天然氣管道壓氣站安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用分析

張曉龍

（大慶油田有限責(zé)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(yùn)行中，安全儀表系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，可以有效檢測(cè)裝置中發(fā)生的多種異常動(dòng)作，維護(hù)天然氣管道系統(tǒng)運(yùn)行安全與穩(wěn)定。為此，需要結(jié)合天然氣管道實(shí)際運(yùn)行需求，合理設(shè)計(jì)安全儀表系統(tǒng)，并科學(xué)地在天然氣管道壓氣站對(duì)安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，在系統(tǒng)作用發(fā)揮下維護(hù)天然氣管道壓氣站正常、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 天然氣管道壓氣站的工藝系統(tǒng)特點(diǎn)

天然氣管道壓氣站其工藝系統(tǒng)主要體現(xiàn)出六大特點(diǎn)。

（1）地域性。正常情況下，天然氣管線對(duì)應(yīng)壓氣首站會(huì)和上游井場(chǎng)保持比較近的距離，這種情況下，管線會(huì)具有非常大的進(jìn)氣量，一旦突發(fā)安全事故，很容易導(dǎo)致上游井場(chǎng)發(fā)生超壓?jiǎn)栴}，進(jìn)而造成機(jī)組喘振或者管線爆管以及停機(jī)等會(huì)對(duì)機(jī)組產(chǎn)生較大損害并影響終端生產(chǎn)運(yùn)行的問題。

（2）工藝流程具有高度復(fù)雜性。壓氣站涉及的工藝管線非常多，同時(shí)，工藝管線中會(huì)輸送不同的介質(zhì)，還會(huì)涉及進(jìn)站、出站、清管、氣體分離凈化等相關(guān)工藝流程，這種復(fù)雜性高的工藝流程進(jìn)一步使壓氣站擴(kuò)大了風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。

（3）分布多樣化的設(shè)備。因?yàn)閴簹庹揪哂蟹浅?fù)雜的工藝流程，這直接決定了各項(xiàng)執(zhí)行設(shè)備與檢測(cè)設(shè)備會(huì)保持一定多樣性，其中，以機(jī)組為目標(biāo)設(shè)置的相應(yīng)檢測(cè)控制設(shè)備就涵蓋了壓縮機(jī)設(shè)備檢測(cè)控制、機(jī)組振動(dòng)檢測(cè)設(shè)備、機(jī)組安全檢測(cè)以及執(zhí)行元件、機(jī)組進(jìn)出口閥門設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備檢測(cè)控制。

（4）具有非常復(fù)雜的控制系統(tǒng)。壓氣站涉及的控制系統(tǒng)主要涵蓋了動(dòng)力控制、機(jī)組控制、振動(dòng)檢測(cè)等多種手段和種類，不同系統(tǒng)都包含獨(dú)立控制方式，使得系統(tǒng)復(fù)雜度進(jìn)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?yàn)閴簹庹镜倪M(jìn)站與出站相關(guān)管線保持較高壓力，而壓縮機(jī)廠房都設(shè)置是密閉空間，這就使得風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率進(jìn)一步增加。

（6）風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)保持分散布局。因?yàn)閴簹庹揪哂蟹浅?fù)雜的工藝流程，并且分布設(shè)備多樣化，這就使得站內(nèi)分布有數(shù)量較多的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布較為分散。為了保證壓氣站安全穩(wěn)定的運(yùn)行，急需設(shè)計(jì)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(guān)系統(tǒng)還要符合壓氣站運(yùn)行特點(diǎn)要求。

2 天然氣管道壓氣站安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用

將安全儀表系統(tǒng)應(yīng)用于天然氣管道壓氣站，主要涉及到6大應(yīng)用層面。

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

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

第一等級(jí)，設(shè)備單體能夠?qū)崿F(xiàn)緊急停車。在安全儀表系統(tǒng)應(yīng)用中，站內(nèi)分布的大量獨(dú)立設(shè)備均要保證可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)緊急停車，以此確保有效的隔離風(fēng)險(xiǎn)，并使安全系統(tǒng)具有更高可用性。對(duì)于壓縮機(jī)組的設(shè)計(jì)，要求每臺(tái)單獨(dú)的壓縮機(jī)組需要獨(dú)立配套設(shè)置ESD系統(tǒng)，針對(duì)單機(jī)組實(shí)現(xiàn)ESD；針對(duì)氣液聯(lián)動(dòng)閥門，要盡量在工藝流程相應(yīng)入口以及出口安裝氣液聯(lián)動(dòng)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(dòng)閥門，將其當(dāng)作安全儀表系統(tǒng)具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)，發(fā)揮安全緊急截?cái)喙δ堋?/p>

在閥門設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要保證其具備失效安全功能；針對(duì)安全截?cái)嚅y，主要將安全截?cái)嚅y安裝于調(diào)壓設(shè)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?cái)唷Ｍ瑫r(shí)，安全截?cái)嚅y還可對(duì)安全儀表系統(tǒng)中分布的ESD信號(hào)進(jìn)行接收，同時(shí)，其自身也要具備壓力超高自截?cái)喙δ?，進(jìn)一步保證安全；針對(duì)氣動(dòng)放空閥，主要是為了快速地將閥門打開，盡快放空管內(nèi)天然氣。氣動(dòng)放空閥需要對(duì)安全儀表系統(tǒng)中的ESD信號(hào)進(jìn)行接收，并且針對(duì)閥門設(shè)計(jì)期間要保證其具備失效安全功能。

第二等級(jí)，站場(chǎng)內(nèi)部要實(shí)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(shí)際應(yīng)用中，要針對(duì)壓氣站做好區(qū)域劃分工作，并對(duì)工藝流程區(qū)、循環(huán)水區(qū)、分輸調(diào)壓區(qū)、空冷區(qū)壓縮機(jī)組區(qū)等各保持獨(dú)立設(shè)計(jì)的相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行緊急停車功能的設(shè)置，一旦獨(dú)立區(qū)域提出了安全需求，就要及時(shí)針對(duì)相應(yīng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)緊急停車放空，以有效將相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行隔離，避免影響其他壓氣站供應(yīng)區(qū)域。

第三等級(jí)，站場(chǎng)要能夠?qū)崿F(xiàn)功能化的緊急停車。壓氣站應(yīng)用安全儀表系統(tǒng)期間，要針對(duì)控制系統(tǒng)合理劃分邏輯功能，結(jié)合壓氣站相關(guān)功能進(jìn)行對(duì)應(yīng)安全功能需求的設(shè)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?qū)ο嚓P(guān)安全需求進(jìn)行響應(yīng)。針對(duì)壓氣站的出站超壓ESD，要注意將壓力變送器設(shè)置于壓氣站出站管線部位，設(shè)置數(shù)量為3個(gè)，同時(shí)，要在壓力變送器當(dāng)中實(shí)現(xiàn)3選2比較，若是三個(gè)壓力變送器當(dāng)中有任意2個(gè)高出設(shè)定值，要在2秒延時(shí)之后觸動(dòng)超壓ESD；針對(duì)分?jǐn)?shù)用戶的出站超壓ESD，要注意將壓力變送器設(shè)置于分輸用戶相應(yīng)出站管線部位，設(shè)置數(shù)量為3個(gè)，并同步對(duì)相應(yīng)壓力變送器實(shí)現(xiàn)3選2對(duì)比，若是3個(gè)壓力變送器中有任意2個(gè)其壓力高于設(shè)定值，在實(shí)現(xiàn)2秒延時(shí)后觸動(dòng)分輸用戶的ESD，同時(shí)，安全儀表系統(tǒng)要針對(duì)分輸管線執(zhí)行緊急關(guān)閉以及放空；針對(duì)火器系統(tǒng)的報(bào)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(jī)火氣系統(tǒng)，同時(shí)，將火氣系統(tǒng)當(dāng)作檢測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)行期間向安全儀表系統(tǒng)中傳輸火氣報(bào)警信號(hào)，在安全儀表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)邏輯判斷后，經(jīng)過一定延遲觸動(dòng)壓縮機(jī)組對(duì)應(yīng)ESD。

第四等級(jí)，要在全站內(nèi)實(shí)現(xiàn)緊急停車。壓氣站應(yīng)用安全儀表系統(tǒng)期間要實(shí)現(xiàn)全站緊急停車功能，需要由人工實(shí)現(xiàn)觸發(fā)，不對(duì)連鎖邏輯等相關(guān)觸發(fā)條件進(jìn)行設(shè)置。站內(nèi)全部安全儀表系統(tǒng)涉及的相應(yīng)設(shè)備均執(zhí)行ESD。

2.2 系統(tǒng)檢測(cè)元件

將安全儀表系統(tǒng)應(yīng)用于壓氣站要設(shè)置急停開關(guān)，并且全部急停開關(guān)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，其相應(yīng)觸發(fā)方式要具備帶回路診斷功能。如果急停開關(guān)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(huì)發(fā)出回路故障相關(guān)診斷報(bào)警。

2.3 邏輯元件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，所有邏輯元件均要保持獨(dú)立配置，并且保持冗余配制，應(yīng)用容錯(cuò)技術(shù)，同步實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，處理器要和控制系統(tǒng)相關(guān)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(shè)計(jì)

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

2.5 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在安全儀表系統(tǒng)應(yīng)用期間，須具備系統(tǒng)中運(yùn)行的相關(guān)事件順序記錄器。相應(yīng)記錄器可以對(duì)安全儀表系統(tǒng)中邏輯控制器具體系統(tǒng)狀態(tài)信息、報(bào)警信息以及系統(tǒng)診斷信息實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄，同步記錄系統(tǒng)全部動(dòng)作過程。

2.6 系統(tǒng)旁路功能

在安全儀表系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)用，安全儀表功能具體回路識(shí)別以及定級(jí)在我國(guó)的普及程度尚不如國(guó)外，并且在設(shè)計(jì)以及集成環(huán)節(jié)很少進(jìn)行回路辨識(shí)以及定級(jí)，這是目前系統(tǒng)應(yīng)用中存在的突出問題，需要后續(xù)針對(duì)此類現(xiàn)象加大研究和創(chuàng)新力度。

3 結(jié)語

近年來，我國(guó)生產(chǎn)建設(shè)越來越關(guān)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(yīng)用到了石油化工等相關(guān)流程工業(yè)領(lǐng)域。在天然氣管道壓氣站應(yīng)用安全儀表系統(tǒng)，有助于現(xiàn)場(chǎng)工程人員動(dòng)態(tài)掌握安全儀表系統(tǒng)具體運(yùn)行情況，有針對(duì)性地加強(qiáng)系統(tǒng)使用和維護(hù)。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(yīng)用價(jià)值，需要相關(guān)管理及應(yīng)用部門深入了解系統(tǒng)相關(guān)理論以及現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)實(shí)際情況，掌握工程應(yīng)用期間存在的突出問題，及時(shí)采取有效策略進(jìn)行解決并優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證天然氣管道運(yùn)行更加安全與可靠。