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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(北京)機械與儲運學院		點擊數：	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(北京)機械與儲運學院
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， 包括手動緊急關閉和自動緊急關閉。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、天然氣泄漏及火災和爆炸等事故。SIS系統(tǒng)的
應用將在短時間內將事故區(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用并取得良好的效果。
關鍵詞：壓氣站；安全儀表系統(tǒng)；功能；緊急關斷
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結構
SIS的設備組成隨著控制技術、通信技術和計
算機技術的發(fā)展，系統(tǒng)集成度不斷提高，也經歷了
一個由低到高、由簡單到復雜的演變過程，但其基
本結構不變，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結構
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、可燃氣體／
毒氣探測器(安裝于T藝裝置區(qū)、廠房內)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，使生產過程中的溫度、壓力、流量和液位等T
藝參數維持在規(guī)定的正常范同之內，保證正常的安
全生產。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，分離器
組的切換，壓縮機房通風控制，進風機的遠程手、
自動啟、停，儀表風供氣壓力監(jiān)控，空氣壓縮機數
據采集監(jiān)視和控制，數據采集監(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，電驅壓縮機組單機、
機監(jiān)控，火災報警系統(tǒng)的監(jiān)控，上傳DCC數據。
2．3 S l S功能
多 3．4 四級關斷
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)火災等情況
下，啟動“全站ESD”。觸發(fā)條件：①調度控制中
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
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)低于設定fIl[一定時問，則實施站
關閉，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
急關閉和自動緊急關閉。
3．1 一級關斷
全站緊急關閉：同時關閉進出站ESDV閥，切
斷站場與管線的聯(lián)通；關閉站內所有的動力設備，
僅保留安全撤離、消防、安全控制應用電源；所有
站ESDV關閉后自動打開站放空閥，將站內所有區(qū)
域高壓天然氣全部放空。一級關斷適用于壓氣站全站。
3．2 二級關斷
區(qū)域緊急關閉： 同時關閉事故區(qū)域進、出口
ESDV閥，切斷該區(qū)域與站場或管線的聯(lián)通；關閉
事故區(qū)域內所有動力設備，僅保留安全撤離、消
防、安全控制應用電源；區(qū)域進、出口ESDV閥關
閉后自動打開區(qū)域放空閥，將事故區(qū)域內所有天然
氣全部放空。二級關斷適用： 壓縮機廠房。
3．3 三級關斷
局部功能緊急關閉：同時關閉事故區(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
級關斷適用于單臺壓縮機組、分輸用戶調壓系統(tǒng)、
氣體加熱系統(tǒng)等。
單體設備緊急關閉：緊急關閉事故設備。適用
于單體動力設備、單路調壓系統(tǒng)、單臺氣體加熱設
備等。
4 設計、安裝和運行需注意的問題
(1)SIS單獨設置，與基本過程控制系統(tǒng)BPCS
隔離，不能通過數據通訊方式實現(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品最低要取得
SIL2認證或相當的實驗證明。
(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按鈕應配套診斷電阻，電阻連接方式
及電阻值符合相關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、手動旋轉復位形式。
(6)直流電源系統(tǒng)SIS和BPCS應分別獨立設
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采用直接硬接線方式實現(xiàn)。
(8)控制電纜鋪設應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。對于浮空設計的系統(tǒng)，應考慮配置相應的
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
于壓氣站有工藝復雜、設備眾多和運行壓力高等特
點，容易出現(xiàn)壓力超高、天然氣泄漏及火災和爆炸
等事故。SIS的應用將在短時間內將事故區(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用并取得良好的效
果。隨著SIS應用的不斷深入，壓氣站的安全從技
術層面得到越來越多的保障。
(欄目主持楊軍)
油氣田地面z程(http：／／、 ，w．yqtdmgc．c。m) 一9一

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