轨道球阀顺序控制改造在天然气液化装置中的应用研究

赵杰 陈延龙

陕西延长石油天然气股份有限公司 陕西 延安 716000

1 概述

天然气液化装置中脱水塔是净化单元核心设备，脱水系统主要由2台脱水塔（分子筛干燥器）、一台再生气空冷器、一台再生气水冷器、一台再生气脱水加热炉、一台再生气分离器、一台脱水粉尘过滤器、 2台再生气压缩机组成。两台脱水塔通过轨道球阀开关实现切换使用，一台吸附，一台再生，交替使用。因此在切换中要按照顺序人工手动开关阀门，若在切换过程中出现阀门开关误操作，会引起高压窜低压的发生，导致安全阀启跳、损坏设备，严重时会引起爆炸等事故的发生，通过技术改造可以从根源上避免以上事件的发生。

2 轨道球阀顺序锁定控制系统改造背景及措施

安塞站采用变温变压吸附法脱除天然气中的水分，变温变压吸附脱水采用2台脱水塔，一台加热器、一台冷却器、一台气液分离器和15台程序控制阀的组合，本系统设备多、操作复杂、压力变化频繁，2台脱水塔每8h需变压切换一次，每次切换要按照顺序开关阀门，如果在切换过程中出现阀门开关误操作[1]，就能引起高压窜低压事件的发生，会导致安全阀启跳、损坏设备，严重时会引起爆炸等事故的发生。

安塞站采用的两塔天然气干燥工艺，脱水系统的循环周期是根据实际操作条件结合设备尺寸、初次干燥剂装填量及使用寿命综合考虑后确定的一个固定时间，安塞站吸附在线时间为8h，再生时间8h（泄压0.5h、热吹3.5h、冷吹3.5h、充压0.5h），即约 16h完成1个完整的循环。脱水塔切换需要动作15个阀门进行切换操作，阀门的动作可以实现通过可编程逻辑控制（PLC）进行控制，正常的生产过程中通过 PLC顺控程序完成在适当的时间依照正确的顺序控制阀门动作，不需要操作人员亲自动手，但是PLC顺控程序系统中没有温度、压力和阀位的联锁，需要操作人员严密监视操作顺序，避免错误发生。在实际生产中因切换中主要针对再生温度进行切换，同时主要的工艺参数如循环时间、吸附及再生温度、再生气量等之间都是互相关联的，切换操作条件需要综合考虑，故在实际生产中未采用PLC顺控程序[2]。

实际生产中脱水塔切换需要操作人员手动控制阀门动作，为避免操作人员误操作，通过现场实际结合理论，确定对脱水塔轨道球阀控制方式进行改造，完成改造可以为安全操作及工艺参数的优化提供有力的保障，具体改造措施如下：

①脱水塔需操作的轨道球阀及控制阀实现顺序控制安全锁定功能，所有阀门按照预设顺序逐步手动确认阀门开关，受安全锁定功能限制，脱水塔切换中每个步骤除需要动作阀门外其余阀门均处于锁定状态，即使发出开关操作信号也无法动作。操作需动作阀门时，必须在确认相关工艺参数达标的情况下点击步骤确认键后，该阀门才具备开关条件；

②脱水塔顺序控制程序在正常投用时处于锁定状态，除预设步骤正确阀门可以动作外，其余阀门均无法执行开关操作，但是在装置启停机、非正常工况时需进行应急操作，此时就要求顺序控制安全锁定程序可随时解除，从而达到特殊操作要求，装置正常后顺序控制程序投用，需要按照现有阀门开关状态及步骤继续执行程序；

③脱水塔顺序控制安全锁定程序权限：

A.单纯控制阀门开关先后顺序的逻辑关系；

B.预设步骤人工确定后响应回馈功能；

C.阀门操作控制权限的控制；

D.程序不可具备直接开关阀门权限；

E.阀门开关只接受符合预设顺序且步骤确认键得到反馈后，人工输出的阀门开关信号。

图1 安塞站脱水塔切换顺序控制逻辑图

3 脱水塔切换标准化操作

标准化操作流程就是把某个操作的详细步骤做规范化处理，这个处理是对过程的细化、量化和最优化，这样使得事情的发展和操作有一个标准可以参照，大家也对这个标准都能理解，不存在歧义[2]。

标准化操作流程一般都不是单独存在，都是依附于统一的整体，本次编制的《脱水塔切换标准化操作方案》也与装置脱碳、液化、公用单元相互关联的，都是一个大的整体，彼此之间都存在密切联系，都有着不可取代的位置[3]。所以，针对标准化操作流程来说，是以整套体系存在的，而且每个操作步骤的量化和规范必有详细的要求，才能将相关标准化操作全面推广使用。

安塞站鉴于目前操作工流动性较大，操作水平参差不齐，针对因操作工误操作导致的非计划停工等事件，通过对轨道球阀的开关顺序、开度大小、开关时间、阀门锁定等方面着手，从讨论会到项目立项、公司审批到技改项目实施，历时2个月轨道球阀顺序控制技改项目及《脱水塔切换标准化操作方案》全部完成、且达到设计要求。

目前已开始在安塞站范围内推广学习《脱水塔切换标准化操作方案》，并且通过一年多的实际使用，轨道球阀顺序控制安全锁定系统改造效果显著，自使用以来，未发生一起因人为误操作而引发的生产安全事件。

4 控制程序改造的意义

对于LNG工厂来说，安全生产决定了工厂的生死存亡，工厂的安全责任也非常重大。如何规避安全事故，确保安全生产，按照“行为的失误一定程度上是事故（事件）出现端倪的根本原因”的安全管理理论，规避事故的前提是杜绝人的失误性行为。而在实际生产中操作人员的行为主要体现在对装置的操作以及出现问题后的处理方式。虽然事故的发生与人、物以及环境等因素均有缘由，但根据实际案例发现，根本原因还是由于人的失误和物的缺陷，安塞站本次实施的轨道球阀顺序控制安全锁定技术改造，从以下几方面将装置中人的失误和物的缺陷从根源上解决。

4.1 避免违反操作规程

违反操作规程很明确的反映在具体操作流程以及方式方法上，对LNG工厂来说，厂区内部大部分操作方法和作业程序是固定不变的，是操作规程要求的，但是现场操作在长期的实践过程中形成的操作习惯。当这种“操作习惯”确定下来以后，就会产生一种心理惯性。使人的行为不由自主地沿着“习惯”的轨道作出判断及操作。因此，一旦因装置的特殊工况或人员的失误都能造成相关操作违反作业流程与规范，势必会影响到工厂安全与装置平稳运行，在装置中运用顺序控制安全锁定程序后，在任何情况下违反操作规程的操作都是无效的，也无法进入下一步骤的工艺环节，有效降低安全事故发生的概率。

4.2 避免应激状态时误操作

操作者在正常的生产作业过程中突然面临着极为危险的情形，某些情形下会凭借着自身机能条件式反射从而导致误操作，某些时候也难免通过无意间判断，也就是凭直觉性反映出现的刹那间行为，因而对于控制事故的作用不强。比如，LNG工厂中管道泄漏起火后，操作人员在紧急状态下常会采取扑灭火势的应急措施，而忘记应“先关闭泄漏点前端阀门切断气源，若无法关闭时可保持稳定的燃烧”这一应急操作要点，可燃气仍在泄漏时盲目灭火，可能会导致可燃混合气爆炸险情，因此，在投用顺序控制安全锁定程序后，必须针对性的进行相关培训与演练，将可能发生的事故风险进行评估和预判，把隐患扼杀在萌芽阶段。

4.3 避免临场动作错误

因操作人员技术性失误进而导致的事故时有发现，在起因上看也多是源于操作者自身的疏漏及装置设计中的一些缺陷。安塞站装置存在诸多类似阀门、位置为一字排列的现象，典型实例为冷箱底部放空阀，容易使操作人员开关阀门时误操作；中央控制室内集散控制系统（DCS）也存在类似问题，脱水塔轨道球阀位号相似、位置相近，极易造成误操作。这样的操作失误在原因上看来具有非常普遍的不确定因素，倘若深究的话不难看出正是在工程设计方面的漏洞才使得相关阀门存在诸多问题隐患。因此，安塞站在现场给每个阀门、仪表、开关做好标识，且通过对DCS系统进行顺序控制安全锁定程序改造，使操作人员能够准确地根据标识、位号及顺控系统做好相关操作的判断，从根源上杜绝此类事故发生。

4.4 避免疲劳情况下的失控

在实际生产运行中，操作人员难免会因为长时间在岗而产生疲劳感，此时的生理乃至心理状况都非常难以自我掌控，皆处于极度不平稳态势，尤其是一些感官方面敏感度降低，严重时还会产生幻觉，有些肢体动作上会发生紊乱及准确度降低的情况。鉴于以上情况，就能够理解到为什么疲劳会加剧事故的发生概率。

有效降低由疲劳引起的失误，主要从两方面着手。一方面是减轻操作人员的工作强度，根据出勤时间段合理安排工作量，逐步缓解、减轻对于操作人员工作的任务量要求，舒缓压力及精神上的负担；另一方面从技术策略上，要更多地运用自动化、机械式的操作及保护程序取，最大程度上避免因疲劳引起的误操作。通过本次轨道球阀顺序锁定控制程序的改造，主要从技术策略方面来落实管理措施，同时要求科学配套编制相关作业规范，生产过程中建立合理均衡的人员配置以及严格谨慎制定工作作息制度，合理控制上岗时间，有效降低误操作发生的概率。

4.5 避免异常状态下的失误

装置发生紧急状况时的操作环境与正常状态差别较大，难免让相关人员遭受刺激，不同性格的人员会产生明显变化，具体的反映出喜怒哀乐紧张等负面情绪。与此同时也要兼顾到人的失常心理，面临诸如此类的现象，突出表现在不良的情绪刺激之下，许多操作人员所获得的信息乃至是分析处理能力锐减，相关判断能力也随之降低，本身所具有的理性约束力不复存在，由此存在诸多行为性错误[5]。然而通过轨道球阀顺控程序技改以及对操作人员应急培训强度的增加为基础，并且在相关操作流程方面的逐步熟练以及经验的逐渐积累，那些因情绪失控所导致的失误就能极大程度的降低。

5 结束语

综上所述，提升现场操作安全的重点，必须仔细分析诱发不安全性操作的诱因，转变在生产安全方面的监督与督促模式，通过技改革新相关不合理的操作方式，从根本上解决问题。本次技改项目完成后，脱水塔切换过程中即使在选择开关阀门错误的情况下给出信号，也会因顺序控制程序的保护，该阀门不会动作，需要给正确阀门发出信号后才会动作，同时采用了人工操作确认、顺序逻辑保护的功能，从而实现人机双向保护机制。同时在实际应用中通过制定标准化操作规程及加强培训实现了“培训支撑实操、实操完善培训”的目的，将轨道球阀技改作用发挥到最大程度，从根本上杜绝了因人为误操作导致的事故，实现装置安全长周期平稳运行的目标。