上海天然氣管網有限公司 謝 深

LNG站的安全控制系統(tǒng)

上海天然氣管網有限公司 謝 深

LNG是一種環(huán)保、便于儲存的優(yōu)質能源。隨著我國對清潔能源的需求不斷上升，LNG接收站的建設已經成為我國油氣和能源工業(yè)新的熱點，而在任何油氣工業(yè)中安全都是重點，文章以上海五號溝LNG站為例，介紹LNG站安全控制系統(tǒng)的設計。

LNG 控制系統(tǒng) 安全

0 前言

LNG液化天然氣接收站從廣義角度上來說，有三個主要功能即是儲存、LNG氣化外輸和接收功能，然后才能通過供氣主干管網向下游居民用戶和企業(yè)用戶供氣。LNG接收站的組成主要包括：卸船工段(碼頭)、儲罐工段、蒸發(fā)氣處理工段和氣化工段。

上海五號溝LNG站始建于1995年，并于2005年進行了二期擴建，目前站內的主要設施包括2座50 000 m3和1座20 000 m3的LNG全容罐、可?？?0 000 t級LNG船的碼頭及相關配套措施，主要設備見表1。

表1 LNG站主要設備

為了保證LNG站的安全控制共配置了兩套安全控制系統(tǒng)：ESD緊急停車系統(tǒng)和FGS火災和氣體滅火系統(tǒng)。

1 ESD緊急停車系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)概況

ESD系統(tǒng)具備SIL3認證，是一種用于降低生產過程程風險的安全系統(tǒng)。它不僅對生產過程因超出工藝設定的安全極限所帶來的風險及時響應，而且具備自我修正的能力。從而使生產狀態(tài)始終處于安全狀態(tài)，確保設備和人生的安全，上海五號溝LNG站的ESD系統(tǒng)共有五個階段。

ESD-1：緊急關斷現(xiàn)有站的液化單位；

ESD-2：緊急關斷SCV等氣化外輸相關裝置；

ESD-3：緊急關斷運輸船卸載操作；

ESD-4：緊急關斷槽車裝載/卸載系統(tǒng)；

ESD-5：關斷整個擴建站(激活整個ESD階段)。

ESC總概況見表2。

表2 ESD總概況

由于站內的ESD-1中所涉及的液化設備目前已處于停運報廢狀態(tài)，因此本文對此不再介紹。

1.2 五號溝LNG站的邏輯設置

1.2.1 ESD-2

ESD-2的目的是保證外輸系統(tǒng)的安全可靠，涉及的設備包括LNG輸送泵、BOG蒸發(fā)氣處理工段、浸沒式燃燒汽化器以及計量和加臭設備。

1.2.1.1 觸發(fā)原因

觸發(fā)原因見圖1。

圖1 ESD-2邏輯

1.2.12 緊急停止邏輯設計執(zhí)行的細節(jié)動作

緊急停止邏輯設計執(zhí)行的細節(jié)動作見表3。

表3 ESD-2 相關動作

1.2.2 ESD-3

ESD-3系統(tǒng)是LNG接受站重要的安全系統(tǒng)，因為碼頭區(qū)域有LNG泄露和火災的潛在危險。為了保護卸載操作的安全，需要自動程序的快速動作。主要相關設備涉及LNG裝卸臂、氣象返回臂、卸載總管和相關應急切斷閥門。

1.2.2.1 觸發(fā)原因

(1)ESD-3(1)觸發(fā)原因見圖2。

圖2 ESD-3(1)邏輯

(2)ESD-3(2)觸發(fā)原因見圖3。

圖3 ESD-3(2)邏輯

1.2.2.2 緊急停止邏輯設計執(zhí)行以下的細節(jié)動作

(1)ESD-3(1)緊急停止邏輯設計執(zhí)行的細節(jié)動作見表4。

表4 ESD-3(1)相關動作

(2)ESD-3(2)緊急停止邏輯設計執(zhí)行的細節(jié)動作見表5。

表5 ESD-3(2)相關動作

1.2.3 ESD-4(槽車裝卸系統(tǒng)的緊急情況)

ESD-4系統(tǒng)通過停止槽車裝卸的設備使槽車裝卸設備在所有情況下都處于安全狀況，無論這些系統(tǒng)或其附近發(fā)生任何故障。主要設備包括槽車撬和響應管線和切斷閥。

1.2.3.1 觸發(fā)原因

觸發(fā)原因見圖4。

圖4 ESD-4邏輯

1.2.3.2 槽車裝卸設備ESD-4觸發(fā)后的狀態(tài)

槽車裝卸設備ESD-4觸發(fā)后的狀態(tài)見表6。

表6 ESD-4相關動作

1.2.4 ESD-5(全接收站關閉)

這個一般緊急關閉系統(tǒng)的目的是為了停止接收站的所有關閉程序設備，包括輸出燃氣設備。這個ESD-5系統(tǒng)是通過停止如LNG泵，SCV及加臭系統(tǒng)等相關的程序設備以使所有的接收站設備在任何情況下處于比較安全的狀況。

1.2.4.1 觸發(fā)原因

觸發(fā)原因見圖5。

圖5 ESD-5邏輯

1.2.4.2 觸發(fā)結果

ESD-5啟動ESD-1、ESD2、ESD-3、ESD-4及以下設備(包括燃氣輸出)的緊急關閉程序，見表7。

表7 ESD-5相關動作

2 FGS火災和氣體報警系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概況

火災報警和氣體檢測系統(tǒng)，簡稱火氣系統(tǒng)(FGS)，火氣系統(tǒng)是針對火災和氣體探測的安全管理系統(tǒng)，通過對化工裝置現(xiàn)場的消防按鈕、煙、火、可燃氣體、有毒氣體的檢測信號的采集，經過軟件邏輯輸出來控制報警燈、報警鈴、雨淋閥、泡沫閥以及消防水泵等。在本文中將從五號溝LNG站的地域分布來介紹站內FGS安全保護。LNG站主要FGS相關聯(lián)動設備見表8。

表8 LNG站主要FGS相關聯(lián)動設備

2.2 五號溝LNG站的FGS邏輯設置

2.2.1 碼頭區(qū)域的FGS邏輯

碼頭區(qū)域的FGS系統(tǒng)主要包括碼頭水炮、碼頭干粉系統(tǒng)、碼頭水幕、聯(lián)動的電動泵、相關控制閥、雨淋閥和定點布置的火焰探測器、氣體探測器、手動報警按鈕等。相關邏輯如下。

(1)相關水炮邏輯見圖6。

圖6 碼頭水炮邏輯

(2)相關干粉啟動邏輯見圖7。

圖7 碼頭干粉邏輯

(3)碼頭水幕邏輯見圖8。

圖8 碼頭水幕邏輯

圖9 碼頭單元電動消防泵邏輯

2.2.2 儲罐區(qū)域的FGS邏輯

LNG儲罐區(qū)域的FGS系統(tǒng)主要包括罐頂干粉系統(tǒng)、聯(lián)動的電動泵、相關控制閥、雨淋閥和定點布置的火焰探測器、氣體探測器、手動報警按鈕等。LNG站的三個儲罐邏輯相似，本節(jié)以一儲罐為例進行介紹。相關邏輯如下：

(1)罐頂雨淋系統(tǒng)邏輯見圖10。

圖10 罐頂雨淋閥邏輯

(2)罐頂干粉系統(tǒng)邏輯見圖11。

圖11 罐頂干粉系統(tǒng)邏輯

(3)集液池控制閥啟動邏輯見圖12。

圖12 集液池控制閥啟動邏輯

(4)電動消防泵開啟邏輯見圖13。

圖13 儲罐區(qū)域電動消防泵開啟邏輯

2.2.3 氣化外輸區(qū)域的FGS邏輯

氣化外輸區(qū)域主要包括SCV氣化工段、BOG蒸發(fā)氣處理工段、計量與加臭工段。涉及的設備包括LNG輸送泵、BOG蒸發(fā)氣處理工段、浸沒式燃燒汽化器和計量和加臭設備。對于氣化外輸區(qū)域的FGS系統(tǒng)主要需要保持消防水的壓力在穩(wěn)定范圍。

系統(tǒng)邏輯如圖14。

圖14 氣化外輸區(qū)域電動消防泵開啟邏輯

2.2.4 槽車區(qū)FGS邏輯

槽車區(qū)域的FGS系統(tǒng)主要用于防護槽車裝卸區(qū)的消防安全，和槽車區(qū)集液池的泡沫系統(tǒng)保護控制。主要FGS設備包括槽車區(qū)雨淋閥、集液池控制閥等。

(1)裝卸區(qū)雨淋閥邏輯見圖15。

圖15 槽車區(qū)雨淋閥開啟邏輯

(2)集液池控制閥保護邏輯見圖16。

圖16 集液池控制閥開啟邏輯

(3)集液池泡沫系統(tǒng)啟動邏輯見圖17。

圖17 集液池泡沫系統(tǒng)開啟邏輯

3 FSC安全控制系統(tǒng)簡介

我站的ESD和FGS系統(tǒng)均采用Honeywell的FSC安全控制系統(tǒng)。具備故障容錯和故障安全的性能，達到SIL3安全等級，F(xiàn)SC使用的組態(tài)軟件為FSC Navigat或，它提供了一個基于Windows的用戶接口軟件包，可執(zhí)行系統(tǒng)的組態(tài)和維護。其主要功能有FSC系統(tǒng)組態(tài)、應用軟件的組態(tài)、生成應用軟件文檔、下裝軟件到FSC(見圖18)。另外該軟件在組態(tài)完成系統(tǒng)投入運行后，通過COM模件和PC機的連接還具有對FSC的監(jiān)控功能：顯示FLD(Functional Logic Diagram)中應用程序的在線狀態(tài)、顯示各過程變量的狀態(tài)、強制I/O信號和FSC變量的狀態(tài)、顯示并保存系統(tǒng)診斷信息和向系統(tǒng)下裝更新后的應用程序。

圖18 FSC系統(tǒng)結構

FSC的控制功能主要是通過控制程序來完成的，其主要功能有：數(shù)據獲取、數(shù)據處理、控制算法、數(shù)據傳遞和與FSC連接的外部設備之間的數(shù)據交換。因此利用邏輯功能圖FLD設計控制程序才是上述所有工作的目的所在。周密的工藝控制方案、準確和完善的邏輯組態(tài)是FSC達到設計要求，實現(xiàn)安全控制目的的前提和保障。系統(tǒng)硬件的主要配置見表9。

表9 FSC系統(tǒng)的主要硬件

4 結語

站內的兩套安控制系統(tǒng)ESD和FGS從五號溝二期項目竣工投產至今，已保證五號溝LNG站的生產安全近6年。它具備以下特點：

(1)安全可靠。裝置區(qū)內各種工藝設備復雜，任何一處出現(xiàn)不安全隱患，均有可能引發(fā)大的災難，所以采用該系統(tǒng)可以做到早發(fā)現(xiàn)早排除，及時消除隱患。

(2)便于維護?；饸庀到y(tǒng)具備自我檢測功能，且定位準確，從而提高了維護的效率，也同時提高了系統(tǒng)的可靠性。

(3)SOE功能(事故順序記錄)方便了用戶的事故數(shù)據采集和事后查詢。

(4)帶回路監(jiān)督功能的數(shù)字量輸出模塊強化了系統(tǒng)的安全可靠性，強大的自檢功能消除了誤動作的可能性，進一步提升了系統(tǒng)自動化監(jiān)控功能。

Safety Control System of LNG Terminal

Shanghai Natural Gas Pipeline Network Co., Ltd. Xie Shen

LNG is a kind of energy which is environmental and easy to store. With the increase of demand for clean energy of China, more and more LNG terminal has been built up. Since the safety operation should be considered in the design process, taking shanghai Wuhaogou LNG terminal as an example, the paper introduces the safety control system design of LNG terminal.

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