張曉龍

（大慶油田有限責任公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

在天然氣管道壓氣站運行中，安全儀表系統(tǒng)發(fā)揮著至關重要的作用，可以有效檢測裝置中發(fā)生的多種異常動作，維護天然氣管道系統(tǒng)運行安全與穩(wěn)定。為此，需要結合天然氣管道實際運行需求，合理設計安全儀表系統(tǒng)，并科學地在天然氣管道壓氣站對安全儀表系統(tǒng)進行應用，在系統(tǒng)作用發(fā)揮下維護天然氣管道壓氣站正常、安全、穩(wěn)定地運行。

1 天然氣管道壓氣站的工藝系統(tǒng)特點

天然氣管道壓氣站其工藝系統(tǒng)主要體現(xiàn)出六大特點。

（1）地域性。正常情況下，天然氣管線對應壓氣首站會和上游井場保持比較近的距離，這種情況下，管線會具有非常大的進氣量，一旦突發(fā)安全事故，很容易導致上游井場發(fā)生超壓問題，進而造成機組喘振或者管線爆管以及停機等會對機組產(chǎn)生較大損害并影響終端生產(chǎn)運行的問題。

（2）工藝流程具有高度復雜性。壓氣站涉及的工藝管線非常多，同時，工藝管線中會輸送不同的介質，還會涉及進站、出站、清管、氣體分離凈化等相關工藝流程，這種復雜性高的工藝流程進一步使壓氣站擴大了風險發(fā)生概率。

（3）分布多樣化的設備。因為壓氣站具有非常復雜的工藝流程，這直接決定了各項執(zhí)行設備與檢測設備會保持一定多樣性，其中，以機組為目標設置的相應檢測控制設備就涵蓋了壓縮機設備檢測控制、機組振動檢測設備、機組安全檢測以及執(zhí)行元件、機組進出口閥門設備、動力設備檢測控制。

（4）具有非常復雜的控制系統(tǒng)。壓氣站涉及的控制系統(tǒng)主要涵蓋了動力控制、機組控制、振動檢測等多種手段和種類，不同系統(tǒng)都包含獨立控制方式，使得系統(tǒng)復雜度進一步增加。

（5）管線具有非常高的壓力，并且分布有大量密閉空間。因為壓氣站的進站與出站相關管線保持較高壓力，而壓縮機廠房都設置是密閉空間，這就使得風險發(fā)生概率進一步增加。

（6）風險監(jiān)測點保持分散布局。因為壓氣站具有非常復雜的工藝流程，并且分布設備多樣化，這就使得站內分布有數(shù)量較多的風險監(jiān)測點，相應監(jiān)測點分布較為分散。為了保證壓氣站安全穩(wěn)定的運行，急需設計一套具有完善的功能，并且具有較高安全性、有效性的安全儀表系統(tǒng)，相關系統(tǒng)還要符合壓氣站運行特點要求。

2 天然氣管道壓氣站安全儀表系統(tǒng)的應用

將安全儀表系統(tǒng)應用于天然氣管道壓氣站，主要涉及到6大應用層面。

2.1 系統(tǒng)功能設計

基于天然氣管道壓氣站提出的安全需求等級，一般情況下，按照由低至高的順序在天然氣壓氣站當中實現(xiàn)4等級安全功能設計：

第一等級，設備單體能夠實現(xiàn)緊急停車。在安全儀表系統(tǒng)應用中，站內分布的大量獨立設備均要保證可單獨實現(xiàn)緊急停車，以此確保有效的隔離風險，并使安全系統(tǒng)具有更高可用性。對于壓縮機組的設計，要求每臺單獨的壓縮機組需要獨立配套設置ESD系統(tǒng)，針對單機組實現(xiàn)ESD；針對氣液聯(lián)動閥門，要盡量在工藝流程相應入口以及出口安裝氣液聯(lián)動閥門，或者在符合安全儀表需求情況下，在合適的工藝流程部位安裝液氣聯(lián)動閥門，將其當作安全儀表系統(tǒng)具體執(zhí)行機構，發(fā)揮安全緊急截斷功能。

在閥門設計環(huán)節(jié)，要保證其具備失效安全功能；針對安全截斷閥，主要將安全截斷閥安裝于調壓設備前，還可以安裝于高低壓連接部位，一旦下游出現(xiàn)高壓情況，能夠緊急截斷。同時，安全截斷閥還可對安全儀表系統(tǒng)中分布的ESD信號進行接收，同時，其自身也要具備壓力超高自截斷功能，進一步保證安全；針對氣動放空閥，主要是為了快速地將閥門打開，盡快放空管內天然氣。氣動放空閥需要對安全儀表系統(tǒng)中的ESD信號進行接收，并且針對閥門設計期間要保證其具備失效安全功能。

第二等級，站場內部要實現(xiàn)區(qū)域化的緊急停車。壓氣站中的安全儀表系統(tǒng)在實際應用中，要針對壓氣站做好區(qū)域劃分工作，并對工藝流程區(qū)、循環(huán)水區(qū)、分輸調壓區(qū)、空冷區(qū)壓縮機組區(qū)等各保持獨立設計的相應區(qū)域進行緊急停車功能的設置，一旦獨立區(qū)域提出了安全需求，就要及時針對相應區(qū)域實現(xiàn)緊急停車放空，以有效將相應風險區(qū)域進行隔離，避免影響其他壓氣站供應區(qū)域。

第三等級，站場要能夠實現(xiàn)功能化的緊急停車。壓氣站應用安全儀表系統(tǒng)期間，要針對控制系統(tǒng)合理劃分邏輯功能，結合壓氣站相關功能進行對應安全功能需求的設置。如果壓氣站提出多種差異化工藝需求，需要控制系統(tǒng)能夠對相關安全需求進行響應。針對壓氣站的出站超壓ESD，要注意將壓力變送器設置于壓氣站出站管線部位，設置數(shù)量為3個，同時，要在壓力變送器當中實現(xiàn)3選2比較，若是三個壓力變送器當中有任意2個高出設定值，要在2秒延時之后觸動超壓ESD；針對分數(shù)用戶的出站超壓ESD，要注意將壓力變送器設置于分輸用戶相應出站管線部位，設置數(shù)量為3個，并同步對相應壓力變送器實現(xiàn)3選2對比，若是3個壓力變送器中有任意2個其壓力高于設定值，在實現(xiàn)2秒延時后觸動分輸用戶的ESD，同時，安全儀表系統(tǒng)要針對分輸管線執(zhí)行緊急關閉以及放空；針對火器系統(tǒng)的報警ESD，要注意聯(lián)合控制壓氣站的安全儀表系統(tǒng)以及壓縮機火氣系統(tǒng)，同時，將火氣系統(tǒng)當作檢測系統(tǒng)，運行期間向安全儀表系統(tǒng)中傳輸火氣報警信號，在安全儀表系統(tǒng)實現(xiàn)邏輯判斷后，經(jīng)過一定延遲觸動壓縮機組對應ESD。

第四等級，要在全站內實現(xiàn)緊急停車。壓氣站應用安全儀表系統(tǒng)期間要實現(xiàn)全站緊急停車功能，需要由人工實現(xiàn)觸發(fā)，不對連鎖邏輯等相關觸發(fā)條件進行設置。站內全部安全儀表系統(tǒng)涉及的相應設備均執(zhí)行ESD。

2.2 系統(tǒng)檢測元件

將安全儀表系統(tǒng)應用于壓氣站要設置急停開關，并且全部急停開關在設計環(huán)節(jié)，其相應觸發(fā)方式要具備帶回路診斷功能。如果急停開關到安全儀表系統(tǒng)之間的電纜發(fā)生短路或開路情況，安全儀表系統(tǒng)會發(fā)出回路故障相關診斷報警。

2.3 邏輯元件設計

設計環(huán)節(jié)，所有邏輯元件均要保持獨立配置，并且保持冗余配制，應用容錯技術，同步實現(xiàn)模塊化設計，處理器要和控制系統(tǒng)相關LAN分別保持相互連接。另外，控制器模板屬于帶電且能夠插拔型的模板，每塊模板必須具備自診斷功能。

2.4 系統(tǒng)執(zhí)行元件設計

系統(tǒng)中，I/O卡件均要能夠鑒別出信號出錯和卡件故障，同步要帶有處理功能。另外，輸出卡件需要設計光電隔離功能，同時，要可以帶電熱插拔。輸出端、輸入端都需要具備自動診斷功能，可以自動識別其與設備或現(xiàn)場儀表出現(xiàn)的連接斷路或短路情況，同步發(fā)出報警信息。

2.5 系統(tǒng)功能設計

在安全儀表系統(tǒng)應用期間，須具備系統(tǒng)中運行的相關事件順序記錄器。相應記錄器可以對安全儀表系統(tǒng)中邏輯控制器具體系統(tǒng)狀態(tài)信息、報警信息以及系統(tǒng)診斷信息實現(xiàn)自動記錄，同步記錄系統(tǒng)全部動作過程。

2.6 系統(tǒng)旁路功能

在安全儀表系統(tǒng)應用期間，系統(tǒng)旁路功能要涉及系統(tǒng)旁路、輸出旁路以及輸入旁路。

目前，安全儀表系統(tǒng)在天然氣管道壓氣站中的應用，安全儀表功能具體回路識別以及定級在我國的普及程度尚不如國外，并且在設計以及集成環(huán)節(jié)很少進行回路辨識以及定級，這是目前系統(tǒng)應用中存在的突出問題，需要后續(xù)針對此類現(xiàn)象加大研究和創(chuàng)新力度。

3 結語

近年來，我國生產(chǎn)建設越來越關注建立生產(chǎn)安全監(jiān)督體系，安全儀表系統(tǒng)也已經(jīng)廣泛應用到了石油化工等相關流程工業(yè)領域。在天然氣管道壓氣站應用安全儀表系統(tǒng)，有助于現(xiàn)場工程人員動態(tài)掌握安全儀表系統(tǒng)具體運行情況，有針對性地加強系統(tǒng)使用和維護。為了充分發(fā)揮安全儀表系統(tǒng)在天然氣管道壓氣站中的應用價值，需要相關管理及應用部門深入了解系統(tǒng)相關理論以及現(xiàn)場投運實際情況，掌握工程應用期間存在的突出問題，及時采取有效策略進行解決并優(yōu)化設計，保證天然氣管道運行更加安全與可靠。