ESD系统在天然气输气管道的应用探讨

吴振宙 陈青华 邓立 倪凯（中国石油西气东输管道公司广东管理处， 广东 广州 510665）

ESD系统在天然气输气管道的应用探讨

吴振宙 陈青华 邓立 倪凯
（中国石油西气东输管道公司广东管理处， 广东 广州 510665）

天然气在输送的过程中，因其易燃易爆的特性，容易发生爆炸的危险，因此，对输送管道进行安全管理以及实时监测，对防止安全隐患的发生具有重要的作用。本文将对ESD系统在西气东输天然气输气管道中的应用进行介绍，通过对运行情况、性能的可靠性等的分析，确定其应用价值，为其大范围的推广使用提供参考依据。

ESD系统；天然气输气管道；应用

0 引言

ESD紧急停车系统，是经过认证具有一定安全等级的，用于降低生产风险的安全保护系统。在天燃气输气管道中安装ESD保护系统，可以对危险进行检测和处理，对保证生产、人员以及周围环境安全具有重要的作用。自20世纪90年代ESD系统出现以后，因其良好的性能受到了人们的一致好评。

1 ESD系统的结构组成

（1）检测单元 利用仪表和系统将控制功能及安全连锁功能分开，切断了ESD系统和过程控制系统的联系，经过物理隔离之后的ESD系统能够单独地实施安全监控和隐患处理，从而保证生产过程安全。

（2）控制单元 由三个部分组成，即输入模块、逻辑运算模块和输出模块，在信息自动传导到输入模块之后，经过运算之后就可确定运行过程中是否有故障生成［1］。一般情况下，ESD系统会有一个特殊的硬件配置，用以确保运行系统安全。

（3）执行单元 在ESD系统中，执行单元的危险系数最高，通常为阀门或机构。在ESD系统正常工作的情况下，执行单元处于静止状态，这一状态直至持续到ESD系统运行状况不良好时才会改变。执行单元的可靠性对ESD系统的安全性具有重要的影响。

2 ESD系统的设计原则

为了达到及时检测和处理危险的目的，系统设计要尽量减少中间环节，以缩短系统感受危险的时间。同时，为了保障系统的可靠性和灵活性，在设计上应采用故障安全型以及冗余容错结构。

（1） ESD系统故障安全原则 故障安全原则指ESD系统受到外界干预而使系统安全保障功能失效时，受保护对象能够按照预定的运转程序进入安全停车状态。

（2）ESD系统的冗余容错 冗余是将具有相同功能的模块或部件进行联系以后，能够对系统故障进行自动检测，并自动转入后备设备中［2］。容错是在功能模块无法发挥功能性作用的情况下，能够替代失效模块继续发挥特定的功能。两者存在辨证统一的关系。

（3）ESD系统的安全完整性 在安全系统当中，系统完整性对于安全效率的发挥具有重要的作用。在确定ESD系统安全完整性的过程中，需要对破坏安全性的因素进行研究，进而提出安全保障措施。安全完整性等级为系统的性能提供了衡量标准，一般等级越高，安全性能越好，出现错误的几率也就越小。

3 ESD系统在天然气输送管道中的应用

（1）应用背景 西气东输天然气管道的建立对于我国能 源战略的实施具有重要的作用。管道始于中亚土库曼斯坦与乌兹别克斯坦边境的格达伊姆地区，经过乌兹别克斯坦和哈萨克斯坦境内，进入到我国新疆维吾尔地区的霍城县。西一线到达上海，西二线到达广州、香港地区，沿线设置了一定数量的阀室、站场，保障了能源运输的畅通［3］。

（2）ESD系统的配置和应用 广州分输压气站的ESD系统采用了经安全检验合格后的霍尼韦尔Safety Builder。为了保证计量系统的可靠性，ESD模块一般采用限度一定的冗余装置。通过两套完全相同的ESD控制器，以主机和备用机的形式进行工作运行转换［4］。计量站ESD系统采用系统内部供电和系统外部供电两种供电方式，以避免上述问题的出现。外部供电主要向主机以及I/O 模块的负载进行供电，而内部供电主要向机架模块供电。

广州分输压气站的ESD系统的阀门启动的条件为任何一个现场ESD紧急按钮或站控内的一个ESD按钮被按下。按照逻辑思维对ESD系统的运行进行分析，运行过程为两个进站的ESD阀门因电磁阀无电而自动关断，致使天然气无法进站，同时，出站阀门也关闭，无法开启，致使天然气无法输送出去，进出站阀关到位后打开ESD放空阀实现紧急放空，从而使站场完全停运。为了使上述阀门在故障状态下能够处于安全位置，对电磁阀的设计应采用故障安全型的电路。

4 结语

天然气输气管道运行事故的发生将造成重大的人员伤害和生产损失，因此，对于处理可引发安全事故发生，降低安全隐患的ESD系统，其安全运行情况将直接关系到检测结果的好坏，要给予高度的重视。对于ESD系统检测单元，要达到一定的等级，为保护系统的运行安全创造条件。

［1］廖柯熹，杨艺，白国红，等.输气站场ESD系统的SIL定级与验证［J］.中国安全生产科学技术，2015，12（1）：161-165.

［2］邱昌胜.天然气管道某计量站 ESD 系统的技术改造［J］.化工自动化及仪表，2015，5（7）：840-843.

［3］黄克海，王勇，肖正，等.ESD系统在低浓度煤层气含氧液化装置中的应用［J］.矿业安全与环保，2012，39（1）：36-39.

［4］陈彦，陈超声.浅析西气东输二线ESD系统的功能安全现状［J］.仪器仪表用户，2014，26（2）：90-93.