戴正文+++畢洲武

摘 要：天然氣計(jì)量分析小屋（以下簡(jiǎn)稱“分析小屋”）作為天然氣計(jì)量系統(tǒng)設(shè)施重要組成部分，其內(nèi)部安裝的天然氣氣體分析設(shè)施起著對(duì)在線計(jì)量天然氣進(jìn)行組分分析，且分析結(jié)果直接參與天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，所以其重要性不言而喻。但是由于分析小屋屬于空間相對(duì)密閉性場(chǎng)所，由于天然氣本身具有易燃易爆性，所以在該空間內(nèi)就存在著可燃?xì)怏w潛在爆炸性危害。故文章旨在對(duì)天然氣分析小屋可燃?xì)怏w潛在爆炸性危害及現(xiàn)有防范措施進(jìn)行摸底調(diào)查，并在調(diào)查的基礎(chǔ)上提出更合理的方案性解決辦法。

關(guān)鍵詞：天然氣；分析小屋；爆炸性

引言

當(dāng)今，天然氣作為一次能源的重要組成部分，已成為不可或缺的經(jīng)濟(jì)支柱，無(wú)論是作為工業(yè)“發(fā)動(dòng)機(jī)”保障，還是關(guān)系到民生大計(jì)，其重要性都是無(wú)可厚非的。如今天然氣對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)說(shuō)更是顯得尤為重要，所以才出現(xiàn)了諸如“西氣東輸”工程以及中俄天然氣管道工程等建設(shè)與實(shí)現(xiàn)。而天然氣計(jì)量更是天然氣運(yùn)輸行業(yè)的重中之重，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到天然氣的銷售，無(wú)論是對(duì)于上游產(chǎn)方、管道運(yùn)輸方還是下游接收方，都是如此；如若存在計(jì)量問(wèn)題，輕則產(chǎn)生計(jì)量貿(mào)易糾紛，重則產(chǎn)生國(guó)際貿(mào)易摩擦，所以它扮演著一個(gè)重要而敏感的角色。由于分析小屋內(nèi)部的設(shè)施直接分析貿(mào)易計(jì)量天然氣組分，其分析結(jié)果參與貿(mào)易計(jì)量計(jì)算。因此，它的正常安全平穩(wěn)運(yùn)行是天然氣貿(mào)易計(jì)量的順利成功的保障。然而當(dāng)今無(wú)論是艾默生的丹尼爾（英文：DANIEL）、阿爾斯特（英文：ELSTER）還是ABB公司所以及其他廠商生產(chǎn)的天然氣分析系統(tǒng)設(shè)備都是安裝在分析小屋內(nèi)，而該分析小屋屬于空間相對(duì)密閉性場(chǎng)所，且內(nèi)部由眾多管件及重要設(shè)備連接，一旦出現(xiàn)泄漏，就存在著可燃性保證危險(xiǎn)。

1 分析小屋可燃?xì)怏w爆炸性危害調(diào)查

1.1 分析小屋簡(jiǎn)介

分析小屋內(nèi)部設(shè)施有天然氣氣體分析儀、標(biāo)氣容器裝置（如標(biāo)氣瓶）及各種管件及附屬裝置，主要承擔(dān)著從運(yùn)輸管道中采集被分析氣體并進(jìn)行過(guò)濾、除濕等處理，然后通過(guò)閥門控制、管件輸送至氣體分析儀中進(jìn)行分離分析組分，然后通過(guò)排氣裝置排除到大氣中。標(biāo)氣容器裝置主要盛裝標(biāo)準(zhǔn)天然氣（注：已知?dú)怏w組分），參與分析計(jì)量天然氣的組分?jǐn)?shù)值分析計(jì)算。

1.2 爆炸潛在性危害因素調(diào)查

分析小屋內(nèi)部存在爆炸性危害因素主要有空間結(jié)構(gòu)性因素、內(nèi)部存在相關(guān)氣體物化性質(zhì)因素以及內(nèi)部存在的誘發(fā)因素，具體分析調(diào)查分析如下：

1.2.1 空間結(jié)果性因素方面

根據(jù)分析小屋的空間大小及內(nèi)部設(shè)施布局，總結(jié)出它存在以下特點(diǎn)：一是空間有限且相對(duì)密閉；二是設(shè)備、管件眾多且密集；三是內(nèi)部空間氣體與外界空氣流通交換不暢。

1.2.2 內(nèi)部可能存在相關(guān)氣體物化性質(zhì)

分析小屋內(nèi)部可能存在的相關(guān)氣體主要有空氣和天然氣；其中，空氣是一種由大約78%VOL氮?dú)猓∟2）、21%VOL氧氣（O2）及1%的其他氣體組成的混合氣體，其中具有爆炸性潛在危險(xiǎn)因素為空氣中的氧氣，具有助燃性，它是化學(xué)燃燒反應(yīng)中的氧化助燃劑。而天然氣是一種由烷烴（主要是甲烷、乙烷）及其他氣體如氮?dú)猓∟2）等混合物，其具有易燃易爆性，爆炸范圍為5%-15%，是化學(xué)燃燒反應(yīng)的燃燒劑。

1.2.3 內(nèi)部存在的誘發(fā)因素

對(duì)于分析小屋而言，能誘發(fā)內(nèi)部發(fā)生爆炸的因素有二：其一是天然氣和空氣形成混合物從而形成的外部環(huán)境條件；二是能發(fā)生燃燒爆炸的火源，根據(jù)其實(shí)際運(yùn)行環(huán)境分析，存在的火源因素主要是由電氣火源，如分析小屋電氣設(shè)備、電氣線路短路或靜電引發(fā)的火花。

2 針對(duì)分析小屋潛在爆炸性危害防范措施及缺陷

2.1 防范措施調(diào)查

針對(duì)目前天然氣貿(mào)易計(jì)量系統(tǒng)分析小屋普遍存在可燃?xì)怏w潛在爆炸性危害，各個(gè)天然氣在線組分分析生產(chǎn)廠商也紛紛對(duì)其產(chǎn)品采取了較有針對(duì)性的措施，本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查情況，普遍的情況是在分析小屋內(nèi)安裝可燃?xì)怏w檢測(cè)儀（如深圳特安ESD200、無(wú)錫格林通IR200），通過(guò)可燃?xì)怏w檢測(cè)儀實(shí)時(shí)對(duì)分析小屋空間內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行檢測(cè)，并將濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，輸入現(xiàn)場(chǎng)就地控制器（如現(xiàn)場(chǎng)小型PLC或其他控制器），通過(guò)邏輯判斷后一方面控制就地排風(fēng)扇啟動(dòng)，排除內(nèi)部的氣體；另一方面則是輸出控制信號(hào)關(guān)閉采樣進(jìn)氣電磁閥，待內(nèi)部可燃?xì)怏w排除后再自動(dòng)化控制排風(fēng)風(fēng)機(jī)和電磁閥的恢復(fù)，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖具體如圖1。

2.2 防范措施缺陷

從2.1的介紹來(lái)看，目前各場(chǎng)站雖然針對(duì)性地采取了一些相關(guān)措施，但是從自動(dòng)化系統(tǒng)高度來(lái)看，其存在重大的缺陷，其缺陷是分析小屋就是一個(gè)“自動(dòng)化信息孤島”[1]，具體含義是分析小屋內(nèi)的可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，沒(méi)有與整個(gè)SCADA系統(tǒng)（注：SCADA系統(tǒng)全稱是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）有任何信息交換，即運(yùn)行監(jiān)控人員無(wú)法實(shí)時(shí)掌握內(nèi)部的可燃?xì)怏w濃度信息，一旦這個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問(wèn)題（如系統(tǒng)故障等），無(wú)法知曉并采取任何人為措施。

3 解決分析小屋可燃?xì)怏w潛在爆炸性危害的合理性方案

3.1 方案合理性研究

針對(duì)2.2提出的對(duì)重大缺陷，經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況摸底調(diào)查，在此提出了更加合理性的解決方案，方案總體思想是通過(guò)線纜傳輸，將現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w檢測(cè)儀檢測(cè)到的可燃?xì)怏w濃度轉(zhuǎn)換的電信號(hào)及整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)（如設(shè)備故障開(kāi)關(guān)信號(hào)）傳輸至SCADA系統(tǒng)中，并在上位機(jī)HMI（注：HMI為人機(jī)交互界面）進(jìn)行顯示，同時(shí)在上位機(jī)HMI界面可以進(jìn)行人為遠(yuǎn)程強(qiáng)制操作現(xiàn)場(chǎng)輸出設(shè)備（如排風(fēng)扇、電磁閥），這樣分析小屋內(nèi)的可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不再是一個(gè)“自動(dòng)化信息孤島”，而是納入到整個(gè)SCADA系統(tǒng)，這樣提高了分析小屋安全運(yùn)行的可靠性，其方案的控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2。

3.2 具體方案實(shí)施

3.2.1 可燃?xì)怏w濃度信息獲取

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w檢測(cè)儀進(jìn)行功能和結(jié)構(gòu)性分析，可以通過(guò)對(duì)可燃?xì)怏w檢測(cè)儀檢測(cè)轉(zhuǎn)換后的4-20mA信號(hào)，通過(guò)信號(hào)分配器一分為二，一路繼續(xù)作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的模擬量輸入（AI量），另一路去向SCADA系統(tǒng)的大型PLC設(shè)備，作為模擬量（AI）輸入，通過(guò)對(duì)PLC設(shè)備內(nèi)部程序修改，通過(guò)邏輯判斷，獲取報(bào)警信號(hào)上傳至上位機(jī)的HMI界面顯示。

3.2.2 分析小屋可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)信息獲取

通過(guò)現(xiàn)有設(shè)備（注：如果現(xiàn)有設(shè)備不滿足，則更換相應(yīng)設(shè)備）的故障輔助觸點(diǎn)，通過(guò)儀表電纜接入SCADA系統(tǒng)的大型PLC系統(tǒng)，通過(guò)相關(guān)程序編寫(xiě)判斷，并與上位機(jī)HMI界面形成對(duì)應(yīng)。

3.2.3 上位機(jī)手動(dòng)強(qiáng)制遠(yuǎn)程控制輸出

增加上位機(jī)HMI界面操作點(diǎn)，通過(guò)遠(yuǎn)程控制大型PLC相應(yīng)程序，并通過(guò)輸出進(jìn)一步分析小屋內(nèi)的排風(fēng)風(fēng)機(jī)和電磁閥狀態(tài)控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)文章提出的方案實(shí)施，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，該合理性解決方案具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，并具有很好的可行性，能滿足要求。一方面，施工可行性具有操作性，因?yàn)榉治鲂∥輧?nèi)的氣體分析儀與計(jì)量系統(tǒng)是一個(gè)整體，在前期施工時(shí)，一般都留有足夠的預(yù)留儀表電纜，且本文提出的方案所用的儀表電纜芯數(shù)也足夠少。另一方面，效果明顯，成功解決了分析小屋可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)“自動(dòng)化信息孤島”缺陷，且在現(xiàn)實(shí)中消除了潛在的危害。對(duì)后期其他系統(tǒng)的改造具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]吳譽(yù)，朱克強(qiáng)，愈曉光，等.一種自動(dòng)化“信息孤島”問(wèn)題的解決辦法[J].石油化工自動(dòng)化，2004（6）：1-2.