移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)

景海龍 李朋波

[摘? ? 要]文章分析移動(dòng)LNG加注撬的控制系統(tǒng)的應(yīng)用。根據(jù)要求，結(jié)合水運(yùn)領(lǐng)域的移動(dòng)LNG加注撬應(yīng)用，移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)對(duì)低溫真空泵池的低溫潛液泵進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)潛液泵出口LNG流量。防爆UPS柜、防爆PLC柜的設(shè)計(jì)，防爆柜降溫設(shè)計(jì)，線路的設(shè)計(jì)及組成。該系統(tǒng)為移動(dòng)LNG加注撬的安全可靠運(yùn)行提供了安全保障。

[關(guān)鍵詞]LNG;移動(dòng)LNG加注撬;防爆UPS柜

[中圖分類號(hào)]TE988 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–000–02

Discussion on the Control System of Mobile LNG Bunkering Skid

Jing Hai-long， Li Peng-bo

[Abstract]The article analyzes the application of the control system of the mobile LNG bunkering skid. According to requirements， combined with the application of mobile LNG bunkering skids in the field of water transportation， the mobile LNG bunkering skid control system controls the cryogenic submersible pump in the cryogenic vacuum pump pool and regulates the LNG flow rate at the outlet of the submersible pump. Design of explosion-proof UPS cabinet， explosion-proof PLC cabinet， cooling design of explosion-proof cabinet， design and composition of circuit. This system provides a safety guarantee for the safe and reliable operation of the mobile LNG bunkering skid.

[Keywords]LNG; mobile LNG filling skid; explosion-proof UPS cabinet

1 概述

壓縮天然氣LNG作為地球上最干凈的石化能源其使用越來(lái)越廣，由于LNG的易燃、易爆以及低溫的特性，LNG的加注相對(duì)固定，但是對(duì)于一些不方便建設(shè)大型加注站的地方，移動(dòng)式LNG加注撬的建設(shè)成為一種便利的方式，而移動(dòng)LNG加注撬的自動(dòng)化控制能夠最大限度地減少危險(xiǎn)。

2 移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)

移動(dòng)LNG加注撬包括以下幾個(gè)部分：卸車增壓器、潛液泵及泵池、控制柜、流量計(jì)、EAG加熱器、車船用干式快速接頭、照明系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)、燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)、儀表風(fēng)系統(tǒng)、卸車加注管路（液相管路應(yīng)為真空管）、放散管路。卸車區(qū)，通過(guò)增壓器進(jìn)行LNG槽車液化天然氣卸車;儀表風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的氮?dú)馄繛榧幼⑶嗽鰤?低溫潛液泵，為加注口提供液化天然氣;加注口，為車輛船只進(jìn)行加注LNG液體。卸車區(qū)主要監(jiān)視槽車的卸車壓力、溫度以及槽車罐內(nèi)壓力，保證卸車過(guò)程的安全;儀表風(fēng)系統(tǒng)主要根據(jù)加注撬的壓力情況提供閥門動(dòng)作等的足夠壓力，保證加注撬工作正常;低溫潛液泵是移動(dòng)LNG加注撬的核心設(shè)備，該泵位于真空泵池。真空泵池的溫度、壓力、液位和低溫潛液泵出口壓力是LNG加注中非常重要的參數(shù)，對(duì)這些重要參數(shù)的監(jiān)控能夠確保LNG移動(dòng)加注撬的安全。

移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)是一套獨(dú)立的PLC系統(tǒng)。該系統(tǒng)監(jiān)視卸車區(qū)的壓力、溫度、槽車壓力，儀表風(fēng)系統(tǒng)的壓力，加注口的壓力以及真空泵池的溫度、壓力、液位以及低溫潛液泵的出口壓力，同時(shí)還要監(jiān)視整個(gè)加注撬的供電系統(tǒng)電力供給情況。在正常情況下，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的重要參數(shù)，根據(jù)加注設(shè)備的情況打開和關(guān)閉相應(yīng)的氣動(dòng)閥門并調(diào)節(jié)低溫潛液泵的流速。本系統(tǒng)可人為對(duì)閥門、潛液泵等設(shè)備進(jìn)行操作，也可以根據(jù)不同的設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)不同加注設(shè)備自動(dòng)控制閥門打開關(guān)閉和潛液泵出口LNG的流速，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。為了保證加注過(guò)程的安全，在緊急情況下可通過(guò)ESD系統(tǒng)緊急停止加注。

為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)的可移動(dòng)性，其PLC控制系統(tǒng)的控制柜和供電系統(tǒng)的配電柜均需要安裝在加注撬旁邊，所以PLC控制柜和配電柜均采用防爆柜。移動(dòng)LNG加注撬由防爆現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程操作控制柜、防爆UPS配電柜、通信網(wǎng)絡(luò)以及重要的現(xiàn)場(chǎng)儀表組成。在移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)建設(shè)時(shí)需要考慮的主要問(wèn)題也很多，如防爆控制柜、防爆UPS配電柜的散熱、現(xiàn)場(chǎng)操作和遠(yuǎn)程操作的連接的設(shè)計(jì)等，如圖1所示。

3 移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)的應(yīng)用

高速路建設(shè)中建立了非常多的LNG加氣站，但是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和水運(yùn)領(lǐng)域建設(shè)LNG加氣站就顯得不太現(xiàn)實(shí)，所以移動(dòng)LNG加注撬可為偏遠(yuǎn)地區(qū)和水運(yùn)領(lǐng)域的LNG加氣提供了便利?？刂葡到y(tǒng)建立在加注撬邊屬于防爆區(qū)域;加注值班人員生活在非防爆區(qū)域，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)系到動(dòng)力、監(jiān)視、現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

3.1 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)的供電系統(tǒng)采用需要根據(jù)不同設(shè)備類型提供不同的供電電源。移動(dòng)LNG加注撬邊設(shè)立防爆的配電柜，防爆配電柜內(nèi)安裝有雙電源開關(guān)，具備正常供電和發(fā)電機(jī)供電相互切換功能;為了避免在加注過(guò)程中，停電造成的加注中斷問(wèn)題，設(shè)計(jì)的防爆配電柜中還設(shè)有UPS供電系統(tǒng)。

由于防爆配電柜的密封性會(huì)使防爆配電柜內(nèi)的溫度回急劇攀升，影響UPS和電池的使用壽命，同時(shí)電池在高溫下還具有安全隱患。因此，為了解決防爆配電柜溫度問(wèn)題，設(shè)計(jì)了兩種新型防爆配電柜，其中一種安裝有防爆空調(diào)的防爆配電柜，但是由于防爆配電柜安裝在加注撬旁，不便于空調(diào)的使用，所以選用第二種設(shè)計(jì)，即防爆配電柜配置進(jìn)出爆風(fēng)機(jī)和防爆風(fēng)道的設(shè)計(jì)。移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控到的防爆配電柜溫濕度，打開或關(guān)閉防爆風(fēng)機(jī)。防爆風(fēng)機(jī)保證了防爆柜內(nèi)壓力為正壓，在安全區(qū)設(shè)置溫度交換設(shè)備，通過(guò)防爆風(fēng)道將防爆配電柜內(nèi)的熱空氣置換到冷空氣溫度設(shè)備，以降低防爆柜內(nèi)溫度。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于供電系統(tǒng)的防爆配電柜和控制系統(tǒng)的防爆配電柜均安裝在加注撬旁，降溫系統(tǒng)將防爆配電柜、防爆控制柜和溫度置換設(shè)備連接成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)整體的溫度平衡。

3.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)是PLC系統(tǒng)和ESD系統(tǒng)的結(jié)合系統(tǒng)。為了保證整個(gè)加注撬控制系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定和顯示控制準(zhǔn)確，需要為其選擇性能優(yōu)越的PLC作為核心控制器，現(xiàn)場(chǎng)的各種儀表精度和質(zhì)量則關(guān)系到采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度，控制命令下達(dá)是否正確，所有加注撬控制系統(tǒng)設(shè)備的性能選擇都非常重要。

PLC系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)低溫真空泵池的壓力、溫度、液位，潛液泵出口壓力，加注液流量進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸給PLC，經(jīng)PLC數(shù)據(jù)計(jì)算后存入PLC中CPU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，由程序?qū)崟r(shí)調(diào)用。這些信號(hào)分別送至監(jiān)控系統(tǒng)和異常處理系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)操作、顯示整個(gè)加注撬系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài);異常處理（保護(hù)、報(bào)警）系統(tǒng)確保加注撬各部分的正常安全運(yùn)行;同時(shí)這些數(shù)據(jù)可通過(guò)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)控操作。當(dāng)沒(méi)有運(yùn)行要求時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)程序判斷自動(dòng)處于“待機(jī)狀態(tài)”。

在進(jìn)行加注作業(yè)時(shí)，通過(guò)控制柜配套的控制盤選定要進(jìn)行的作業(yè)，系統(tǒng)將根據(jù)已編程序輸出控制（執(zhí)行）信號(hào)，實(shí)現(xiàn)流程和設(shè)備運(yùn)行控制。卸車和加注等作業(yè)完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)回到“待機(jī)狀態(tài)”。

當(dāng)設(shè)置在卸車區(qū)、低溫泵組處、加注區(qū)的燃?xì)鈭?bào)警器發(fā)現(xiàn)LNG泄漏時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)緊急切斷閥將自動(dòng)關(guān)閉，在緊急情況下也可以通過(guò)ESD按鈕或在配電柜用開關(guān)將緊急切斷閥手動(dòng)關(guān)閉，起到對(duì)管線設(shè)備的保護(hù)作用。

應(yīng)選擇具有多種通信接口或可編程接口的PLC，由于移動(dòng)LNG加注撬需要經(jīng)常移動(dòng)，同時(shí)監(jiān)控的點(diǎn)數(shù)相對(duì)較少，在PLC的選擇時(shí)選用小型PLC即可?？紤]到可靠性問(wèn)題，一般選擇西門子等大型公司的成熟產(chǎn)品。

控制系統(tǒng)位于防爆場(chǎng)合，現(xiàn)場(chǎng)儀表需要本安或隔爆型，為了保證現(xiàn)場(chǎng)安全，為每個(gè)儀表都配置安全柵，確保現(xiàn)場(chǎng)儀表供電安全;為所有PLC的IO通道還配置了浪涌保護(hù)器，確保了PLC系統(tǒng)的安全。

加注撬控制系統(tǒng)需要通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)的配電柜和設(shè)置在PLC控制系統(tǒng)的觸摸屏來(lái)控制潛液泵和閥門的啟停?？紤]到PLC控制系統(tǒng)需要安裝在加注撬的防爆控制柜，而控制系統(tǒng)采用防爆觸摸屏來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)閥門、泵等;而安全的休息區(qū)則配置非防爆的觸摸屏，與防爆觸摸屏同時(shí)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。非防爆的觸摸屏與防爆控制柜不在一起，屬于分體方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線纜連接實(shí)現(xiàn)控制。

當(dāng)加注撬運(yùn)行出現(xiàn)突發(fā)性故障和嚴(yán)重超出調(diào)控值時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并給予提示，以及采取自動(dòng)緊急停機(jī)保護(hù)等措施。在沒(méi)有操作人員按下報(bào)警解除按鈕之前，無(wú)論是否執(zhí)行停機(jī)命令，系統(tǒng)會(huì)一直保持緊急停機(jī)狀態(tài)。而需要報(bào)警控制的參數(shù)主要有加注撬可燃?xì)怏w報(bào)警器、LNG泵預(yù)冷不足、LNG泵抽空、LNG泵超壓、儀表風(fēng)系統(tǒng)欠壓、泵池液位低等情況發(fā)生時(shí)進(jìn)行急停。

3.3 防爆燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)

LNG屬于易燃易爆液體，LNG如果泄漏將對(duì)周邊的人身和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害，所以燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)也作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)存在。以前，燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)經(jīng)常被融合到自動(dòng)控制系統(tǒng)中，但是現(xiàn)在燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)經(jīng)常被獨(dú)立出來(lái)，但是其數(shù)值卻需要在控制系統(tǒng)上顯示。這樣就形成了兩套相對(duì)獨(dú)立又有依托的系統(tǒng)。

燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)將通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議（MODBUS），將探測(cè)到的燃?xì)庑孤┣闆r傳送到移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)的PLC中，由PLC分析后再觸摸屏上顯示，并產(chǎn)生報(bào)警原因分析報(bào)表。

3.4 通信及接口

移動(dòng)LNG加注撬控制系統(tǒng)中，配置了工業(yè)無(wú)線路由器用于無(wú)線或有線通信方式，將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到公司或其他數(shù)據(jù)匯總的地方，形成分析數(shù)據(jù)依據(jù)。

控制系統(tǒng)配置MODBUS接口、ProfiBus接口和可編程接口，用于連接不同類型的儀表。同時(shí)控制系統(tǒng)根據(jù)工藝流程設(shè)計(jì)專用的生產(chǎn)報(bào)表，包括日?qǐng)?bào)、月報(bào)和決算匯總等報(bào)表。預(yù)留專業(yè)接口為后期擴(kuò)展。

專用電纜通過(guò)專用通道連接現(xiàn)場(chǎng)防爆柜和遠(yuǎn)端操作間，保證控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程都能控制設(shè)備啟停。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著移動(dòng)LNG加注撬的應(yīng)用越來(lái)越廣，安全實(shí)用的控制系統(tǒng)是移動(dòng)LNG加注撬建設(shè)時(shí)非常重要的安全保障，合理的設(shè)計(jì)能夠提高移動(dòng)LNG加注撬的實(shí)用頻率和建設(shè)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃軍，黃相迪，姚三三.Lng箱式橇裝加注裝置流程及控制系統(tǒng).煤氣與熱力，2018，38（10），74-78.