。移动LNG加注撬由防爆现场/远程操作控制柜、防爆UPS配电柜、通信网络以及重要的现场仪表组成。在移动LNG加注撬控制系统建设时需要考虑的主要问题也很多，如防爆控制柜、防爆UPS配电柜的散热、现场操作和远程操作的连接的设计等，如图1所示。

3 移动LNG加注撬控制系统的应用

高速路建设中建立了非常多的LNG加气站，但是在一些偏远地区和水运领域建设LNG加气站就显得不太现实，所以移动LNG加注撬可为偏远地区和水运领域的LNG加气提供了便利。控制系统建立在加注撬边属于防爆区域;加注值班人员生活在非防爆区域，控制系统的设计关系到动力、监视、现场/远程控制、远程数据传输等功能。

3.1 供电系统设计

移动LNG加注撬控制系统的供电系统采用需要根据不同设备类型提供不同的供电电源。移动LNG加注撬边设立防爆的配电柜，防爆配电柜内安装有双电源开关，具备正常供电和发电机供电相互切换功能;为了避免在加注过程中，停电造成的加注中断问题，设计的防爆配电柜中还设有UPS供电系统。

由于防爆配电柜的密封性会使防爆配电柜内的温度回急剧攀升，影响UPS和电池的使用寿命，同时电池在高温下还具有安全隐患。因此，为了解决防爆配电柜温度问题，设计了两种新型防爆配电柜，其中一种安装有防爆空调的防爆配电柜，但是由于防爆配电柜安装在加注撬旁，不便于空调的使用，所以选用第二种设计，即防爆配电柜配置进出爆风机和防爆风道的设计。移动LNG加注撬控制系统通过监控到的防爆配电柜温湿度，打开或关闭防爆风机。防爆风机保证了防爆柜内压力为正压，在安全区设置温度交换设备，通过防爆风道将防爆配电柜内的热空气置换到冷空气温度设备，以降低防爆柜内温度。结构如图2所示。

由于供电系统的防爆配电柜和控制系统的防爆配电柜均安装在加注撬旁，降温系统将防爆配电柜、防爆控制柜和温度置换设备连接成环状结构，保证了系统整体的温度平衡。

3.2 PLC系统设计

移动LNG加注撬控制系统是PLC系统和ESD系统的结合系统。为了保证整个加注撬控制系统的运行稳定和显示控制准确，需要为其选择性能优越的PLC作为核心控制器，现场的各种仪表精度和质量则关系到采集的数据准确程度，控制命令下达是否正确，所有加注撬控制系统设备的性能选择都非常重要。

PLC系统通过各种传感器对现场低温真空泵池的压力、温度、液位，潜液泵出口压力，加注液流量进行自动监测，并将监测结果传输给PLC，经PLC数据计算后存入PLC中CPU数据存储区，由程序实时调用。这些信号分别送至监控系统和异常处理系统：监控系统负责操作、显示整个加注撬系统的运行状态;异常处理（保护、报警）系统确保加注撬各部分的正常安全运行;同时这些数据可通过远传系统，实现远距离调控操作。当没有运行要求时，系统根据程序判断自动处于“待机状态”。

在进行加注作业时，通过控制柜配套的控制盘选定要进行的作业，系统将根据已编程序输出控制（执行）信号，实现流程和设备运行控制。卸车和加注等作业完成后，系统会自动回到“待机状态”。

当设置在卸车区、低温泵组处、加注区的燃气报警器发现LNG泄漏时，系统可自动紧急切断阀将自动关闭，在紧急情况下也可以通过ESD按钮或在配电柜用开关将紧急切断阀手动关闭，起到对管线设备的保护作用。

应选择具有多种通信接口或可编程接口的PLC，由于移动LNG加注撬需要经常移动，同时监控的点数相对较少，在PLC的选择时选用小型PLC即可。考虑到可靠性问题，一般选择西门子等大型公司的成熟产品。

控制系统位于防爆场合，现场仪表需要本安或隔爆型，为了保证现场安全，为每个仪表都配置安全栅，确保现场仪表供电安全;为所有PLC的IO通道还配置了浪涌保护器，确保了PLC系统的安全。

加注撬控制系統需要通过动力系统的配电柜和设置在PLC控制系统的触摸屏来控制潜液泵和阀门的启停。考虑到PLC控制系统需要安装在加注撬的防爆控制柜，而控制系统采用防爆触摸屏来控制现场阀门、泵等;而安全的休息区则配置非防爆的触摸屏，与防爆触摸屏同时进行控制，实现远程控制。非防爆的触摸屏与防爆控制柜不在一起，属于分体方式，通过网络线缆连接实现控制。

当加注撬运行出现突发性故障和严重超出调控值时，系统能及时发出声光报警，并给予提示，以及采取自动紧急停机保护等措施。在没有操作人员按下报警解除按钮之前，无论是否执行停机命令，系统会一直保持紧急停机状态。而需要报警控制的参数主要有加注撬可燃气体报警器、LNG泵预冷不足、LNG泵抽空、LNG泵超压、仪表风系统欠压、泵池液位低等情况发生时进行急停。

3.3 防爆燃气泄漏报警系统

LNG属于易燃易爆液体，LNG如果泄漏将对周边的人身和财产造成极大的危害，所以燃气泄漏报警系统也作为一个独立的系统存在。以前，燃气泄漏报警系统经常被融合到自动控制系统中，但是现在燃气泄漏报警系统经常被独立出来，但是其数值却需要在控制系统上显示。这样就形成了两套相对独立又有依托的系统。

燃气泄漏报警系统将通过标准的通信协议（MODBUS），将探测到的燃气泄漏情况传送到移动LNG加注撬控制系统的PLC中，由PLC分析后再触摸屏上显示，并产生报警原因分析报表。

3.4 通信及接口

移动LNG加注撬控制系统中，配置了工业无线路由器用于无线或有线通信方式，将数据远传到公司或其他数据汇总的地方，形成分析数据依据。

控制系统配置MODBUS接口、ProfiBus接口和可编程接口，用于连接不同类型的仪表。同时控制系统根据工艺流程设计专用的生产报表，包括日报、月报和决算汇总等报表。预留专业接口为后期扩展。

专用电缆通过专用通道连接现场防爆柜和远端操作间，保证控制系统能够实现现场与远程都能控制设备启停。

4 结束语

随着移动LNG加注撬的应用越来越广，安全实用的控制系统是移动LNG加注撬建设时非常重要的安全保障，合理的设计能够提高移动LNG加注撬的实用频率和建设时间。

参考文献

[1] 黄军，黄相迪，姚三三.Lng箱式橇装加注装置流程及控制系统.煤气与热力，2018，38（10），74-78.