长输管道压气站安全仪表系统VIP

第 3 3 卷第 6 期 ( 2 0 1 4 0 6 )( 行业论坛) 长输管道压气站安全仪表系统 朱喜平 张来斌 粱伟 中 国 石油 大 学 ( 北京) 机 械与 储 运学院 摘要：按 照 l E C6 1 5 1 1中的定义，安全仪表 系统 ( S a f e t y I n s t r u me n t e d S y s t e m，S I S )是由传感 器、逻辑控制器和执行器组成，能够行使一项或多项安全仪表功能的仪表系统。压气站S I S 的安 全功能主要 包括进 出站 系统 紧急切断和放 空，增压 系统的保护 、切断和放 空，以及探测 系统等 几部 分。压气站的 E S D控制功能分为四级 ，包括手动紧急关闭和 自动 紧急关闭。压气站是天然 气输气管道的主要组成部分，容易出现压力超高、天然气泄漏及火灾和爆炸等事故。S I S 系统的 应用将在短时间内将事故区域进行隔离和放空，有效控制和降低事故造成的影响和损失，目前 在压 气站得到广泛的应用并取得 良好的效果。 关键词：压气站；安全仪表系统；功能；紧急关断 d o i ： 1 0 3 9 6 9 4 i s s n 1 0 0 6 - 6 8 9 6 2 0 1 4 6 0 0 4 1 安全仪表系统 按 照 I E C 6 1 5 1 1中 的 定 义 ，安 全 仪 表 系 统 ( S a f e t y I n s t r u m e n t e d S y s t e m，S I S )是 由传感器 、逻 辑控制器和执行器组成 ，能够行使一项或多项安全 仪表功能的仪表系统。安全仪表系统主要用来监视 控制系统的状态，判断危险条件，防止危险发生或 者减 轻事故造成 的影响 ，在天然气站场上通常把 S I S 称作 紧急停 车系统 ( E m e r g e n c y S h u t d o w n S y s t e m，E S D) 。 1 1 典型的S l S 结构 S I S 的设备组成随着控制技术 、通信技术和计 算机技术的发展 ，系统集成度不断提高，也经历 了 一 个由低到高 、由简单到复杂 的演变过程 ，但其基 本结构不变 ，是 由触发模块 、逻辑控制模块和执行 模块3 个基本部分组成 ，如图1 所示 。 一 检 输 逻 输 执 测 入 辑 一 出 行 】 琶 模 模 算 模 模 块 块 块 块 模 块 图 1 典型的 s l s 结构 1 2 触发模块 触发模块由多种传感器组成，主要是监测被测 量的信息，并将检测到的信息按某种方式转换后以 电信号或其他所需形式输 ，从而实现信息的传 输、处理、存储、显示、 记录和控制等要求。 压气站触发模块 的传感器 主要包 括压力 变送 器 、温度变送器 、压力 温度 液位开关 、可燃气体 毒气探测器 ( 安装于T 艺装置区 、厂房内)火焰探 测器 、振动传感器 、火气报警控制器或系统等 。 2 压 气站 S I S 压气站主要包括 r艺系统 、 控系统 、电气系 统 、通讯系统和阴极保护系统等 ，其中一 r艺系统又 包括分离系统 、调压系统 、汁量系统 、排污系统和 放空系统等；自控系统主要由B P C S 系统和S 1 S 系 统组成。 2 1 S I S 和 B P C S 关 系 S I S不 同于基 本过 程控 制 系统 ( B a s i c p r o c e s s c o n t r o l s y s t e m，B P C S ) ，B P C S 执行基本过程控制功 能 ，使生产过程中的温度 、压力、流量和液位等T 艺参数维持在规定的正常范同之内 ，保证正常的安 全生产 。B P C S 是主动 的 、动态 的 ，而 S I S是被动 的 、静态的。由于 S I S 是静 态的，故要对其进行剧 期性 的诊断和测试。S I S 独立于B P C S ，其安全级 别 高于 B P C S 。 2 2 压气站 B P O S 压气站 B P C S 功能 主要包 括压气站启动控制 ， 压气站正常关闭控制 ，压缩机组 口流量测量 ，循 环水控制 ，自动增压水箱控制 ，所有泵的远程手动 启 、停 ，所有 电动阀门的远程手动开 、关 ，分离器 组的切换 ，压缩机房通风控制 ，进风机的远程手 、 自动启 、停 ，仪表风供气压力监控 ，空气压缩机数 据采集监视和控制，数据采集监视 ，压缩机房可燃 一 8一 油气田地面工程( h t t p ： w w w y q t d mg c c o r n) 第 3 3 卷第 6 期 ( 2 0 1 4 0 6 )( 行业论 坛) 气体 火焰报警 系统监控 ，电驱压缩机组单机 、 机监控 ，火灾报警系统的监控 ，上传 D C C数据。 2 3 S l S 功能 多 3 4 四级关断 压气站 S I S 的安全功能主蜃包括进 出站系统 紧 急切断和放空 ，增 系统的保护 、切断和放空 ，以 及探测系统等几部分 。 ( 1 )站 紧急关 闭。当站场 现 紧急事故 ，上 、 下游输气管道出现紧急事故或站场 现火灾等情况 下 ，启动“ 全站 E S D” 。触发条件 ：调度控制中 心 ( D C C)发出 “ 全站 E S D”命令 ；现场装置区 附近的 “ 全站 E S D” 按 钮被按动 ；站控 E S D机 柜前面板上的 “ 全站 E S D ”按钮被按动 ；控制室 内墙上 的 “ 全站 E S D ”按钮被按动。E S D系统接收 到 “ 全站 E S D”命令后执行以下操作指令 ：同时关 闭进站 阀和f n站阀 ，压力监控 系统 中的安全切 断 阀 、自用气管路 中的切断 阀 ；同时输 出 1 个 DO信 号 ( 加常开接点继电器 ，D O 输出时接点闭合) ，启 动全站 E S D报警器 ，提示现场T作人员，参与 E S D 的阀门全部关 闭后 ，再打开放空阀进行全站放空。 ( 2 )进 、出站爆管检测 。进 m站区 3 台压力变 送器 同时检测管线压力 ，当 个及 以上变送器检测 到的压降速率持续低于设定f Il 一定时问，则实施站 关闭 ，实现爆管检测控制。 3 压气站E S D 分级 压气站的E S D控制功能分为四级 ，包括手动紧 急关闭和 自动 紧急关闭。 3 1 一级关断 全站 紧急关闭 ：同时关闭进 出站 E S D V阀 ，切 断站场与管线的联通 ；关闭站 内所有 的动力设备 ， 仅保留安全撤离 、消防 、安全控制应用电源 ；所有 站 E S D V关闭后 自动打开站放空阀 ，将站内所有 区 域高压天然气全部放空。一级关断适用于压气站全站 。 3 2 二级关断 区域 紧急关 闭 ：同时关 闭事故 区域进 、出 口 E S D V阀 ，切断该 区域与站场或管线的联通 ；关闭 事故 区域 内所有动 力设 备 ，仅保 留安全 撤离 、消 防 、安全控制应用 电源 ；区域进 、出口E S D V阀关 闭后 自动打开 区域放空阀 ，将事故区域内所有天然 气全部放空。二级关断适用： 压缩机厂房。 3 3 三级关断 局部功能 紧急关闭 ：同时关闭事故区域进 、出 口E S D V阀或安全紧急截断阀 ( S S V) ，切断该 区域 与站场或管线的联通，必要时放空局部天然气。三 级关断适用于单台压缩机组 、 分输用户调压系统 、 气体加热系统等。 单体设备紧急关闭 ：紧急关闭事故设备。适用 于单体动力设备、单路调压系统、单台气体加热设 备等。 4 设计、安装和运行需注意的问题 ( 1 )S I S 单独设置 ，与基本过程控制系统 B P C S 隔离 ，不能通过数据通讯方式实现S I S 系统安全功能。 ( 2 )对于仪表安全功能，传感器 、 逻辑计算器 和最终元件应具有最低的硬件故 障裕度 ，使得在 1 个或几个硬件危险故障的情况下 ，仍能保证所要求 的仪表安全功能正常。 ( 3 )压气站 的输入元件要求产 品最低要取得 S I L 2 认证或相当的实验证明。 ( 4 )所有安全功能的的输人点和输 点都是故 障安全型 ，即在安全功能不动作的正常T作状态下 是带电的，断电的情况下安全仪表动作 ，将过程带 入安全状态。 ( 5 )E S D按钮应配套诊断电阻，电阻连接方式 及 电阻值符合相关 S I S系统 D I 模块 回路诊断要求 ， 宜采用按压动作 、压紧自锁定、手动旋转复位形式。 ( 6 )直流 电源系统 S I S 和 B P C S 应分 别独立设 置 ，S I S 直 流 电源 要求冗 余配 置 ，并 提供不 少于 3 0 ra i n 的后备电池。 ( 7 )S I S 检测信号的输入 、触发信号输入 、控 制信号输 出原则上应采用直接硬接线方式实现。 ( 8 )控制电缆铺设应满足防雷电脉冲要求 ，当 S I S 电源接地与B P C S 要求不一致时，要加装接地隔 离装置 。对于浮空设计的系统 ，应考虑配置相应的 接地故障检测措施 。 ( 9 )各级 E S D按钮 ，分别 直接接入 S I S 系统 ， 采用常闭触点。 5 结语 压气站是天然气输气管道 的主要组成部分 ，由 于压气站有工艺复杂 、 设备众多和运行压力高等特 点 ，容易