浅谈LNG接收站综合控制系统

谢腾腾,闵祥红（.中海油山东化学工程有限责任公司; .山东鲁新设计工程有限公司,济南 500）



浅谈LNG接收站综合控制系统

谢腾腾1,闵祥红2
（1.中海油山东化学工程有限责任公司; 2.山东鲁新设计工程有限公司,济南 250101）

摘 要：结合液化天然气接收站工艺生产特点，介绍了综合控制系统的组成，并且分别介绍了综合控制系统各个子系统的功能及通讯连接。最后，说明了ICS系统可以有效的保证生产安全并提高了生产效率。

关键词：LNG；ICS；DCS；FGS

液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)作为稀缺清洁能源已成为石油之后全球争夺的热门能源。结合我国多煤少气缺油的能源现状，引进LNG可以改善能源消费结构、减少环境污染，而建立LNG接收站是进口LNG的重要一个环节。为了提高LNG接收站的自动化水平，确保运行安全，减少运行成本，提升产品质量，创造最佳的社会效益，建立一套综合控制系统(Integrated Control System ,ICS)是必要的[1]。

1 综合控制系统

ICS采用经验证的“先进”技术。应采用分布式系统结构，以满足接收站安全、运行、布置和施工的要求。综合控制系统由一组负责LNG接收站储罐运行控制与安全的相关综合控制系统组成。ICS子系统主要系统包括：工艺控制系统(Process Control Systems,PCS)、安全仪表系统(Safety Instrument System,SIS)、火气系统(Fire & Gas System,F&G)、配套系统(Associated systems)、分析器(Analysers)、计量系统(Metering systems)等。

2 工艺控制系统

PCS为操作员和ICS之间的主要界面。ICS使用PCS功能对ICS数据进行管理，并通过交互工作站呈现给操作员。PCS向操作员提供图形显示并通过操作员键盘和交互式图形接收指令。操作员可在PCS工作站通过ICS组件系统控制并管理接收站。ICS组件控制系统可获得装置状态、报警、装置历史并生成报告。工艺控制系统（PCS）为主要的控制系统，且为ICS的重要系统。工艺控制系统包括：操作员界面、报警管理、历史数据和报告、调节控制、定序、逻辑和监控功能、与其他ICS子系统之间的接口、与其他第三方系统之间的接口[2]。

3 安全仪表系统

SIS系统为专门设计的符合公认国家标准的安全系统。主系统采用容错安全程序双处理器。技术室配备所有用于保护装置选择的I/O和处理器。此外，还配备其他通信和诊断部件。要求安全系统的相应时间不得超过一秒，也就是说，跳闸状态输入至相应输出跳闸小于一秒，包括所有扫描、诊断和点对点通信[3]。I/O至少应采用复制的安全应用程序。SIS采用冗余光纤与PCS通讯，并提供操作员界面和记录。SIS装置应通过认证的安全通信链路或硬接线信号进行点对点连接。

4 火气系统

火气探测和报警系统采用容错安全程序双处理器和输入/输出（I/O）模块。F&G系统设多个子系统，子系统划分是根据工艺区域和/或装置建筑物由一个或多个区域组成。中央处理器生成相关区域所有必需的警报输出(火、气和故障等)这些将通过数据链路传输至PCS。PCS应记录所有火气事件，且相关火气事件J将在CCR的PCS控制台进行显示。控制台设有用于SIS和F&G功能的硬接线表盘。[4] F&G功能应包括一个各区域通用警报（火、气或故障）显示器以及少量用于手动启动消防泵或手动启动保护措施的开关。所有此类信号应通过硬接线连接于F&G系统。F&G系统是向PA/GA系统和F&G表盘生成输出的中央接口。装置相关的所有F&G声光报警应由PA/GA系统生成。F&G系统通过硬接线生成所有必需的保护措施。此类保护措施包括启动消防泵、启动大水量灭火系统以及运行建筑HVAC。如若因火灾或气体探测需进行紧急停车，F&G输出通过硬接线输入的形式输送至SIS系统，且SIS系统将生成必需的输出。

5 配套系统

（1）压缩机控制系统。用于防喘振控制、能力控制和负载分配的压缩机控制系统采用专用的专业系统。压缩机制造商负责应对系统操作进行规定，并进行供应。空气冷却器和其他设备振动探头可直接接线至PCS机柜；（2）暖通空调（HVAC）。HVAC系统由建筑承包商供应。暖通空调系统采用其单独的仪表和控制。暖通空调系统将连接于ICS，以便在相关的建筑物工艺中提供火气警报和跳闸信号；（3）储罐测量系统。储罐测量系统（电平、温度、压力和密度等）通过数据高速通道连接于中央控制室内的中央系统。该中央系统将收集所有同储罐测量功能相关的必要信息，并进行必要的计算。通过链路连接将所有数据（测量数据和计算数据）传输至PCS；（4）电动阀操作系统。如若大量MOV连接于ICS，则使用数据高速通道在阀门执行机构和PCS之间进行通讯。否则，则使用常规的直接接线。SIS信号和MOV之间采用硬接线；（5）设备管理系统（FMS）。PCS和其他系统的设计包括未来安装设备管理系统的规定。本系统将从相关ICS系统中提取数据，并自动生成关于办公网络性能、成本和计费的管理系统；（6）操作员培训系统（OTS）。培训和模拟系统，是用来便指导操作员培训并进行工艺模拟。该系统模拟相关工艺及工艺控制系统的所有原理，并由ICS供应商负责；（7）卸料臂系统。安装的卸料臂系统用于控制运输船和陆上设施之间在连接和断开作业时卸料臂的操纵。

6 泊船系统

泊船系统的主要功能包括：船首和船尾角度、距离和速度测量，速度变化趋势，根据运输船距离和尺寸、环境条件（风力、波浪和水流等）以及相关警报，通过交通信号灯对速度进行调节，自动靠泊探测（靠近或漂流）。监控系统上的图形显示，自动报告和持续报告，自动靠泊报告，同系泊载荷监控系统（MLMS）进行通讯，同PCS进行通讯。

7 计量系统及分析器数据采集系统

计量系统记录全部从接收站出口的天然气量。计量站由多条乔装管线组成。流量计算机应进行总计和计算，以按计划提供相关的实时报告。气体计量站应自动生成并发出相关报告。计量系统可以通过冗余通信链路在PCS控制台获得主要值和警报。

8 结论

ICS系统对设计要求较高，前期投资较高。但是，ICS是整个LNG接收站可靠运行的基本保障，减少了运行成本，降低了操作人员的劳动强度，提高了控制精度，确保了生产过程的平稳运行，圆满达到了设计要求。

参考文献：

[1]马德信,孙宗文.广东大鹏液化天然气管线的自控系统[J].石油化工自动化,2008,1(49):49-53.

[2]毛宝瑚,郑金吾,刘敬彪.油气田自动化[M].山东:石油大学出版社,2005:5-10.

[3]杨宪惠,郭海涛.安全仪表系统的功能安全[M].北京:清华大学出版社,2007:9-10.

[4]张建国.安全仪表系统在过程工业中的应用[M].北京:石油大学出版社,2010:4-5.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.191