天然气分输站紧急关断系统方案设计

2022-04-26刘加滨张保存

自动化技术与应用 2022年4期

刘加滨,张保存

(1.山东省天然气管道有限责任公司，山东济南 250000；2.山东省国实管道天然气有限公司，山东济南 250000)

1 引言

输气站场作为整个天然气管输系统的重要节点，是保障整个输气系统正常运行的关键部分[1-3]。滨海分输站接收上游来气后，一部分经干线紧急关断阀越站输往下游的寿光分输站，一部分经过滤分离、计量、调压后输往滨海门站、潍坊门站。滨海分输站兼具返输功能，接收寿光分输站来气，一部分输往下游站场，一部分经过滤分离、计量、调压后输送滨海门站、潍坊门站。设计压力8.0MPa，设计输量为10×108m3/a。

场站自动化程度高，同时涉及高压、易燃、易爆气体，一旦输气站场发生事故，都将引发极其严重的后果[4-5]。为保障输气站场安全生产、降低生产过程风险，设计一套独立于控制系统的紧急停车系统(Emergency Shutdown Device)是十分必要的[6-7]。当站场发生泄漏、火灾等事故时，该系统能迅速启动，切断气源，控制和避免事态发展[8]。

2 ESD系统组成及供电方式

紧急停车系统一般简称ESD系统，其通常由检测元件、逻辑控制器、执行元件、软件及配套附件（包括电源、输入/输出接口、浪涌保护器等）组成[9]。输气场站内除了检测工艺管段内的压力、温度、液位信号，还包括可燃气体检测、火焰检测信号[10]。PLC 软件系统选用的为Rockwell 公司的logix 500 软件，硬件模块有电源模块、CPU 模块、通讯模块、模拟信号I/O模块、数字信号I/O模块，PLC设备实现冗余配置，双套互为备份，保证系统的稳定可靠。ESD系统中执行元件主要有，常用的执行机构有气液联动执行机构、气动旋塞阀、电磁阀、风机等动力设备[11]。

ESD机柜供电系统实施双回路冗余供电[12]，当其中一路发生故障时，可以确保系统可以正常运行，对于非直接进入ESD系统内的同级负载，例如机柜内照明和散热风扇回路实行单独供电，确保互不干扰[13-14]。

3 ESD系统逻辑控制方案

ESD 紧急关断系统根据实际工艺需求，分为三级关断，ESD-1、ESD-2、ESD-3。当关断启动后，只有手动复位后才可恢复生产。以滨海站为例，重点探讨该系统的逻辑控制过程，滨海站主要流程见图1。

图1 滨海站主要流程图

3.1 ESD-1(一级关断)

一级关断为全站泄压关断，当站内发生爆炸、火灾人工确认后等紧急情况发生时，为保证站内人员和设备安全，需要关闭天然气分输站生产流程及辅助流程，并对站内管存进行放空操作[15]。一级关断的触发条件为（以下条件为并行条件，满足其一即可）：1.调控中心一级关断命令，2.站场大门一级关断按钮，3.综合楼门口一级关断按钮，4.东逃生小门一级关断按钮，5.南逃生小门一级关断按钮，6.辅操台一级紧急关断按钮。

当触发条件满足时，ESD 控制系统执行一级关断程序段，关闭进站气液联动阀ESDV-102、关闭下游两用户出站气液联动阀ESDV-401 ESDV-402、开紧急放空阀BDV-202、BDV-303、BDV-304，当以上各项阀门动作确认完成后，自动切除动力配电箱进线电源，仅保留应急电源，工艺区声光报警发出警报，实现泄压关断、站内放空。

3.2 ESD-2(二级关断)

二级关断为站场次高级关断，当来气管段或下游管线爆管等紧急情况发生时，为配合干管相关工作，需要关闭天然气分输站生产流程及辅助流程，但所有放空阀保持关闭，站内不放空[16]。触发条件为：1.调控中心二级紧急关断命令，2.辅助台二级紧急关断按钮。

当触发条件满足时，ESD 控制系统执行二级关断程序段，关闭进站气液联动阀ESDV-102、关闭出站气液联动阀ESDV-401 ESDV-402，工艺区声光报警发出警报，站内保压，不放空。

3.3 ESD-3(三级关断)

三级关断为个别故障分输用户关断，既当下游用户故障经人工确认后，需要切断相应出站支路[17]，触发条件为：1.调控中心滨海门站方向三级关断命令，2.滨海门站三级紧急关断按钮。当触发条件满足时，ESD控制系统执行三级关断程序段，以出站一支路为例，关闭相应支路出站气液联动阀ESDV-401，工艺区声光报警发出警报，实现个别用户关闭。