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長輸管道壓氣站安全儀表系統(tǒng)

文檔作者：朱喜平張來斌粱偉文檔來源：中國石油大學(xué)(北京)機械與儲運學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月16日
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第33卷第6期(2014．06)(行業(yè)論壇)
長輸管道壓氣站安全儀表系統(tǒng)
朱喜平 張來斌 粱偉 中國石油大學(xué)(北京)機械與儲運學(xué)院
摘要：按照lEC6151 1中的定義，安全儀表系統(tǒng)(Safety Instrumented System，SIS)是由傳感
器、邏輯控制器和執(zhí)行器組成，能夠行使一項或多項安全儀表功能的儀表系統(tǒng)。壓氣站SIS的安
全功能主要包括進／出站系統(tǒng)緊急切斷和放空，增壓系統(tǒng)的保護、切斷和放空，以及探測系統(tǒng)等
幾部分。壓氣站的ESD控制功能分為四級， 包括手動緊急關(guān)閉和自動緊急關(guān)閉。壓氣站是天然
氣輸氣管道的主要組成部分，容易出現(xiàn)壓力超高、天然氣泄漏及火災(zāi)和爆炸等事故。SIS系統(tǒng)的
應(yīng)用將在短時間內(nèi)將事故區(qū)域進行隔離和放空，有效控制和降低事故造成的影響和損失，目前
在壓氣站得到廣泛的應(yīng)用并取得良好的效果。
關(guān)鍵詞：壓氣站；安全儀表系統(tǒng)；功能；緊急關(guān)斷
doi：10．39694．issn．1006-6896．2014．6．004
1 安全儀表系統(tǒng)
按照IEC61511中的定義，安全儀表系統(tǒng)
(Safety Instrumented System，SIS)是由傳感器、邏
輯控制器和執(zhí)行器組成，能夠行使一項或多項安全
儀表功能的儀表系統(tǒng)。安全儀表系統(tǒng)主要用來監(jiān)視
控制系統(tǒng)的狀態(tài)，判斷危險條件，防止危險發(fā)生或
者減輕事故造成的影響，在天然氣站場上通常把
SIS稱作緊急停車系統(tǒng)(Emergency Shutdown Sys—
tem，ESD)。
1．1 典型的SlS結(jié)構(gòu)
SIS的設(shè)備組成隨著控制技術(shù)、通信技術(shù)和計
算機技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)集成度不斷提高，也經(jīng)歷了
一個由低到高、由簡單到復(fù)雜的演變過程，但其基
本結(jié)構(gòu)不變，是由觸發(fā)模塊、邏輯控制模塊和執(zhí)行
模塊3個基本部分組成，如圖1所示。
一
檢 輸 邏 輸
執(zhí)
測 入 —．．． 輯 一◆ 出 行
模 模 】琶
算 模 模
塊 塊 模 塊 塊
塊
圖1 典型的sls結(jié)構(gòu)
1．2 觸發(fā)模塊
觸發(fā)模塊由多種傳感器組成，主要是監(jiān)測被測
量的信息，并將檢測到的信息按某種方式轉(zhuǎn)換后以
電信號或其他所需形式輸 ，從而實現(xiàn)信息的傳
輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
壓氣站觸發(fā)模塊的傳感器主要包括壓力變送
器、溫度變送器、壓力／溫度／液位開關(guān)、可燃氣體／
毒氣探測器(安裝于T藝裝置區(qū)、廠房內(nèi))火焰探
測器、振動傳感器、火氣報警控制器或系統(tǒng)等。
2 壓氣站SI S
壓氣站主要包括 r藝系統(tǒng)、 控系統(tǒng)、電氣系
統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和陰極保護系統(tǒng)等，其中一r藝系統(tǒng)又
包括分離系統(tǒng)、調(diào)壓系統(tǒng)、汁量系統(tǒng)、排污系統(tǒng)和
放空系統(tǒng)等； 自控系統(tǒng)主要由BPCS系統(tǒng)和S1S系
統(tǒng)組成。
2．1 SIS和BPCS關(guān)系
SIS不同于基本過程控制系統(tǒng)(Basic process
control system，BPCS)，BPCS執(zhí)行基本過程控制功
能，使生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量和液位等T
藝參數(shù)維持在規(guī)定的正常范同之內(nèi)，保證正常的安
全生產(chǎn)。BPCS是主動的、動態(tài)的，而SIS是被動
的、靜態(tài)的。由于SIS是靜態(tài)的，故要對其進行劇
期性的診斷和測試。SIS獨立于BPCS，其安全級別
高于BPCS。
2．2 壓氣站BPOS
壓氣站BPCS功能主要包括壓氣站啟動控制，
壓氣站正常關(guān)閉控制，壓縮機組 口流量測量，循
環(huán)水控制，自動增壓水箱控制，所有泵的遠程手動
啟、停，所有電動閥門的遠程手動開、關(guān)，分離器
組的切換，壓縮機房通風(fēng)控制，進風(fēng)機的遠程手、
自動啟、停，儀表風(fēng)供氣壓力監(jiān)控，空氣壓縮機數(shù)
據(jù)采集監(jiān)視和控制，數(shù)據(jù)采集監(jiān)視，壓縮機房可燃
一8一 油氣田地面工程(http：／／www
．yqtdmgc．corn)
第33卷第6期(2014．06)(行業(yè)論壇)
氣體／火焰報警系統(tǒng)監(jiān)控，電驅(qū)壓縮機組單機、
機監(jiān)控，火災(zāi)報警系統(tǒng)的監(jiān)控，上傳DCC數(shù)據(jù)。
2．3 S l S功能
多 3．4 四級關(guān)斷
壓氣站SIS的安全功能主蜃包括進／出站系統(tǒng)緊
急切斷和放空，增 系統(tǒng)的保護、切斷和放空，以
及探測系統(tǒng)等幾部分。
(1)站緊急關(guān)閉。當站場 現(xiàn)緊急事故，上、
下游輸氣管道出現(xiàn)緊急事故或站場 現(xiàn)火災(zāi)等情況
下，啟動“全站ESD”。觸發(fā)條件：①調(diào)度控制中
心(DCC)發(fā)出“全站ESD”命令；②現(xiàn)場裝置區(qū)
附近的“全站ESD” 按鈕被按動；③站控ESD機
柜前面板上的“全站ESD”按鈕被按動；④控制室
內(nèi)墻上的“全站ESD” 按鈕被按動。ESD系統(tǒng)接收
到“全站ESD”命令后執(zhí)行以下操作指令：同時關(guān)
閉進站閥和fn站閥，壓力監(jiān)控系統(tǒng)中的安全切斷
閥、自用氣管路中的切斷閥；同時輸出1個DO信
號(加常開接點繼電器，DO輸出時接點閉合)，啟
動全站ESD報警器，提示現(xiàn)場T作人員，參與ESD
的閥門全部關(guān)閉后，再打開放空閥進行全站放空。
(2)進、出站爆管檢測。進／m站區(qū)3臺壓力變
送器同時檢測管線壓力，當 個及以上變送器檢測
到的壓降速率持續(xù)低于設(shè)定fIl[一定時問，則實施站
關(guān)閉，實現(xiàn)爆管檢測控制。
3 壓氣站ESD分級
壓氣站的ESD控制功能分為四級，包括手動緊
急關(guān)閉和自動緊急關(guān)閉。
3．1 一級關(guān)斷
全站緊急關(guān)閉：同時關(guān)閉進出站ESDV閥，切
斷站場與管線的聯(lián)通；關(guān)閉站內(nèi)所有的動力設(shè)備，
僅保留安全撤離、消防、安全控制應(yīng)用電源；所有
站ESDV關(guān)閉后自動打開站放空閥，將站內(nèi)所有區(qū)
域高壓天然氣全部放空。一級關(guān)斷適用于壓氣站全站。
3．2 二級關(guān)斷
區(qū)域緊急關(guān)閉： 同時關(guān)閉事故區(qū)域進、出口
ESDV閥，切斷該區(qū)域與站場或管線的聯(lián)通；關(guān)閉
事故區(qū)域內(nèi)所有動力設(shè)備，僅保留安全撤離、消
防、安全控制應(yīng)用電源；區(qū)域進、出口ESDV閥關(guān)
閉后自動打開區(qū)域放空閥，將事故區(qū)域內(nèi)所有天然
氣全部放空。二級關(guān)斷適用： 壓縮機廠房。
3．3 三級關(guān)斷
局部功能緊急關(guān)閉：同時關(guān)閉事故區(qū)域進、出
口ESDV閥或安全緊急截斷閥(SSV)，切斷該區(qū)域
與站場或管線的聯(lián)通，必要時放空局部天然氣。三
級關(guān)斷適用于單臺壓縮機組、分輸用戶調(diào)壓系統(tǒng)、
氣體加熱系統(tǒng)等。
單體設(shè)備緊急關(guān)閉：緊急關(guān)閉事故設(shè)備。適用
于單體動力設(shè)備、單路調(diào)壓系統(tǒng)、單臺氣體加熱設(shè)
備等。
4 設(shè)計、安裝和運行需注意的問題
(1)SIS單獨設(shè)置，與基本過程控制系統(tǒng)BPCS
隔離，不能通過數(shù)據(jù)通訊方式實現(xiàn)SIS系統(tǒng)安全功能。
(2)對于儀表安全功能，傳感器、邏輯計算器
和最終元件應(yīng)具有最低的硬件故障裕度，使得在1
個或幾個硬件危險故障的情況下，仍能保證所要求
的儀表安全功能正常。
(3)壓氣站的輸入元件要求產(chǎn)品最低要取得
SIL2認證或相當?shù)膶嶒炞C明。
(4)所有安全功能的的輸人點和輸 點都是故
障安全型，即在安全功能不動作的正常T作狀態(tài)下
是帶電的，斷電的情況下安全儀表動作，將過程帶
入安全狀態(tài)。
(5)ESD按鈕應(yīng)配套診斷電阻，電阻連接方式
及電阻值符合相關(guān)SIS系統(tǒng)DI模塊回路診斷要求，
宜采用按壓動作、壓緊自鎖定、手動旋轉(zhuǎn)復(fù)位形式。
(6)直流電源系統(tǒng)SIS和BPCS應(yīng)分別獨立設(shè)
置，SIS直流電源要求冗余配置，并提供不少于
30 rain的后備電池。
(7)SIS檢測信號的輸入、觸發(fā)信號輸入、控
制信號輸出原則上應(yīng)采用直接硬接線方式實現(xiàn)。
(8)控制電纜鋪設(shè)應(yīng)滿足防雷電脈沖要求，當
SIS電源接地與BPCS要求不一致時，要加裝接地隔
離裝置。對于浮空設(shè)計的系統(tǒng)，應(yīng)考慮配置相應(yīng)的
接地故障檢測措施。
(9)各級ESD按鈕，分別直接接入SIS系統(tǒng)，
采用常閉觸點。
5 結(jié)語
壓氣站是天然氣輸氣管道的主要組成部分，由
于壓氣站有工藝復(fù)雜、設(shè)備眾多和運行壓力高等特
點，容易出現(xiàn)壓力超高、天然氣泄漏及火災(zāi)和爆炸
等事故。SIS的應(yīng)用將在短時間內(nèi)將事故區(qū)域進行
隔離和放空，有效控制和降低事故造成的影響和損
失，目前在壓氣站得到廣泛的應(yīng)用并取得良好的效
果。隨著SIS應(yīng)用的不斷深入，壓氣站的安全從技
術(shù)層面得到越來越多的保障。
(欄目主持楊軍)
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