50萬(wàn)方LNG儀控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

張?zhí)? 李江濤 李軍收

摘要：為了確保能有效地監(jiān)控 LNG 生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)過程，確保運(yùn)行可靠，操作維護(hù)方便，本項(xiàng)目?jī)x控系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：一套用于工藝生產(chǎn)過程控制和運(yùn)行監(jiān)測(cè)的集散式控制系統(tǒng)（DCS）；一套用于保障安全的緊急停車控制系統(tǒng)（ESD）；一套F&G系統(tǒng)，以及切合工藝要求的高精確度儀表（包括 LNG 出站裝車質(zhì)量流量計(jì)、分析儀、溫度、壓力、流量等）等。儀控系統(tǒng)采用就地控制和中控室 DCS 控制相結(jié)合的原則，重要工藝參數(shù)的顯示、控制、報(bào)警、邏輯聯(lián)鎖保護(hù)控制均由 DCS 系統(tǒng)完成。當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時(shí)，由ESD 發(fā)出保護(hù)聯(lián)鎖信號(hào)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)。

關(guān)鍵詞：LNG；DCS；ESD；儀表控制

1、DCS系統(tǒng)

本項(xiàng)目DCS采用浙大中控控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)（DCS）主要實(shí)現(xiàn)主要工藝參數(shù)的顯示、趨勢(shì)記錄、歷史事件的記錄、報(bào)警、控制、打印、制表及流程圖畫面動(dòng)態(tài)顯示等功能。DCS 系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)的核心，工藝過程的所有常規(guī)控制或邏輯控制均可由 DCS 完成，當(dāng)工藝參數(shù)越限時(shí)，能記憶、顯示、打印并報(bào)警。DCS 系統(tǒng)除成套提供的液化裝置工藝點(diǎn)外，還包括公用工程內(nèi)重要的工藝參數(shù)，其余工藝裝置區(qū)內(nèi)重要的單機(jī)成套控制系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)配置

1.1.1 主要控制器、電源、通訊采用 100%冗余配置，I/O 點(diǎn)備 10%～15%余量。

1.1.2 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)有可靠的后備手段（采用 UPS 電源），備用電源的切換時(shí)間小于5ms（保證控制器不能初始化）。系統(tǒng)電源故障在控制室內(nèi)設(shè)有獨(dú)立于 DCS 之外的聲光報(bào)警。

1.1.3 DCS 的系統(tǒng)接地嚴(yán)格遵守技術(shù)要求，有良好的單端接地。

1.1.4 操作員站按鈕的配置能滿足機(jī)組各種工況下的操作要求。

1.1.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有自我診斷和監(jiān)測(cè)功能以確保系統(tǒng)的健康狀態(tài)被報(bào)道，保障信號(hào)和控制安全，避免任何隱藏的故障。

1.2 設(shè)計(jì)原則

提供的控制、互鎖和保護(hù)系統(tǒng)的安全性和整體性符合以下原則：

1.2.1 單個(gè)組件故障不給整個(gè)系統(tǒng)造成損失。

1.2.2 單個(gè)組件故障不給整個(gè)系統(tǒng)造成直接風(fēng)險(xiǎn)或系統(tǒng)跳閘。

1.2.3 單個(gè)組件故障不造成整個(gè)系統(tǒng)完全癱瘓。

1.2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有自我診斷和監(jiān)測(cè)功能以確保系統(tǒng)的健康狀態(tài)被報(bào)道，保障信號(hào)和控制安全，避免任何隱藏的故障

2、緊急停車系統(tǒng)（ESD）

本項(xiàng)目ESD采用美國(guó)GE控制系統(tǒng)，是真正的開放式系統(tǒng)并獲得SIL2認(rèn)證；雙重化的硬件體系結(jié)合全面的冗余容錯(cuò)技術(shù)和特有的故障安全策略，使得系統(tǒng)可靠性達(dá)到99.999%。該ESD 系統(tǒng)按照完全獨(dú)立的原則要求，獨(dú)立于 DCS 系統(tǒng)，其安全級(jí)別高于 DCS。在正常情況下，ESD 處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時(shí)，不需要經(jīng)過 DCS系統(tǒng)，而直接由 ESD 發(fā)出停車保護(hù)信號(hào)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行連鎖保護(hù)。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)停電、在火災(zāi)等緊急情況下，按下 ESD 機(jī)柜上“緊急停車”按鈕，可切斷所有緊急切斷閥，同時(shí)急停相關(guān)設(shè)備，并將緊急停車信號(hào)送入 DCS。緊急停車后，整個(gè)系統(tǒng)開車時(shí)，需按下 ESD 機(jī)柜上“系統(tǒng)復(fù)位”按鈕后，可在DCS 系統(tǒng)操作畫面上分別手動(dòng)操作各個(gè)緊急切斷閥。在整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，可在 DCS 系統(tǒng)操作畫面上分別手動(dòng)操作各個(gè)緊急切斷閥和設(shè)備。

2.1 基本要求

ESD 系統(tǒng)的 PLC 中處理器、電源、通訊按實(shí)時(shí)熱備冗余系統(tǒng)（獨(dú)立機(jī)架）設(shè)計(jì)。PLC 所選用的模板是帶電可插拔型模板，且每塊模板都有自診斷功能。PLC 處理器能接受、處理其它站拷貝來的子程序，并可將本站的一些功能程序移植到需要的站場(chǎng)，以減少重復(fù)編程的工作量。PLC 系統(tǒng)能夠滿足所需的熱備冗余配置要求。對(duì)硬件的地址分配設(shè)置、I/O 的量化等采用組態(tài)的方式完成。I/0 點(diǎn) 100%冗余，余量 10%（余量也應(yīng) 100%冗余配置）。

2.2 設(shè)計(jì)原則

提供的控制、互鎖和保護(hù)系統(tǒng)的安全性和整體性符合以下原則：

2.2.1 單個(gè)組件故障不給整個(gè)系統(tǒng)造成損失。

2.2.2 單個(gè)組件故障不給整個(gè)系統(tǒng)造成直接風(fēng)險(xiǎn)或系統(tǒng)跳閘。

2.2.3 單個(gè)組件故障不造成整個(gè)系統(tǒng)完全癱瘓。

2.2.4 當(dāng)單個(gè)組件故障時(shí)，操作員有足夠的時(shí)間和信息，通過手動(dòng)干預(yù)，能夠避免系統(tǒng)跳閘或系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。

3、F&G系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由三頻紅外復(fù)合火焰探測(cè)器、紅外可燃?xì)怏w探測(cè)器、防爆手動(dòng)按鈕、火災(zāi)報(bào)警控制器、防爆聲光報(bào)警及其他附件等設(shè)備組成。F&G系統(tǒng)的首要功能是完成對(duì)各裝置可能出現(xiàn)的氣體泄漏和火災(zāi)情況進(jìn)行檢測(cè)并報(bào)警。通過安裝于現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)域的氣體及火災(zāi)探測(cè)器監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)險(xiǎn)情，當(dāng)發(fā)生氣體泄漏或火災(zāi)時(shí)，首先將報(bào)警信號(hào)（開關(guān)量DI）輸出給ESD系統(tǒng)，并自動(dòng)觸發(fā)現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器，向巡檢人員發(fā)出報(bào)警；由ESD系統(tǒng)通過RS485通訊協(xié)議（MODBUS/RTU）把這一系列的報(bào)警信號(hào)傳至DCS，通過中央控制室的操作站DCS發(fā)出有針對(duì)性的報(bào)警，提醒操作人員采取相應(yīng)措施，同時(shí)在DCS系統(tǒng)上可以組態(tài)的反映出本項(xiàng)目的火氣平面布置圖，并實(shí)時(shí)顯示火氣報(bào)警點(diǎn)的情況。

4、消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

4.1 現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時(shí)，探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)發(fā)生，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)消防用電設(shè)施，中央控制室內(nèi)設(shè)消防強(qiáng)起按鈕；啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)干粉滅火系統(tǒng)；泡沫滅火系統(tǒng)。

4.2 當(dāng)罐區(qū)集液池、裝車區(qū)集液池內(nèi)所設(shè)的低溫探測(cè)器探測(cè)到有天然氣泄漏時(shí)和火焰探測(cè)器探測(cè)到集液池有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，通過火災(zāi)報(bào)警控制器和可燃?xì)怏w報(bào)警器發(fā)出信號(hào)使泡沫罐自帶的電磁閥與罐區(qū)集液池、裝車區(qū)集液池的泡沫電動(dòng)閥連鎖開啟，當(dāng)罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火焰探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)，火災(zāi)報(bào)警控制器通過連鎖現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)閥開啟消防水噴淋降溫。集液池的低溫報(bào)警器探測(cè)到天然氣泄漏向可燃?xì)怏w報(bào)警控制器發(fā)出報(bào)警限號(hào)。

4.3 罐區(qū)潛污泵與罐區(qū)火焰探測(cè)器、可燃?xì)怏w報(bào)警器及低溫探測(cè)聯(lián)動(dòng)停，裝車站潛污泵與裝車站火災(zāi)報(bào)警及低溫探測(cè)聯(lián)動(dòng)停。

4.4 在聯(lián)動(dòng)控制臺(tái)上設(shè)啟動(dòng)按鈕和顯示轉(zhuǎn)臺(tái)信號(hào)等，用于啟動(dòng)罐區(qū)、裝車區(qū)、消防泵房的電動(dòng)閥組；和消防泵房的消防泵、穩(wěn)壓泵。

5、總結(jié)

本文介紹了儀表控制系統(tǒng)在50萬(wàn)方LNG工藝制造過程中的作用，并分別介紹了DCS系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)、F&G系統(tǒng)、消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則和技術(shù)要求，以及各個(gè)系統(tǒng)在工藝流程過程中的獨(dú)立功能和相互控制邏輯關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1]《50萬(wàn)方LNG工廠工藝技術(shù)文件》 安彩高科股份有限公司

[2]《50萬(wàn)方LNG工廠生產(chǎn)操作規(guī)范》 安彩高科股份有限公司

（作者單位：河南安彩高科股份有限公司）