LNG站的安全控制系统

上海天然气管网有限公司 谢 深

LNG站的安全控制系统

上海天然气管网有限公司 谢 深

LNG是一种环保、便于储存的优质能源。随着我国对清洁能源的需求不断上升，LNG接收站的建设已经成为我国油气和能源工业新的热点，而在任何油气工业中安全都是重点，文章以上海五号沟LNG站为例，介绍LNG站安全控制系统的设计。

LNG 控制系统 安全

0 前言

LNG液化天然气接收站从广义角度上来说，有三个主要功能即是储存、LNG气化外输和接收功能，然后才能通过供气主干管网向下游居民用户和企业用户供气。LNG接收站的组成主要包括：卸船工段(码头)、储罐工段、蒸发气处理工段和气化工段。

上海五号沟LNG站始建于1995年，并于2005年进行了二期扩建，目前站内的主要设施包括2座50 000 m3和1座20 000 m3的LNG全容罐、可停靠50 000 t级LNG船的码头及相关配套措施，主要设备见表1。

表1 LNG站主要设备

为了保证LNG站的安全控制共配置了两套安全控制系统：ESD紧急停车系统和FGS火灾和气体灭火系统。

1 ESD紧急停车系统

1.1 系统概况

ESD系统具备SIL3认证，是一种用于降低生产过程程风险的安全系统。它不仅对生产过程因超出工艺设定的安全极限所带来的风险及时响应，而且具备自我修正的能力。从而使生产状态始终处于安全状态，确保设备和人生的安全，上海五号沟LNG站的ESD系统共有五个阶段。

ESD-1：紧急关断现有站的液化单位；

ESD-2：紧急关断SCV等气化外输相关装置；

ESD-3：紧急关断运输船卸载操作；

ESD-4：紧急关断槽车装载/卸载系统；

ESD-5：关断整个扩建站(激活整个ESD阶段)。

ESC总概况见表2。

表2 ESD总概况

由于站内的ESD-1中所涉及的液化设备目前已处于停运报废状态，因此本文对此不再介绍。

1.2 五号沟LNG站的逻辑设置

1.2.1 ESD-2

ESD-2的目的是保证外输系统的安全可靠，涉及的设备包括LNG输送泵、BOG蒸发气处理工段、浸没式燃烧汽化器以及计量和加臭设备。

1.2.1.1 触发原因

触发原因见图1。

图1 ESD-2逻辑

1.2.12 紧急停止逻辑设计执行的细节动作

紧急停止逻辑设计执行的细节动作见表3。

表3 ESD-2 相关动作

1.2.2 ESD-3

ESD-3系统是LNG接受站重要的安全系统，因为码头区域有LNG泄露和火灾的潜在危险。为了保护卸载操作的安全，需要自动程序的快速动作。主要相关设备涉及LNG装卸臂、气象返回臂、卸载总管和相关应急切断阀门。

1.2.2.1 触发原因

(1)ESD-3(1)触发原因见图2。

图2 ESD-3(1)逻辑

(2)ESD-3(2)触发原因见图3。

图3 ESD-3(2)逻辑

1.2.2.2 紧急停止逻辑设计执行以下的细节动作

(1)ESD-3(1)紧急停止逻辑设计执行的细节动作见表4。

表4 ESD-3(1)相关动作

(2)ESD-3(2)紧急停止逻辑设计执行的细节动作见表5。

表5 ESD-3(2)相关动作

1.2.3 ESD-4(槽车装卸系统的紧急情况)

ESD-4系统通过停止槽车装卸的设备使槽车装卸设备在所有情况下都处于安全状况，无论这些系统或其附近发生任何故障。主要设备包括槽车撬和响应管线和切断阀。

1.2.3.1 触发原因

触发原因见图4。

图4 ESD-4逻辑

1.2.3.2 槽车装卸设备ESD-4触发后的状态

槽车装卸设备ESD-4触发后的状态见表6。

表6 ESD-4相关动作

1.2.4 ESD-5(全接收站关闭)

这个一般紧急关闭系统的目的是为了停止接收站的所有关闭程序设备，包括输出燃气设备。这个ESD-5系统是通过停止如LNG泵，SCV及加臭系统等相关的程序设备以使所有的接收站设备在任何情况下处于比较安全的状况。

1.2.4.1 触发原因

触发原因见图5。

图5 ESD-5逻辑

1.2.4.2 触发结果

ESD-5启动ESD-1、ESD2、ESD-3、ESD-4及以下设备(包括燃气输出)的紧急关闭程序，见表7。

表7 ESD-5相关动作

2 FGS火灾和气体报警系统

2.1 系统概况

火灾报警和气体检测系统，简称火气系统(FGS)，火气系统是针对火灾和气体探测的安全管理系统，通过对化工装置现场的消防按钮、烟、火、可燃气体、有毒气体的检测信号的采集，经过软件逻辑输出来控制报警灯、报警铃、雨淋阀、泡沫阀以及消防水泵等。在本文中将从五号沟LNG站的地域分布来介绍站内FGS安全保护。LNG站主要FGS相关联动设备见表8。

表8 LNG站主要FGS相关联动设备

2.2 五号沟LNG站的FGS逻辑设置

2.2.1 码头区域的FGS逻辑

码头区域的FGS系统主要包括码头水炮、码头干粉系统、码头水幕、联动的电动泵、相关控制阀、雨淋阀和定点布置的火焰探测器、气体探测器、手动报警按钮等。相关逻辑如下。

(1)相关水炮逻辑见图6。

图6 码头水炮逻辑

(2)相关干粉启动逻辑见图7。

图7 码头干粉逻辑

(3)码头水幕逻辑见图8。

图8 码头水幕逻辑

图9 码头单元电动消防泵逻辑

2.2.2 储罐区域的FGS逻辑

LNG储罐区域的FGS系统主要包括罐顶干粉系统、联动的电动泵、相关控制阀、雨淋阀和定点布置的火焰探测器、气体探测器、手动报警按钮等。LNG站的三个储罐逻辑相似，本节以一储罐为例进行介绍。相关逻辑如下：

(1)罐顶雨淋系统逻辑见图10。

图10 罐顶雨淋阀逻辑

(2)罐顶干粉系统逻辑见图11。

图11 罐顶干粉系统逻辑

(3)集液池控制阀启动逻辑见图12。

图12 集液池控制阀启动逻辑

(4)电动消防泵开启逻辑见图13。

图13 储罐区域电动消防泵开启逻辑

2.2.3 气化外输区域的FGS逻辑

气化外输区域主要包括SCV气化工段、BOG蒸发气处理工段、计量与加臭工段。涉及的设备包括LNG输送泵、BOG蒸发气处理工段、浸没式燃烧汽化器和计量和加臭设备。对于气化外输区域的FGS系统主要需要保持消防水的压力在稳定范围。

系统逻辑如图14。

图14 气化外输区域电动消防泵开启逻辑

2.2.4 槽车区FGS逻辑

槽车区域的FGS系统主要用于防护槽车装卸区的消防安全，和槽车区集液池的泡沫系统保护控制。主要FGS设备包括槽车区雨淋阀、集液池控制阀等。

(1)装卸区雨淋阀逻辑见图15。

图15 槽车区雨淋阀开启逻辑

(2)集液池控制阀保护逻辑见图16。

图16 集液池控制阀开启逻辑

(3)集液池泡沫系统启动逻辑见图17。

图17 集液池泡沫系统开启逻辑

3 FSC安全控制系统简介

我站的ESD和FGS系统均采用Honeywell的FSC安全控制系统。具备故障容错和故障安全的性能，达到SIL3安全等级，FSC使用的组态软件为FSC Navigat或，它提供了一个基于Windows的用户接口软件包，可执行系统的组态和维护。其主要功能有FSC系统组态、应用软件的组态、生成应用软件文档、下装软件到FSC(见图18)。另外该软件在组态完成系统投入运行后，通过COM模件和PC机的连接还具有对FSC的监控功能：显示FLD(Functional Logic Diagram)中应用程序的在线状态、显示各过程变量的状态、强制I/O信号和FSC变量的状态、显示并保存系统诊断信息和向系统下装更新后的应用程序。

图18 FSC系统结构

FSC的控制功能主要是通过控制程序来完成的，其主要功能有：数据获取、数据处理、控制算法、数据传递和与FSC连接的外部设备之间的数据交换。因此利用逻辑功能图FLD设计控制程序才是上述所有工作的目的所在。周密的工艺控制方案、准确和完善的逻辑组态是FSC达到设计要求，实现安全控制目的的前提和保障。系统硬件的主要配置见表9。

表9 FSC系统的主要硬件

4 结语

站内的两套安控制系统ESD和FGS从五号沟二期项目竣工投产至今，已保证五号沟LNG站的生产安全近6年。它具备以下特点：

(1)安全可靠。装置区内各种工艺设备复杂，任何一处出现不安全隐患，均有可能引发大的灾难，所以采用该系统可以做到早发现早排除，及时消除隐患。

(2)便于维护。火气系统具备自我检测功能，且定位准确，从而提高了维护的效率，也同时提高了系统的可靠性。

(3)SOE功能(事故顺序记录)方便了用户的事故数据采集和事后查询。

(4)带回路监督功能的数字量输出模块强化了系统的安全可靠性，强大的自检功能消除了误动作的可能性，进一步提升了系统自动化监控功能。

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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