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長輸管道安全儀表系統(tǒng)設(shè)計

文檔作者：李冬華文檔來源：中國石油天然氣管道工程有限公司東北分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月17日
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應(yīng)用研究}APPLICATION RESEARCH CHINA INSTRUMENTATION中閩俄囂镢表
長輸管道安全儀表系統(tǒng)設(shè)計
Design of Safety Instrumented System in Pipeline
李冬華
(中國石油天然氣管道工程有限公司
東北分公司，遼寧沈陽110031)
摘要：我國長輸管道的快速發(fā)展，對其安全平
穩(wěn)運行提出了更高的要求，安全儀表系統(tǒng)
(SIS)作為長輸管道數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)
(SCADA)的重要組成部分顯得越來越重
要。一個技術(shù)先進、性能可靠、應(yīng)用靈活的
安全儀表系統(tǒng)，是長輸管道ScADA系統(tǒng)設(shè)
計時考慮的重點。
關(guān)鍵詞：長輸管道安全儀表系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)
Abstract：W ith rapid development of pipelines
in ours country，the safety and stability is put
forward higher request，Safety Instrumented System
(SIS)，an important component of pipelines，is
becoming more and more important．SIS system
of advanced technology,reliable performance，and
flexible application is key point that designers have
to consider during designing of pipelines SCADA
system ．
Key words：Pipeline SIS SCADA
56
2012年第3期
1引言
在現(xiàn)代長輸管道系統(tǒng)中，如果某個設(shè)備工作不
正常，可能導致管線停輸，甚至可能造成火災、爆炸
等危險事件，對人員、設(shè)備和環(huán)境造成災難性后果。
長輸管道安全儀表系統(tǒng)作為SCADA系統(tǒng)的重要組
成部分，越來越引起長輸管道生產(chǎn)管理者、維護者
和設(shè)計者的關(guān)注與重視。
本文以慶鐵四線原油管道為背景，介紹了一種
技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)合理的長輸管道安全儀表系統(tǒng)。
2安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計原則
慶鐵四線原油管道安全儀表系統(tǒng)設(shè)計時主要
遵循以下幾條原則：
(1)系統(tǒng)獨立設(shè)置：將安全儀表系統(tǒng)從功能上
分離設(shè)置。
(2)系統(tǒng)安全完整性：充分考慮系統(tǒng)的各個組
成部分，如檢測儀表、控制器、執(zhí)行器及傳輸電纜
等對整個安全儀表系統(tǒng)的安全完整性的影響。一般
情況長輸管道安全儀表系統(tǒng)的安全完整性等級為
SIL2級。
(3)系統(tǒng)可用性：充分考慮各個安全功能的需
求及它們之間的相互影響，又應(yīng)處理好與SCADA的
關(guān)系。
(4)功能優(yōu)先：確保安全儀表系統(tǒng)在功能上及
其產(chǎn)生動作上優(yōu)先于SCADA系統(tǒng)安全功能的需求
及它們之間的相互影響，又應(yīng)處理好與SCADA的關(guān)
系。
中閱豫囂住表CHINA INSTRUMENTATION
2012年第3期
APPLICATION RESEARCH f應(yīng)用研究
3長輸管道安全儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)慶鐵四線輸油管道的工藝要求，其安全
儀表系統(tǒng)分成：緊急停車系統(tǒng)(ESD)、機泵監(jiān)視系
統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)及火氣報警系統(tǒng)等幾個功能相對
獨立的控制系統(tǒng)。
3．1緊急停車系統(tǒng)(ESD)
ESD系統(tǒng)是保證管道及各站場安全的重要系
統(tǒng)。當管線或站場發(fā)生意外事故，如：火災、爆炸、
大量原油泄露等情況時，為了保障站場和管線的安
全，避免造成更大的損失，設(shè)置ESD功能，當ESD
功能被觸發(fā)時，將停運一切站內(nèi)工藝運行設(shè)備，把
管線與事故站隔離，減小損失，盡最大程度保證安
全。
ESD系統(tǒng)的功能設(shè)置分為3級：單體設(shè)備ESD、
泵站隔離、全線快速停車。全線快速停車命令只能
由沈陽調(diào)度中心發(fā)出。
進站壓力、泵入口匯管壓力、出站壓力各設(shè)置2
個壓力變送器信號去ESD系統(tǒng)，另外每個信號還設(shè)
置2個壓力變送器信號去SCADA系統(tǒng)，當SCADA系
統(tǒng)檢修或SCADA系統(tǒng)故障時，ESD系統(tǒng)完成壓力保
護作用。當進站壓力高時，全線ESD功能觸發(fā)；當泵
入口匯管壓力低于設(shè)定值時，延遲t秒，執(zhí)行順序停
泵，直至壓力正常；當出站壓力高于設(shè)定值時，立即
執(zhí)行順序停泵，直至壓力正常。
3．2機泵監(jiān)視系統(tǒng)
當泵軸承溫度、泵殼溫度、泵機械密封泄漏、泵
振動、電機三項繞組溫度、電機定子溫度等檢測參
數(shù)超限時，機泵監(jiān)視系統(tǒng)立即執(zhí)行機泵聯(lián)鎖保護程
序。
3．3火災報警系統(tǒng)
站控室和變電所設(shè)置感煙探測器、感溫電纜。
當系統(tǒng)檢測到火災信號時，火災報警系統(tǒng)將發(fā)出聲
光報警信號，并由火災報警盤顯示火災發(fā)生的位
置。
在站控室和變電所走廊適當位置設(shè)置地址式
手動火災報警按鈕、警笛(警鈴)。
火災報警系統(tǒng)由消防電源、控制器、輸入輸出
模塊、感溫探測器、感溫電纜、感煙探測器、手動報
警按鈕、聲光報警器組成，系統(tǒng)通過雙RS485總線
連接。
3．4火氣報警系統(tǒng)
室內(nèi)工藝裝置區(qū)內(nèi)安裝可燃氣體檢測儀表，在
站控室儀表盤上安裝可燃氣體報警器，顯示可燃氣
體濃度并報警，在重要工藝裝置區(qū)內(nèi)安裝防爆聲光
報警警笛，當可燃氣體濃度達到報警值時聯(lián)鎖啟動
通風機，同時向現(xiàn)場發(fā)出聲光報警，提醒操作人員，
如果其濃度繼續(xù)上升達到一定水平時，站控系統(tǒng)超
高限報警并停通風機，這時操作人員緊急停運所有
正在運行的輸油泵機組。
輸油泵房、供油泵房內(nèi)設(shè)火焰探測器，火焰檢
測信號引入站控室儀表盤上的火焰報警控制器顯示
報警。
3．5安全儀表系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)的關(guān)系
安全儀表系統(tǒng)是SCADA系統(tǒng)的重要組成部分，
安全儀表系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)配合非常重
要，在本自動控制系統(tǒng)中，安全儀表系統(tǒng)與SCADA
系統(tǒng)的關(guān)系如圖1所示。
SCAD A
系統(tǒng) 簍-7 安全儀表系統(tǒng)
火氣報警系統(tǒng)
以太網(wǎng)TCP／IP
ESD系統(tǒng)I I機泵監(jiān)視系統(tǒng)
圖1安全儀表系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)的關(guān)系
火災報警系統(tǒng)和火氣報警系統(tǒng)把相關(guān)報警信
息經(jīng)過火災報警控制器輸出后，以電纜的方式接入
SCADA系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)與ESD系統(tǒng)和機泵監(jiān)視
系統(tǒng)以通信的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，通信接口為TCP／
IP。
57
應(yīng)用研究l APPLICATION RESEARCH CHINAINSTRUMENTATION中閩{j【=囂{夏是
4安全儀表系統(tǒng)檢測儀表設(shè)計
安全儀表系統(tǒng)檢測儀表必須滿足以下條件：
(1)精度高，性能可靠、防爆等級不低于EXd
IICT6、防護等級不低于IP65，在長輸管道廣泛應(yīng)
用。
(2)所選儀表必需取得有關(guān)安全完整性認
證。
(3)關(guān)鍵儀表必需單獨設(shè)置，采取冗余方式。
如進站壓力、泵入口匯管壓力、出站壓力、火焰探測
器等。
壓力變送器可選用ROSEMOUNT／厶＼司3051S智
能型產(chǎn)品；可燃性氣體探測器與火焰探測器可選用
NET SAFETY／厶＼司的高安全性能的產(chǎn)品。
4．1安全儀表系統(tǒng)執(zhí)行器設(shè)計
為了保證安全儀表系統(tǒng)的可靠性，在慶鐵四線
原油管道中，采用高可靠度的的電液聯(lián)動球閥，該
閥行程時間為20-100s，其行程時間可根據(jù)要求調(diào)
整，而一般電動閥行程時間為120～300s，當接收到
安全儀表系統(tǒng)指令時，該閥能進行快速開關(guān)；該閥
還設(shè)有儲能器，保證在該閥掉電時，能夠完成一次操
作。
4．2安全儀表系統(tǒng)傳輸電纜設(shè)計
為了保證系統(tǒng)的安全，安全儀表系統(tǒng)的信號電
纜、火災報警系統(tǒng)總線均采用隔熱隔火的阻燃交聯(lián)
聚乙烯絕緣聚乙烯護套銅絲編織屏蔽控制電纜。
4．3安全儀表系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計
安全儀表系統(tǒng)中，ESD系統(tǒng)、機泵監(jiān)視系統(tǒng)各
自采用一套單獨的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的CPU模
塊、電源模塊及通信接口均采用冗余配置，該產(chǎn)品
在長輸管道廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品通過了安全認證，其安
全完整性等級為SIL2。
火災報警系統(tǒng)的主要特點：模擬量智能化、全
總線制、聯(lián)動型、局域網(wǎng)絡(luò)化。系統(tǒng)采用全總線通
信技術(shù)，報警與聯(lián)動制共線，可通過CAN總線將多
臺控制器聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成火災報警控制局域網(wǎng)系統(tǒng)。
2012年第3期
火氣報警系統(tǒng)采用單路聲光報警器進行報警，
報警器除了接收火氣檢測儀表的標準信號外，還能
輸出4~20mA標準信號和接點輸出信號接入SCADA
系統(tǒng)。
4．4安全儀表系統(tǒng)輸入輸出信號設(shè)計
(1)開關(guān)量輸入信號
1)安全儀表系統(tǒng)的開關(guān)量輸入信號采用常閉
(NC)信號；
2)緊急停車按鈕應(yīng)為常閉(NC)信號；
3)檢測元件的屏蔽、維護按鈕為常開(N0)信
號；
4)聯(lián)鎖保護復位按鈕為常開(N0)信號。
(2)開關(guān)量輸出信號
安全儀表控制系統(tǒng)的輸出至執(zhí)行元件(電磁閥
或電氣設(shè)備)之間的環(huán)節(jié)盡可能少。安全儀表系統(tǒng)控
制系統(tǒng)輸出的開關(guān)量信號為常閉(NC)信號，使得
電磁閥處于常帶電(勵磁)狀態(tài)，保證故障時電磁閥
失電(非勵磁)，相應(yīng)安全保護動作執(zhí)行，使受控設(shè)
備處于安全狀態(tài)。
(3)軟件設(shè)計
一套好的安全儀表系統(tǒng)除了可靠合理的硬件配
置外，軟件設(shè)計對系統(tǒng)性能也至關(guān)重要。軟件設(shè)計
時，首先必須考慮安全儀表系統(tǒng)程序優(yōu)先級最高；
其次，安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用軟件必須校驗自身，從而
確定軟件已完成它必須完成的功能。一個最有效的
軟件診斷是“流程控制”，程序流程校驗以確保正確
的順序執(zhí)行必須的功能。在程序的關(guān)鍵點，最好用
時間戳設(shè)置“標志”。
5結(jié)束語
在構(gòu)建和諧社會的旗幟下，安全生產(chǎn)已越來越
引起人們的廣泛關(guān)注，安全性已成為衡量現(xiàn)代工業(yè)
的一項重要指標，安全儀表系統(tǒng)也必將在國民生產(chǎn)
和現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用。本文介紹
的長輸管道安全儀表系統(tǒng)，從各個方面闡述了提高
安全儀表系統(tǒng)安全可靠性的要點，對長輸管道安全
中閱像囂依喪CHINAINSTRUMENTATION
2012年第3期
APPLICATION RESEARCH 『應(yīng)用研究
儀表系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)具有一定的借鑒作用。
參考文獻
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作者簡介：李冬華，工程師，從事長輸管道SCADA~．統(tǒng)方
面的設(shè)計與開發(fā)。
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