長(zhǎng)輸管道安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

封雪飛中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道長(zhǎng)春輸油氣分公司

長(zhǎng)輸管道安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

封雪飛
中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道長(zhǎng)春輸油氣分公司

文章首先分析了安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，并從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層面分析長(zhǎng)輸管道安全儀表的功能組成。其次將設(shè)計(jì)過(guò)程中需要重點(diǎn)注意的功能實(shí)現(xiàn)條件為論述對(duì)象，對(duì)技術(shù)方法進(jìn)行解釋?zhuān)瑸殚L(zhǎng)輸管道使用提供安全保障，設(shè)計(jì)方案也更具有可行性。

長(zhǎng)輸管道；安全儀表；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

安全儀表系統(tǒng)在長(zhǎng)輸管道中獨(dú)立存在，實(shí)現(xiàn)功能也都是由各自的控制模塊來(lái)完成。對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要遵從以下幾方面原則：首先是系統(tǒng)的安全性，各功能模塊相互獨(dú)立但在工作過(guò)程中需要配合運(yùn)行，干擾問(wèn)題必須得到解決?？稍谙到y(tǒng)中安裝檢測(cè)裝置，間隔一段時(shí)間將管道輸送情況反饋至管理中心，由計(jì)算機(jī)設(shè)備分析運(yùn)算。其次是系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后在現(xiàn)場(chǎng)的可行性，設(shè)計(jì)工作要結(jié)合石油輸送管線的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行，僅僅從方案中進(jìn)行優(yōu)化缺乏科學(xué)依據(jù)，參照測(cè)量結(jié)果對(duì)方案展開(kāi)可節(jié)省實(shí)施時(shí)間。最后是功能是否可以滿足使用要求，對(duì)安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的最終目的是為生產(chǎn)運(yùn)輸提供保障，功能檢驗(yàn)自然成為重中之重，與其他系統(tǒng)在性能上互補(bǔ)，彼此之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。嚴(yán)格遵從上述原則開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，可提升長(zhǎng)輸管道的使用安全，系統(tǒng)也更具有可行性。

二、長(zhǎng)輸管道安全儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

安全儀表作為檢測(cè)設(shè)備使用頻繁，在其功能中還包含緊急停止，故障警報(bào)，常規(guī)監(jiān)測(cè)等方面。下面對(duì)結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

1、緊急停車(chē)系統(tǒng)(ESD)

緊急停車(chē)是在輸送環(huán)節(jié)發(fā)生意外才會(huì)進(jìn)行的，目的在于將災(zāi)害控制在最小范圍內(nèi)，避免蔓延應(yīng)發(fā)更嚴(yán)重的事故。以火災(zāi)事故為例，當(dāng)發(fā)生隱患后，安全儀表中的探測(cè)裝置會(huì)快速捕捉到異常，將信息傳遞至控制模塊，同時(shí)控制模塊向總管道中發(fā)出停止的指令，以此來(lái)導(dǎo)通斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)緊急停止。停車(chē)后管道內(nèi)的輸送活動(dòng)會(huì)終止，避免原油與火災(zāi)發(fā)生區(qū)域接觸，同時(shí)還能起到阻隔作用，為救援爭(zhēng)取更多時(shí)間。

全線停車(chē)會(huì)對(duì)生產(chǎn)任務(wù)造成影響，因此在安全儀表系統(tǒng)中設(shè)置了不同檔位的停車(chē)指令。災(zāi)害發(fā)生在局部，并且影響較小時(shí)，可只對(duì)這一部分進(jìn)行停車(chē)處理，與總體線路相隔離。發(fā)生在主干管線時(shí)則需要將這一部分傳輸區(qū)域終止作用。發(fā)生區(qū)域?qū)φ麄€(gè)輸送系統(tǒng)都會(huì)造成影響時(shí)，要停止一切生產(chǎn)活動(dòng)，并阻斷電源，及時(shí)展開(kāi)搶修。

2、機(jī)泵監(jiān)視系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)是安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)功能必不可缺的一項(xiàng)。機(jī)泵監(jiān)視環(huán)節(jié)主要是對(duì)輸送過(guò)程中的壓力參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備的運(yùn)算可以判斷現(xiàn)場(chǎng)是否存在泄漏情況，動(dòng)力供應(yīng)能否滿足石油輸送需求。反饋數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)隱患一直是長(zhǎng)輸管道運(yùn)營(yíng)中的重點(diǎn)防護(hù)對(duì)象，安全儀表系統(tǒng)通過(guò)探測(cè)裝置來(lái)感知傳送環(huán)節(jié)的溫度異常，并配合控制模塊執(zhí)行指令。起火后產(chǎn)生的煙霧與周?chē)h(huán)境溫度變化被捕捉到后系統(tǒng)會(huì)判斷是否屬于火災(zāi)事故，確定后警報(bào)會(huì)響起，通知工作人員開(kāi)展應(yīng)急措施。報(bào)警系統(tǒng)還包含一部分人工操作項(xiàng)目，但不會(huì)對(duì)整體生產(chǎn)安全造成影響，技術(shù)工人在對(duì)輸送管線進(jìn)行排除時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患也可手動(dòng)按下報(bào)警裝置。

4、火氣報(bào)警系統(tǒng)

室內(nèi)工藝裝置區(qū)內(nèi)安裝可燃?xì)怏w檢測(cè)儀表，在站控室儀表盤(pán)上安裝可燃?xì)怏w報(bào)警器，顯示可燃?xì)怏w濃度并報(bào)警，在重要工藝裝置區(qū)內(nèi)安裝防爆聲光報(bào)警警笛，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到報(bào)警值時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)，同時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出聲光報(bào)警，提醒操作人員，如果其濃度繼續(xù)上升達(dá)到一定水平時(shí)，站控系統(tǒng)超高限報(bào)警并停通風(fēng)機(jī)，這時(shí)操作人員緊急停運(yùn)所有正在運(yùn)行的輸油泵機(jī)組。

5、安全儀表系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)的關(guān)系

數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)與安全儀表設(shè)計(jì)結(jié)合后在使用功能方面更加完善，儀表運(yùn)轉(zhuǎn)由自動(dòng)化技術(shù)控制，下面將以框圖的形式對(duì)功能實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行講解，幫助讀者明確運(yùn)行流程。

火災(zāi)報(bào)警是在感知到煙霧與溫度異常時(shí)發(fā)出的，在信息傳輸環(huán)節(jié)要求嚴(yán)格，以電磁波信號(hào)的形式進(jìn)行。由圖可知報(bào)警系統(tǒng)與信息傳送裝置共同構(gòu)成了安全儀表火災(zāi)報(bào)警模塊。

三、安全儀表系統(tǒng)檢測(cè)儀表設(shè)計(jì)

1、安全儀表系統(tǒng)執(zhí)行器設(shè)計(jì)

為了保證安全儀表系統(tǒng)的可靠性，采用高可靠度的電液聯(lián)動(dòng)球閥，該閥行程時(shí)間為20-100s，其行程時(shí)間可根據(jù)要求調(diào)整，而一般電動(dòng)閥行程時(shí)間為120～300s，當(dāng)接收到安全儀表系統(tǒng)指令時(shí)，該閥能進(jìn)行快速開(kāi)關(guān)；該閥還設(shè)有儲(chǔ)能器，保證在該閥掉電時(shí)，能夠完成一次操作。

2、安全儀表系統(tǒng)傳輸電纜設(shè)計(jì)

為了保證系統(tǒng)的安全，安全儀表系統(tǒng)的信號(hào)電纜、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)總線均采用隔熱隔火的阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣聚乙烯護(hù)套銅絲編織屏蔽控制電纜。

3、安全儀表系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：模擬量智能化、全總線制、聯(lián)動(dòng)型、局域網(wǎng)絡(luò)化。系統(tǒng)采用全總線通信技術(shù)，報(bào)警與聯(lián)動(dòng)制共線，可通過(guò)CAN總線將多臺(tái)控制器聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成火災(zāi)報(bào)警控制局域網(wǎng)系統(tǒng)。報(bào)警器除了接收火氣檢測(cè)儀表的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)外，還能輸出4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和接點(diǎn)輸出信號(hào)接入SCADA系統(tǒng)。

4、安全儀表系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)，安全儀表控制系統(tǒng)的輸出至執(zhí)行元件(電磁閥或電氣設(shè)備)之間的環(huán)節(jié)盡可能少。安全儀表系統(tǒng)控制系統(tǒng)輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)為常閉(NC)信號(hào)，使得電磁閥處于常帶電(勵(lì)磁)狀態(tài)，保證故障時(shí)電磁閥失電(非勵(lì)磁)，相應(yīng)安全保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行，使受控設(shè)備處于安全狀態(tài)。

小結(jié)

安全性成為衡量現(xiàn)代工業(yè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，安全儀表系統(tǒng)也必將在國(guó)民生產(chǎn)和現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。本文介紹的長(zhǎng)輸管道安全儀表系統(tǒng)，從各個(gè)方面闡述了提高安全儀表系統(tǒng)安全可靠性的要點(diǎn)，對(duì)長(zhǎng)輸管道安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)具有一定的借鑒作用。

[1]郭曉瑛,路艷斌,鄭娟.國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)輸管道SCADA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2011(02).

[2]朱喜平,張來(lái)斌,梁偉.長(zhǎng)輸管道壓氣站安全儀表系統(tǒng)[J].油氣田地面工程,2014(06).