軌道球閥順序控制改造在天然氣液化裝置中的應(yīng)用研究

趙杰 陳延龍

陜西延長石油天然氣股份有限公司 陜西 延安 716000

1 概述

天然氣液化裝置中脫水塔是凈化單元核心設(shè)備，脫水系統(tǒng)主要由2臺(tái)脫水塔（分子篩干燥器）、一臺(tái)再生氣空冷器、一臺(tái)再生氣水冷器、一臺(tái)再生氣脫水加熱爐、一臺(tái)再生氣分離器、一臺(tái)脫水粉塵過濾器、 2臺(tái)再生氣壓縮機(jī)組成。兩臺(tái)脫水塔通過軌道球閥開關(guān)實(shí)現(xiàn)切換使用，一臺(tái)吸附，一臺(tái)再生，交替使用。因此在切換中要按照順序人工手動(dòng)開關(guān)閥門，若在切換過程中出現(xiàn)閥門開關(guān)誤操作，會(huì)引起高壓竄低壓的發(fā)生，導(dǎo)致安全閥啟跳、損壞設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爆炸等事故的發(fā)生，通過技術(shù)改造可以從根源上避免以上事件的發(fā)生。

2 軌道球閥順序鎖定控制系統(tǒng)改造背景及措施

安塞站采用變溫變壓吸附法脫除天然氣中的水分，變溫變壓吸附脫水采用2臺(tái)脫水塔，一臺(tái)加熱器、一臺(tái)冷卻器、一臺(tái)氣液分離器和15臺(tái)程序控制閥的組合，本系統(tǒng)設(shè)備多、操作復(fù)雜、壓力變化頻繁，2臺(tái)脫水塔每8h需變壓切換一次，每次切換要按照順序開關(guān)閥門，如果在切換過程中出現(xiàn)閥門開關(guān)誤操作[1]，就能引起高壓竄低壓事件的發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致安全閥啟跳、損壞設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爆炸等事故的發(fā)生。

安塞站采用的兩塔天然氣干燥工藝，脫水系統(tǒng)的循環(huán)周期是根據(jù)實(shí)際操作條件結(jié)合設(shè)備尺寸、初次干燥劑裝填量及使用壽命綜合考慮后確定的一個(gè)固定時(shí)間，安塞站吸附在線時(shí)間為8h，再生時(shí)間8h（泄壓0.5h、熱吹3.5h、冷吹3.5h、充壓0.5h），即約 16h完成1個(gè)完整的循環(huán)。脫水塔切換需要?jiǎng)幼?5個(gè)閥門進(jìn)行切換操作，閥門的動(dòng)作可以實(shí)現(xiàn)通過可編程邏輯控制（PLC）進(jìn)行控制，正常的生產(chǎn)過程中通過 PLC順控程序完成在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間依照正確的順序控制閥門動(dòng)作，不需要操作人員親自動(dòng)手，但是PLC順控程序系統(tǒng)中沒有溫度、壓力和閥位的聯(lián)鎖，需要操作人員嚴(yán)密監(jiān)視操作順序，避免錯(cuò)誤發(fā)生。在實(shí)際生產(chǎn)中因切換中主要針對再生溫度進(jìn)行切換，同時(shí)主要的工藝參數(shù)如循環(huán)時(shí)間、吸附及再生溫度、再生氣量等之間都是互相關(guān)聯(lián)的，切換操作條件需要綜合考慮，故在實(shí)際生產(chǎn)中未采用PLC順控程序[2]。

實(shí)際生產(chǎn)中脫水塔切換需要操作人員手動(dòng)控制閥門動(dòng)作，為避免操作人員誤操作，通過現(xiàn)場實(shí)際結(jié)合理論，確定對脫水塔軌道球閥控制方式進(jìn)行改造，完成改造可以為安全操作及工藝參數(shù)的優(yōu)化提供有力的保障，具體改造措施如下：

①脫水塔需操作的軌道球閥及控制閥實(shí)現(xiàn)順序控制安全鎖定功能，所有閥門按照預(yù)設(shè)順序逐步手動(dòng)確認(rèn)閥門開關(guān)，受安全鎖定功能限制，脫水塔切換中每個(gè)步驟除需要?jiǎng)幼鏖y門外其余閥門均處于鎖定狀態(tài)，即使發(fā)出開關(guān)操作信號(hào)也無法動(dòng)作。操作需動(dòng)作閥門時(shí)，必須在確認(rèn)相關(guān)工藝參數(shù)達(dá)標(biāo)的情況下點(diǎn)擊步驟確認(rèn)鍵后，該閥門才具備開關(guān)條件；

②脫水塔順序控制程序在正常投用時(shí)處于鎖定狀態(tài)，除預(yù)設(shè)步驟正確閥門可以動(dòng)作外，其余閥門均無法執(zhí)行開關(guān)操作，但是在裝置啟停機(jī)、非正常工況時(shí)需進(jìn)行應(yīng)急操作，此時(shí)就要求順序控制安全鎖定程序可隨時(shí)解除，從而達(dá)到特殊操作要求，裝置正常后順序控制程序投用，需要按照現(xiàn)有閥門開關(guān)狀態(tài)及步驟繼續(xù)執(zhí)行程序；

③脫水塔順序控制安全鎖定程序權(quán)限：

A.單純控制閥門開關(guān)先后順序的邏輯關(guān)系；

B.預(yù)設(shè)步驟人工確定后響應(yīng)回饋功能；

C.閥門操作控制權(quán)限的控制；

D.程序不可具備直接開關(guān)閥門權(quán)限；

E.閥門開關(guān)只接受符合預(yù)設(shè)順序且步驟確認(rèn)鍵得到反饋后，人工輸出的閥門開關(guān)信號(hào)。

圖1 安塞站脫水塔切換順序控制邏輯圖

3 脫水塔切換標(biāo)準(zhǔn)化操作

標(biāo)準(zhǔn)化操作流程就是把某個(gè)操作的詳細(xì)步驟做規(guī)范化處理，這個(gè)處理是對過程的細(xì)化、量化和最優(yōu)化，這樣使得事情的發(fā)展和操作有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以參照，大家也對這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都能理解，不存在歧義[2]。

標(biāo)準(zhǔn)化操作流程一般都不是單獨(dú)存在，都是依附于統(tǒng)一的整體，本次編制的《脫水塔切換標(biāo)準(zhǔn)化操作方案》也與裝置脫碳、液化、公用單元相互關(guān)聯(lián)的，都是一個(gè)大的整體，彼此之間都存在密切聯(lián)系，都有著不可取代的位置[3]。所以，針對標(biāo)準(zhǔn)化操作流程來說，是以整套體系存在的，而且每個(gè)操作步驟的量化和規(guī)范必有詳細(xì)的要求，才能將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化操作全面推廣使用。

安塞站鑒于目前操作工流動(dòng)性較大，操作水平參差不齊，針對因操作工誤操作導(dǎo)致的非計(jì)劃停工等事件，通過對軌道球閥的開關(guān)順序、開度大小、開關(guān)時(shí)間、閥門鎖定等方面著手，從討論會(huì)到項(xiàng)目立項(xiàng)、公司審批到技改項(xiàng)目實(shí)施，歷時(shí)2個(gè)月軌道球閥順序控制技改項(xiàng)目及《脫水塔切換標(biāo)準(zhǔn)化操作方案》全部完成、且達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

目前已開始在安塞站范圍內(nèi)推廣學(xué)習(xí)《脫水塔切換標(biāo)準(zhǔn)化操作方案》，并且通過一年多的實(shí)際使用，軌道球閥順序控制安全鎖定系統(tǒng)改造效果顯著，自使用以來，未發(fā)生一起因人為誤操作而引發(fā)的生產(chǎn)安全事件。

4 控制程序改造的意義

對于LNG工廠來說，安全生產(chǎn)決定了工廠的生死存亡，工廠的安全責(zé)任也非常重大。如何規(guī)避安全事故，確保安全生產(chǎn)，按照“行為的失誤一定程度上是事故（事件）出現(xiàn)端倪的根本原因”的安全管理理論，規(guī)避事故的前提是杜絕人的失誤性行為。而在實(shí)際生產(chǎn)中操作人員的行為主要體現(xiàn)在對裝置的操作以及出現(xiàn)問題后的處理方式。雖然事故的發(fā)生與人、物以及環(huán)境等因素均有緣由，但根據(jù)實(shí)際案例發(fā)現(xiàn)，根本原因還是由于人的失誤和物的缺陷，安塞站本次實(shí)施的軌道球閥順序控制安全鎖定技術(shù)改造，從以下幾方面將裝置中人的失誤和物的缺陷從根源上解決。

4.1 避免違反操作規(guī)程

違反操作規(guī)程很明確的反映在具體操作流程以及方式方法上，對LNG工廠來說，廠區(qū)內(nèi)部大部分操作方法和作業(yè)程序是固定不變的，是操作規(guī)程要求的，但是現(xiàn)場操作在長期的實(shí)踐過程中形成的操作習(xí)慣。當(dāng)這種“操作習(xí)慣”確定下來以后，就會(huì)產(chǎn)生一種心理慣性。使人的行為不由自主地沿著“習(xí)慣”的軌道作出判斷及操作。因此，一旦因裝置的特殊工況或人員的失誤都能造成相關(guān)操作違反作業(yè)流程與規(guī)范，勢必會(huì)影響到工廠安全與裝置平穩(wěn)運(yùn)行，在裝置中運(yùn)用順序控制安全鎖定程序后，在任何情況下違反操作規(guī)程的操作都是無效的，也無法進(jìn)入下一步驟的工藝環(huán)節(jié)，有效降低安全事故發(fā)生的概率。

4.2 避免應(yīng)激狀態(tài)時(shí)誤操作

操作者在正常的生產(chǎn)作業(yè)過程中突然面臨著極為危險(xiǎn)的情形，某些情形下會(huì)憑借著自身機(jī)能條件式反射從而導(dǎo)致誤操作，某些時(shí)候也難免通過無意間判斷，也就是憑直覺性反映出現(xiàn)的剎那間行為，因而對于控制事故的作用不強(qiáng)。比如，LNG工廠中管道泄漏起火后，操作人員在緊急狀態(tài)下常會(huì)采取撲滅火勢的應(yīng)急措施，而忘記應(yīng)“先關(guān)閉泄漏點(diǎn)前端閥門切斷氣源，若無法關(guān)閉時(shí)可保持穩(wěn)定的燃燒”這一應(yīng)急操作要點(diǎn)，可燃?xì)馊栽谛孤r(shí)盲目滅火，可能會(huì)導(dǎo)致可燃混合氣爆炸險(xiǎn)情，因此，在投用順序控制安全鎖定程序后，必須針對性的進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)與演練，將可能發(fā)生的事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和預(yù)判，把隱患扼殺在萌芽階段。

4.3 避免臨場動(dòng)作錯(cuò)誤

因操作人員技術(shù)性失誤進(jìn)而導(dǎo)致的事故時(shí)有發(fā)現(xiàn)，在起因上看也多是源于操作者自身的疏漏及裝置設(shè)計(jì)中的一些缺陷。安塞站裝置存在諸多類似閥門、位置為一字排列的現(xiàn)象，典型實(shí)例為冷箱底部放空閥，容易使操作人員開關(guān)閥門時(shí)誤操作；中央控制室內(nèi)集散控制系統(tǒng)（DCS）也存在類似問題，脫水塔軌道球閥位號(hào)相似、位置相近，極易造成誤操作。這樣的操作失誤在原因上看來具有非常普遍的不確定因素，倘若深究的話不難看出正是在工程設(shè)計(jì)方面的漏洞才使得相關(guān)閥門存在諸多問題隱患。因此，安塞站在現(xiàn)場給每個(gè)閥門、儀表、開關(guān)做好標(biāo)識(shí)，且通過對DCS系統(tǒng)進(jìn)行順序控制安全鎖定程序改造，使操作人員能夠準(zhǔn)確地根據(jù)標(biāo)識(shí)、位號(hào)及順控系統(tǒng)做好相關(guān)操作的判斷，從根源上杜絕此類事故發(fā)生。

4.4 避免疲勞情況下的失控

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，操作人員難免會(huì)因?yàn)殚L時(shí)間在崗而產(chǎn)生疲勞感，此時(shí)的生理乃至心理狀況都非常難以自我掌控，皆處于極度不平穩(wěn)態(tài)勢，尤其是一些感官方面敏感度降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生幻覺，有些肢體動(dòng)作上會(huì)發(fā)生紊亂及準(zhǔn)確度降低的情況。鑒于以上情況，就能夠理解到為什么疲勞會(huì)加劇事故的發(fā)生概率。

有效降低由疲勞引起的失誤，主要從兩方面著手。一方面是減輕操作人員的工作強(qiáng)度，根據(jù)出勤時(shí)間段合理安排工作量，逐步緩解、減輕對于操作人員工作的任務(wù)量要求，舒緩壓力及精神上的負(fù)擔(dān)；另一方面從技術(shù)策略上，要更多地運(yùn)用自動(dòng)化、機(jī)械式的操作及保護(hù)程序取，最大程度上避免因疲勞引起的誤操作。通過本次軌道球閥順序鎖定控制程序的改造，主要從技術(shù)策略方面來落實(shí)管理措施，同時(shí)要求科學(xué)配套編制相關(guān)作業(yè)規(guī)范，生產(chǎn)過程中建立合理均衡的人員配置以及嚴(yán)格謹(jǐn)慎制定工作作息制度，合理控制上崗時(shí)間，有效降低誤操作發(fā)生的概率。

4.5 避免異常狀態(tài)下的失誤

裝置發(fā)生緊急狀況時(shí)的操作環(huán)境與正常狀態(tài)差別較大，難免讓相關(guān)人員遭受刺激，不同性格的人員會(huì)產(chǎn)生明顯變化，具體的反映出喜怒哀樂緊張等負(fù)面情緒。與此同時(shí)也要兼顧到人的失常心理，面臨諸如此類的現(xiàn)象，突出表現(xiàn)在不良的情緒刺激之下，許多操作人員所獲得的信息乃至是分析處理能力銳減，相關(guān)判斷能力也隨之降低，本身所具有的理性約束力不復(fù)存在，由此存在諸多行為性錯(cuò)誤[5]。然而通過軌道球閥順控程序技改以及對操作人員應(yīng)急培訓(xùn)強(qiáng)度的增加為基礎(chǔ)，并且在相關(guān)操作流程方面的逐步熟練以及經(jīng)驗(yàn)的逐漸積累，那些因情緒失控所導(dǎo)致的失誤就能極大程度的降低。

5 結(jié)束語

綜上所述，提升現(xiàn)場操作安全的重點(diǎn)，必須仔細(xì)分析誘發(fā)不安全性操作的誘因，轉(zhuǎn)變在生產(chǎn)安全方面的監(jiān)督與督促模式，通過技改革新相關(guān)不合理的操作方式，從根本上解決問題。本次技改項(xiàng)目完成后，脫水塔切換過程中即使在選擇開關(guān)閥門錯(cuò)誤的情況下給出信號(hào)，也會(huì)因順序控制程序的保護(hù)，該閥門不會(huì)動(dòng)作，需要給正確閥門發(fā)出信號(hào)后才會(huì)動(dòng)作，同時(shí)采用了人工操作確認(rèn)、順序邏輯保護(hù)的功能，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)雙向保護(hù)機(jī)制。同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中通過制定標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程及加強(qiáng)培訓(xùn)實(shí)現(xiàn)了“培訓(xùn)支撐實(shí)操、實(shí)操完善培訓(xùn)”的目的，將軌道球閥技改作用發(fā)揮到最大程度，從根本上杜絕了因人為誤操作導(dǎo)致的事故，實(shí)現(xiàn)裝置安全長周期平穩(wěn)運(yùn)行的目標(biāo)。