LNG站的安全控制系統(tǒng)

上海天然氣管網(wǎng)有限公司 謝 深

LNG站的安全控制系統(tǒng)

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LNG是一種環(huán)保、便于儲存的優(yōu)質(zhì)能源。隨著我國對清潔能源的需求不斷上升，LNG接收站的建設(shè)已經(jīng)成為我國油氣和能源工業(yè)新的熱點，而在任何油氣工業(yè)中安全都是重點，文章以上海五號溝LNG站為例，介紹LNG站安全控制系統(tǒng)的設(shè)計。

LNG 控制系統(tǒng) 安全

0 前言

LNG液化天然氣接收站從廣義角度上來說，有三個主要功能即是儲存、LNG氣化外輸和接收功能，然后才能通過供氣主干管網(wǎng)向下游居民用戶和企業(yè)用戶供氣。LNG接收站的組成主要包括：卸船工段(碼頭)、儲罐工段、蒸發(fā)氣處理工段和氣化工段。

上海五號溝LNG站始建于1995年，并于2005年進行了二期擴建，目前站內(nèi)的主要設(shè)施包括2座50 000 m3和1座20 000 m3的LNG全容罐、可?？?0 000 t級LNG船的碼頭及相關(guān)配套措施，主要設(shè)備見表1。

表1 LNG站主要設(shè)備

為了保證LNG站的安全控制共配置了兩套安全控制系統(tǒng)：ESD緊急停車系統(tǒng)和FGS火災(zāi)和氣體滅火系統(tǒng)。

1 ESD緊急停車系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)概況

ESD系統(tǒng)具備SIL3認證，是一種用于降低生產(chǎn)過程程風(fēng)險的安全系統(tǒng)。它不僅對生產(chǎn)過程因超出工藝設(shè)定的安全極限所帶來的風(fēng)險及時響應(yīng)，而且具備自我修正的能力。從而使生產(chǎn)狀態(tài)始終處于安全狀態(tài)，確保設(shè)備和人生的安全，上海五號溝LNG站的ESD系統(tǒng)共有五個階段。

ESD-1：緊急關(guān)斷現(xiàn)有站的液化單位；

ESD-2：緊急關(guān)斷SCV等氣化外輸相關(guān)裝置；

ESD-3：緊急關(guān)斷運輸船卸載操作；

ESD-4：緊急關(guān)斷槽車裝載/卸載系統(tǒng)；

ESD-5：關(guān)斷整個擴建站(激活整個ESD階段)。

ESC總概況見表2。

表2 ESD總概況

由于站內(nèi)的ESD-1中所涉及的液化設(shè)備目前已處于停運報廢狀態(tài)，因此本文對此不再介紹。

1.2 五號溝LNG站的邏輯設(shè)置

1.2.1 ESD-2

ESD-2的目的是保證外輸系統(tǒng)的安全可靠，涉及的設(shè)備包括LNG輸送泵、BOG蒸發(fā)氣處理工段、浸沒式燃燒汽化器以及計量和加臭設(shè)備。

1.2.1.1 觸發(fā)原因

觸發(fā)原因見圖1。

圖1 ESD-2邏輯

1.2.12 緊急停止邏輯設(shè)計執(zhí)行的細節(jié)動作

緊急停止邏輯設(shè)計執(zhí)行的細節(jié)動作見表3。

表3 ESD-2 相關(guān)動作

1.2.2 ESD-3

ESD-3系統(tǒng)是LNG接受站重要的安全系統(tǒng)，因為碼頭區(qū)域有LNG泄露和火災(zāi)的潛在危險。為了保護卸載操作的安全，需要自動程序的快速動作。主要相關(guān)設(shè)備涉及LNG裝卸臂、氣象返回臂、卸載總管和相關(guān)應(yīng)急切斷閥門。

1.2.2.1 觸發(fā)原因

(1)ESD-3(1)觸發(fā)原因見圖2。

圖2 ESD-3(1)邏輯

(2)ESD-3(2)觸發(fā)原因見圖3。

圖3 ESD-3(2)邏輯

1.2.2.2 緊急停止邏輯設(shè)計執(zhí)行以下的細節(jié)動作

(1)ESD-3(1)緊急停止邏輯設(shè)計執(zhí)行的細節(jié)動作見表4。

表4 ESD-3(1)相關(guān)動作

(2)ESD-3(2)緊急停止邏輯設(shè)計執(zhí)行的細節(jié)動作見表5。

表5 ESD-3(2)相關(guān)動作

1.2.3 ESD-4(槽車裝卸系統(tǒng)的緊急情況)

ESD-4系統(tǒng)通過停止槽車裝卸的設(shè)備使槽車裝卸設(shè)備在所有情況下都處于安全狀況，無論這些系統(tǒng)或其附近發(fā)生任何故障。主要設(shè)備包括槽車撬和響應(yīng)管線和切斷閥。

1.2.3.1 觸發(fā)原因

觸發(fā)原因見圖4。

圖4 ESD-4邏輯

1.2.3.2 槽車裝卸設(shè)備ESD-4觸發(fā)后的狀態(tài)

槽車裝卸設(shè)備ESD-4觸發(fā)后的狀態(tài)見表6。

表6 ESD-4相關(guān)動作

1.2.4 ESD-5(全接收站關(guān)閉)

這個一般緊急關(guān)閉系統(tǒng)的目的是為了停止接收站的所有關(guān)閉程序設(shè)備，包括輸出燃氣設(shè)備。這個ESD-5系統(tǒng)是通過停止如LNG泵，SCV及加臭系統(tǒng)等相關(guān)的程序設(shè)備以使所有的接收站設(shè)備在任何情況下處于比較安全的狀況。

1.2.4.1 觸發(fā)原因

觸發(fā)原因見圖5。

圖5 ESD-5邏輯

1.2.4.2 觸發(fā)結(jié)果

ESD-5啟動ESD-1、ESD2、ESD-3、ESD-4及以下設(shè)備(包括燃氣輸出)的緊急關(guān)閉程序，見表7。

表7 ESD-5相關(guān)動作

2 FGS火災(zāi)和氣體報警系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概況

火災(zāi)報警和氣體檢測系統(tǒng)，簡稱火氣系統(tǒng)(FGS)，火氣系統(tǒng)是針對火災(zāi)和氣體探測的安全管理系統(tǒng)，通過對化工裝置現(xiàn)場的消防按鈕、煙、火、可燃氣體、有毒氣體的檢測信號的采集，經(jīng)過軟件邏輯輸出來控制報警燈、報警鈴、雨淋閥、泡沫閥以及消防水泵等。在本文中將從五號溝LNG站的地域分布來介紹站內(nèi)FGS安全保護。LNG站主要FGS相關(guān)聯(lián)動設(shè)備見表8。

表8 LNG站主要FGS相關(guān)聯(lián)動設(shè)備

2.2 五號溝LNG站的FGS邏輯設(shè)置

2.2.1 碼頭區(qū)域的FGS邏輯

碼頭區(qū)域的FGS系統(tǒng)主要包括碼頭水炮、碼頭干粉系統(tǒng)、碼頭水幕、聯(lián)動的電動泵、相關(guān)控制閥、雨淋閥和定點布置的火焰探測器、氣體探測器、手動報警按鈕等。相關(guān)邏輯如下。

(1)相關(guān)水炮邏輯見圖6。

圖6 碼頭水炮邏輯

(2)相關(guān)干粉啟動邏輯見圖7。

圖7 碼頭干粉邏輯

(3)碼頭水幕邏輯見圖8。

圖8 碼頭水幕邏輯

圖9 碼頭單元電動消防泵邏輯

2.2.2 儲罐區(qū)域的FGS邏輯

LNG儲罐區(qū)域的FGS系統(tǒng)主要包括罐頂干粉系統(tǒng)、聯(lián)動的電動泵、相關(guān)控制閥、雨淋閥和定點布置的火焰探測器、氣體探測器、手動報警按鈕等。LNG站的三個儲罐邏輯相似，本節(jié)以一儲罐為例進行介紹。相關(guān)邏輯如下：

(1)罐頂雨淋系統(tǒng)邏輯見圖10。

圖10 罐頂雨淋閥邏輯

(2)罐頂干粉系統(tǒng)邏輯見圖11。

圖11 罐頂干粉系統(tǒng)邏輯

(3)集液池控制閥啟動邏輯見圖12。

圖12 集液池控制閥啟動邏輯

(4)電動消防泵開啟邏輯見圖13。

圖13 儲罐區(qū)域電動消防泵開啟邏輯

2.2.3 氣化外輸區(qū)域的FGS邏輯

氣化外輸區(qū)域主要包括SCV氣化工段、BOG蒸發(fā)氣處理工段、計量與加臭工段。涉及的設(shè)備包括LNG輸送泵、BOG蒸發(fā)氣處理工段、浸沒式燃燒汽化器和計量和加臭設(shè)備。對于氣化外輸區(qū)域的FGS系統(tǒng)主要需要保持消防水的壓力在穩(wěn)定范圍。

系統(tǒng)邏輯如圖14。

圖14 氣化外輸區(qū)域電動消防泵開啟邏輯

2.2.4 槽車區(qū)FGS邏輯

槽車區(qū)域的FGS系統(tǒng)主要用于防護槽車裝卸區(qū)的消防安全，和槽車區(qū)集液池的泡沫系統(tǒng)保護控制。主要FGS設(shè)備包括槽車區(qū)雨淋閥、集液池控制閥等。

(1)裝卸區(qū)雨淋閥邏輯見圖15。

圖15 槽車區(qū)雨淋閥開啟邏輯

(2)集液池控制閥保護邏輯見圖16。

圖16 集液池控制閥開啟邏輯

(3)集液池泡沫系統(tǒng)啟動邏輯見圖17。

圖17 集液池泡沫系統(tǒng)開啟邏輯

3 FSC安全控制系統(tǒng)簡介

我站的ESD和FGS系統(tǒng)均采用Honeywell的FSC安全控制系統(tǒng)。具備故障容錯和故障安全的性能，達到SIL3安全等級，F(xiàn)SC使用的組態(tài)軟件為FSC Navigat或，它提供了一個基于Windows的用戶接口軟件包，可執(zhí)行系統(tǒng)的組態(tài)和維護。其主要功能有FSC系統(tǒng)組態(tài)、應(yīng)用軟件的組態(tài)、生成應(yīng)用軟件文檔、下裝軟件到FSC(見圖18)。另外該軟件在組態(tài)完成系統(tǒng)投入運行后，通過COM模件和PC機的連接還具有對FSC的監(jiān)控功能：顯示FLD(Functional Logic Diagram)中應(yīng)用程序的在線狀態(tài)、顯示各過程變量的狀態(tài)、強制I/O信號和FSC變量的狀態(tài)、顯示并保存系統(tǒng)診斷信息和向系統(tǒng)下裝更新后的應(yīng)用程序。

圖18 FSC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

FSC的控制功能主要是通過控制程序來完成的，其主要功能有：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、控制算法、數(shù)據(jù)傳遞和與FSC連接的外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。因此利用邏輯功能圖FLD設(shè)計控制程序才是上述所有工作的目的所在。周密的工藝控制方案、準確和完善的邏輯組態(tài)是FSC達到設(shè)計要求，實現(xiàn)安全控制目的的前提和保障。系統(tǒng)硬件的主要配置見表9。

表9 FSC系統(tǒng)的主要硬件

4 結(jié)語

站內(nèi)的兩套安控制系統(tǒng)ESD和FGS從五號溝二期項目竣工投產(chǎn)至今，已保證五號溝LNG站的生產(chǎn)安全近6年。它具備以下特點：

(1)安全可靠。裝置區(qū)內(nèi)各種工藝設(shè)備復(fù)雜，任何一處出現(xiàn)不安全隱患，均有可能引發(fā)大的災(zāi)難，所以采用該系統(tǒng)可以做到早發(fā)現(xiàn)早排除，及時消除隱患。

(2)便于維護?；饸庀到y(tǒng)具備自我檢測功能，且定位準確，從而提高了維護的效率，也同時提高了系統(tǒng)的可靠性。

(3)SOE功能(事故順序記錄)方便了用戶的事故數(shù)據(jù)采集和事后查詢。

(4)帶回路監(jiān)督功能的數(shù)字量輸出模塊強化了系統(tǒng)的安全可靠性，強大的自檢功能消除了誤動作的可能性，進一步提升了系統(tǒng)自動化監(jiān)控功能。

Safety Control System of LNG Terminal

Shanghai Natural Gas Pipeline Network Co., Ltd. Xie Shen

LNG is a kind of energy which is environmental and easy to store. With the increase of demand for clean energy of China, more and more LNG terminal has been built up. Since the safety operation should be considered in the design process, taking shanghai Wuhaogou LNG terminal as an example, the paper introduces the safety control system design of LNG terminal.

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