劉加濱,張保存

(1.山東省天然氣管道有限責任公司，山東濟南 250000；2.山東省國實管道天然氣有限公司，山東濟南 250000)

1 引言

輸氣站場作為整個天然氣管輸系統(tǒng)的重要節(jié)點，是保障整個輸氣系統(tǒng)正常運行的關鍵部分[1-3]。濱海分輸站接收上游來氣后，一部分經(jīng)干線緊急關斷閥越站輸往下游的壽光分輸站，一部分經(jīng)過濾分離、計量、調(diào)壓后輸往濱海門站、濰坊門站。濱海分輸站兼具返輸功能，接收壽光分輸站來氣，一部分輸往下游站場，一部分經(jīng)過濾分離、計量、調(diào)壓后輸送濱海門站、濰坊門站。設計壓力8.0MPa，設計輸量為10×108m3/a。

場站自動化程度高，同時涉及高壓、易燃、易爆氣體，一旦輸氣站場發(fā)生事故，都將引發(fā)極其嚴重的后果[4-5]。為保障輸氣站場安全生產(chǎn)、降低生產(chǎn)過程風險，設計一套獨立于控制系統(tǒng)的緊急停車系統(tǒng)(Emergency Shutdown Device)是十分必要的[6-7]。當站場發(fā)生泄漏、火災等事故時，該系統(tǒng)能迅速啟動，切斷氣源，控制和避免事態(tài)發(fā)展[8]。

2 ESD系統(tǒng)組成及供電方式

緊急停車系統(tǒng)一般簡稱ESD系統(tǒng)，其通常由檢測元件、邏輯控制器、執(zhí)行元件、軟件及配套附件（包括電源、輸入/輸出接口、浪涌保護器等）組成[9]。輸氣場站內(nèi)除了檢測工藝管段內(nèi)的壓力、溫度、液位信號，還包括可燃氣體檢測、火焰檢測信號[10]。PLC 軟件系統(tǒng)選用的為Rockwell 公司的logix 500 軟件，硬件模塊有電源模塊、CPU 模塊、通訊模塊、模擬信號I/O模塊、數(shù)字信號I/O模塊，PLC設備實現(xiàn)冗余配置，雙套互為備份，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。ESD系統(tǒng)中執(zhí)行元件主要有，常用的執(zhí)行機構有氣液聯(lián)動執(zhí)行機構、氣動旋塞閥、電磁閥、風機等動力設備[11]。

ESD機柜供電系統(tǒng)實施雙回路冗余供電[12]，當其中一路發(fā)生故障時，可以確保系統(tǒng)可以正常運行，對于非直接進入ESD系統(tǒng)內(nèi)的同級負載，例如機柜內(nèi)照明和散熱風扇回路實行單獨供電，確保互不干擾[13-14]。

3 ESD系統(tǒng)邏輯控制方案

ESD 緊急關斷系統(tǒng)根據(jù)實際工藝需求，分為三級關斷，ESD-1、ESD-2、ESD-3。當關斷啟動后，只有手動復位后才可恢復生產(chǎn)。以濱海站為例，重點探討該系統(tǒng)的邏輯控制過程，濱海站主要流程見圖1。

圖1 濱海站主要流程圖

3.1 ESD-1(一級關斷)

一級關斷為全站泄壓關斷，當站內(nèi)發(fā)生爆炸、火災人工確認后等緊急情況發(fā)生時，為保證站內(nèi)人員和設備安全，需要關閉天然氣分輸站生產(chǎn)流程及輔助流程，并對站內(nèi)管存進行放空操作[15]。一級關斷的觸發(fā)條件為（以下條件為并行條件，滿足其一即可）：1.調(diào)控中心一級關斷命令，2.站場大門一級關斷按鈕，3.綜合樓門口一級關斷按鈕，4.東逃生小門一級關斷按鈕，5.南逃生小門一級關斷按鈕，6.輔操臺一級緊急關斷按鈕。

當觸發(fā)條件滿足時，ESD 控制系統(tǒng)執(zhí)行一級關斷程序段，關閉進站氣液聯(lián)動閥ESDV-102、關閉下游兩用戶出站氣液聯(lián)動閥ESDV-401 ESDV-402、開緊急放空閥BDV-202、BDV-303、BDV-304，當以上各項閥門動作確認完成后，自動切除動力配電箱進線電源，僅保留應急電源，工藝區(qū)聲光報警發(fā)出警報，實現(xiàn)泄壓關斷、站內(nèi)放空。

3.2 ESD-2(二級關斷)

二級關斷為站場次高級關斷，當來氣管段或下游管線爆管等緊急情況發(fā)生時，為配合干管相關工作，需要關閉天然氣分輸站生產(chǎn)流程及輔助流程，但所有放空閥保持關閉，站內(nèi)不放空[16]。觸發(fā)條件為：1.調(diào)控中心二級緊急關斷命令，2.輔助臺二級緊急關斷按鈕。

當觸發(fā)條件滿足時，ESD 控制系統(tǒng)執(zhí)行二級關斷程序段，關閉進站氣液聯(lián)動閥ESDV-102、關閉出站氣液聯(lián)動閥ESDV-401 ESDV-402，工藝區(qū)聲光報警發(fā)出警報，站內(nèi)保壓，不放空。

3.3 ESD-3(三級關斷)

三級關斷為個別故障分輸用戶關斷，既當下游用戶故障經(jīng)人工確認后，需要切斷相應出站支路[17]，觸發(fā)條件為：1.調(diào)控中心濱海門站方向三級關斷命令，2.濱海門站三級緊急關斷按鈕。當觸發(fā)條件滿足時，ESD控制系統(tǒng)執(zhí)行三級關斷程序段，以出站一支路為例，關閉相應支路出站氣液聯(lián)動閥ESDV-401，工藝區(qū)聲光報警發(fā)出警報，實現(xiàn)個別用戶關閉。

3.4 當出站支路壓變?nèi)x二高于設定值時

觸發(fā)分輸支路關斷（以去用戶一出站支路為例），當某一去用戶出站支路壓變?nèi)x二高于4.4Mpa時，觸發(fā)相應分輸支路關斷。觸發(fā)條件：當去用戶一出站支路壓變?nèi)x二高于4.4Mpa。圖2為三選二邏輯判斷子程序。

圖2 出站壓變?nèi)x二高報程序段框圖

當觸發(fā)條件滿足時，ESD控制系統(tǒng)執(zhí)行出站壓變?nèi)x二高報程序段，關閉調(diào)壓一、二支路安全切斷閥，關閉濱海門站氣液聯(lián)動閥。

4 火氣檢測進入ESD系統(tǒng)

在工藝裝置區(qū)、發(fā)電機房、水處理間等可能引起天然氣泄漏處設置可燃氣體探頭，檢測氣體泄漏情況并進行報警，可燃氣體探測器信號直接進入ESD 系統(tǒng)[18-20]，以保證設備、人身及生產(chǎn)過程的安全可靠；

在發(fā)電機房設置可燃氣體泄漏檢測，當發(fā)電機房內(nèi)可燃氣體濃度達25%LEL時，啟動軸流風機，50%LEL時關斷進發(fā)電機房電磁閥，同時關閉發(fā)電機；

在水處理間設置可燃氣體泄漏檢測，當水處理間內(nèi)可燃氣體濃度達到25%LEL 時，啟動軸流風機，關閉鍋爐進口管線的電磁閥[21]。

綜合樓廚房設家用可燃氣體報警器，當可燃氣體泄漏達到一定濃度時，可燃氣體報警器報警，并同時關斷電磁閥，切斷氣源，確保用氣的安全。

當發(fā)生火災報警時，系統(tǒng)會切除配電箱AP進線電源，停發(fā)電機，停進氣管道上的電動關斷閥，切斷水處理間電動關斷閥；工藝區(qū)可燃氣體檢測探頭濃度多選二大于50%，可燃氣體報警儀發(fā)出警報。

5 結束語

本文以某省級管網(wǎng)典型場站為例，重點探討了該系統(tǒng)的邏輯控制方案。根據(jù)實際工藝需求，分為三級關斷，在工藝裝置區(qū)、發(fā)電機房、水處理間等可能引起天然氣泄漏處設置可燃氣體探頭，檢測氣體泄漏情況并進行報警，可燃氣體探測器信號直接進入ESD系統(tǒng)，以保證設備、人身及生產(chǎn)過程的安全可靠。