天然气管道压气站安全仪表系统的应用分析

张晓龙

（大庆油田有限责任公司天然气分公司，黑龙江 大庆 163000）

在天然气管道压气站运行中，安全仪表系统发挥着至关重要的作用，可以有效检测装置中发生的多种异常动作，维护天然气管道系统运行安全与稳定。为此，需要结合天然气管道实际运行需求，合理设计安全仪表系统，并科学地在天然气管道压气站对安全仪表系统进行应用，在系统作用发挥下维护天然气管道压气站正常、安全、稳定地运行。

1 天然气管道压气站的工艺系统特点

天然气管道压气站其工艺系统主要体现出六大特点。

（1）地域性。正常情况下，天然气管线对应压气首站会和上游井场保持比较近的距离，这种情况下，管线会具有非常大的进气量，一旦突发安全事故，很容易导致上游井场发生超压问题，进而造成机组喘振或者管线爆管以及停机等会对机组产生较大损害并影响终端生产运行的问题。

（2）工艺流程具有高度复杂性。压气站涉及的工艺管线非常多，同时，工艺管线中会输送不同的介质，还会涉及进站、出站、清管、气体分离净化等相关工艺流程，这种复杂性高的工艺流程进一步使压气站扩大了风险发生概率。

（3）分布多样化的设备。因为压气站具有非常复杂的工艺流程，这直接决定了各项执行设备与检测设备会保持一定多样性，其中，以机组为目标设置的相应检测控制设备就涵盖了压缩机设备检测控制、机组振动检测设备、机组安全检测以及执行元件、机组进出口阀门设备、动力设备检测控制。

（4）具有非常复杂的控制系统。压气站涉及的控制系统主要涵盖了动力控制、机组控制、振动检测等多种手段和种类，不同系统都包含独立控制方式，使得系统复杂度进一步增加。

（5）管线具有非常高的压力，并且分布有大量密闭空间。因为压气站的进站与出站相关管线保持较高压力，而压缩机厂房都设置是密闭空间，这就使得风险发生概率进一步增加。

（6）风险监测点保持分散布局。因为压气站具有非常复杂的工艺流程，并且分布设备多样化，这就使得站内分布有数量较多的风险监测点，相应监测点分布较为分散。为了保证压气站安全稳定的运行，急需设计一套具有完善的功能，并且具有较高安全性、有效性的安全仪表系统，相关系统还要符合压气站运行特点要求。

2 天然气管道压气站安全仪表系统的应用

将安全仪表系统应用于天然气管道压气站，主要涉及到6大应用层面。

2.1 系统功能设计

基于天然气管道压气站提出的安全需求等级，一般情况下，按照由低至高的顺序在天然气压气站当中实现4等级安全功能设计：

第一等级，设备单体能够实现紧急停车。在安全仪表系统应用中，站内分布的大量独立设备均要保证可单独实现紧急停车，以此确保有效的隔离风险，并使安全系统具有更高可用性。对于压缩机组的设计，要求每台单独的压缩机组需要独立配套设置ESD系统，针对单机组实现ESD；针对气液联动阀门，要尽量在工艺流程相应入口以及出口安装气液联动阀门，或者在符合安全仪表需求情况下，在合适的工艺流程部位安装液气联动阀门，将其当作安全仪表系统具体执行机构，发挥安全紧急截断功能。

在阀门设计环节，要保证其具备失效安全功能；针对安全截断阀，主要将安全截断阀安装于调压设备前，还可以安装于高低压连接部位，一旦下游出现高压情况，能够紧急截断。同时，安全截断阀还可对安全仪表系统中分布的ESD信号进行接收，同时，其自身也要具备压力超高自截断功能，进一步保证安全；针对气动放空阀，主要是为了快速地将阀门打开，尽快放空管内天然气。气动放空阀需要对安全仪表系统中的ESD信号进行接收，并且针对阀门设计期间要保证其具备失效安全功能。

第二等级，站场内部要实现区域化的紧急停车。压气站中的安全仪表系统在实际应用中，要针对压气站做好区域划分工作，并对工艺流程区、循环水区、分输调压区、空冷区压缩机组区等各保持独立设计的相应区域进行紧急停车功能的设置，一旦独立区域提出了安全需求，就要及时针对相应区域实现紧急停车放空，以有效将相应风险区域进行隔离，避免影响其他压气站供应区域。

第三等级，站场要能够实现功能化的紧急停车。压气站应用安全仪表系统期间，要针对控制系统合理划分逻辑功能，结合压气站相关功能进行对应安全功能需求的设置。如果压气站提出多种差异化工艺需求，需要控制系统能够对相关安全需求进行响应。针对压气站的出站超压ESD，要注意将压力变送器设置于压气站出站管线部位，设置数量为3个，同时，要在压力变送器当中实现3选2比较，若是三个压力变送器当中有任意2个高出设定值，要在2秒延时之后触动超压ESD；针对分数用户的出站超压ESD，要注意将压力变送器设置于分输用户相应出站管线部位，设置数量为3个，并同步对相应压力变送器实现3选2对比，若是3个压力变送器中有任意2个其压力高于设定值，在实现2秒延时后触动分输用户的ESD，同时，安全仪表系统要针对分输管线执行紧急关闭以及放空；针对火器系统的报警ESD，要注意联合控制压气站的安全仪表系统以及压缩机火气系统，同时，将火气系统当作检测系统，运行期间向安全仪表系统中传输火气报警信号，在安全仪表系统实现逻辑判断后，经过一定延迟触动压缩机组对应ESD。

第四等级，要在全站内实现紧急停车。压气站应用安全仪表系统期间要实现全站紧急停车功能，需要由人工实现触发，不对连锁逻辑等相关触发条件进行设置。站内全部安全仪表系统涉及的相应设备均执行ESD。

2.2 系统检测元件

将安全仪表系统应用于压气站要设置急停开关，并且全部急停开关在设计环节，其相应触发方式要具备带回路诊断功能。如果急停开关到安全仪表系统之间的电缆发生短路或开路情况，安全仪表系统会发出回路故障相关诊断报警。

2.3 逻辑元件设计

设计环节，所有逻辑元件均要保持独立配置，并且保持冗余配制，应用容错技术，同步实现模块化设计，处理器要和控制系统相关LAN分别保持相互连接。另外，控制器模板属于带电且能够插拔型的模板，每块模板必须具备自诊断功能。

2.4 系统执行元件设计

系统中，I/O卡件均要能够鉴别出信号出错和卡件故障，同步要带有处理功能。另外，输出卡件需要设计光电隔离功能，同时，要可以带电热插拔。输出端、输入端都需要具备自动诊断功能，可以自动识别其与设备或现场仪表出现的连接断路或短路情况，同步发出报警信息。

2.5 系统功能设计

在安全仪表系统应用期间，须具备系统中运行的相关事件顺序记录器。相应记录器可以对安全仪表系统中逻辑控制器具体系统状态信息、报警信息以及系统诊断信息实现自动记录，同步记录系统全部动作过程。

2.6 系统旁路功能

在安全仪表系统应用期间，系统旁路功能要涉及系统旁路、输出旁路以及输入旁路。

目前，安全仪表系统在天然气管道压气站中的应用，安全仪表功能具体回路识别以及定级在我国的普及程度尚不如国外，并且在设计以及集成环节很少进行回路辨识以及定级，这是目前系统应用中存在的突出问题，需要后续针对此类现象加大研究和创新力度。

3 结语

近年来，我国生产建设越来越关注建立生产安全监督体系，安全仪表系统也已经广泛应用到了石油化工等相关流程工业领域。在天然气管道压气站应用安全仪表系统，有助于现场工程人员动态掌握安全仪表系统具体运行情况，有针对性地加强系统使用和维护。为了充分发挥安全仪表系统在天然气管道压气站中的应用价值，需要相关管理及应用部门深入了解系统相关理论以及现场投运实际情况，掌握工程应用期间存在的突出问题，及时采取有效策略进行解决并优化设计，保证天然气管道运行更加安全与可靠。