江西二期管網ESD系統應用淺析

倪秀云，謝歡歡，趙宏霞，詹華英，魏 蘭

江西省天然氣投資有限公司，江西南昌 330012

江西二期管網ESD系統應用淺析

倪秀云，謝歡歡，趙宏霞，詹華英，魏 蘭

江西省天然氣投資有限公司，江西南昌 330012

ESD系統作為長輸管道過程中站場的緊急保護系統在保障長輸管道平穩運行方面有不可替代的作用，它是場站運行的最后一道屏障，是減小事故災害，完成現場應急處置的重要手段。基于此，本文就江西二期管網ESD系統基本架構和軟件邏輯進行說明，結合我公司ESD系統實際中出現的故障進行分析，最后就如何保持ESD系統的安全完整性提出自己的幾點看法。

ESD系統；障分析；安全完整性

1 ESD系統概述

1.1 ESD系統獨立設計的必要性

ESD系統按照安全獨立原則要求，其安全級別需符合相應規范要求。據有關資料，當人在危險時刻的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，當操作人員面臨生命危險時，要在60s內作出反應，錯誤決策的概率高達99.9%。因此設置獨立于控制系統的安全連鎖是十分必要的。

1.2 江西二期管網ESD系統的作用

江西二期管網ESD系統作用：當場站運行時出現大面積天然氣泄漏、火災爆炸和嚴重自然災害時，實現全站的緊急切斷和放空。主要包括：進出站氣液聯動閥的關斷、燃料氣撬進氣電動閥的關閉、相關緊急切斷閥SSV的關斷、進出站SBDV電動放空閥的打開。最終實現全站緊急關斷后放空，使得緊急事故狀態下，管線內無天然氣，確保場站安全。

1.3 江西二期管網ESD系統主要控制信號

ESD機柜接入信號包括，ESD緊急切斷按鈕；進、出站氣液聯動閥1101開閥命令、關閥命令、ESD程序關閥命令，氣液聯動閥開到位狀態、關到位狀態、遠程控制狀態；電動放空閥、電動燃料氣撬關斷閥在氣液聯動閥信號的基礎上增加故障狀態顯示信號；此外報警輸出信號為保證可靠性也在ESD機柜中體現；火焰探測信號、可燃氣體探測高高報警信號同樣為保證信號輸入端可靠性也在ESD機柜中體現。

以上信號根據信號類型不同分別輸入不同的I/O模塊中，包括AI模擬量輸入、AO模擬量輸出、DI數字量輸入、DO數字量輸出。

2 ESD觸發邏輯說明

為保證ESD系統的高安全可靠性，在保證硬件設施質量的前提下，ESD邏輯軟件編程質量的好壞也是保證ESD系統可靠運行的關鍵因素。

2.1 ESD邏輯迅速響應的硬件設施

江西二期管網ESD系統主要采用了由Allen Bradley公司的RSLOGIX5000和HoneyWell公司的Safety Manager兩種系列PLC組成，都屬于市場上比較成熟的產品。ESD控制系統CPU的掃描周期一般在幾十毫秒，根據控制系統所掃描的控制點的數量，一般在50ms左右，所以ESD的響應時間是極為迅速的。

2.2 ESD邏輯響應的可靠性設計程序

ESD按鈕硬點接入I/O模塊，CPU將I/0模塊地址對應其寄存器地址，程序通過掃描寄存器地址判斷ESD按鈕狀態，若按下程序往下執行，到達TON（延時導通計時器指令），當DN預置值達到累加值500ms時，EN使能位觸發。EN使能位觸發，ESD Timer[0].DN置位導通，OTE指令被使能，程序往下執行。

在觸發ESD邏輯實際動作前，程序進行了PLC_ RUN、R1S1數據點的掃描。 PLC_RUN為GSV（獲取系統數值指令）監視系統數據后確定主PLC運行狀態正常的數據點，R1S1為GSV（獲取系統數值指令）監視系統數據后確定模塊運行狀態正常的數據點。因此，排除了因CPU或R1S1寄存器故障導致的程序誤觸發，保證了ESD觸發程序的可靠性。

3 ESD系統故障分析

3.1 ESD系統Allen-Bradley ControlLogix系列CPU完成上電后觸發ESD邏輯

江西二期管網維修隊對九江分輸站ESD系統進行穩定性測試時發現，對現場工藝流程做好相應防護措施后，對1#CPU（主用）、2#CPU（備用）下電，對2#CPU（備用）上電，當CPU由wait變為pass啟動成功瞬間，現場ESD程序觸發。

對ESD執行程序進行多次研讀，發現該場站ESD觸發程序缺少PLC_RUN_1的XIC判斷點。

由于HS_0001_1的判斷延時是0.5s，程序啟動完成后CPU以ms級速度對各點進行掃描，當掃描到HS_0001_1時，HS_0001的常閉狀態要0.5s后才執行給HS_0001_1，因此CPU掃描HS_0001_1時為常開觸點，程序往下執行ESD觸發程序。

3.2 ESD系統無外界干擾情況下自動觸發ESD程序

江西二期管網贛州末站上位機報警顯示贛州接收站出現HS_0001按鈕被按下報警。查看上位機報警，發現2014年12月13日08時13分39秒出現按鈕HS_0001按下報警，08時13分49秒出現按鈕恢復報警。按鈕常閉觸點自行斷開時間為10s。由于贛州接收站程序延時設定5s，報警顯示ESD按鈕被按下10s，判斷ESD邏輯觸發。

經故障排查發現，按鈕HS_0001為常閉觸點，其由于長期運行導致電阻值偏大，程序通過電平值判斷按鈕斷開即相當于被按下，觸發程序。

安全儀表系統中，過程關斷不是有SIS系統設計的保護過程故障引起的跳閘成為謬誤跳閘也稱作噪擾跳閘或者假關斷，一般故障引起原因有，硬件故障、軟件故障、電氣故障、瞬變、接地干擾等引起。

因此ESD按鈕質量保證也是ESD系統可靠性保證要素之一。

4 如何提高ESD系統安全完整性的建議

4.1 ESD系統帶故障診斷常開觸點的應用

目前，越來越多的安全儀表標準提出對輸入回路進行診斷的技術要求，這對ESD按鈕的選型具有很重要的指導意義。

優點：帶有診斷電阻的ESD按鈕，將SIS系統安全回路的隱性故障轉化為顯性故障，提高了SIS系統的安全可用性，不會引起謬誤跳閘，符合安全儀表系統標準的要求。ESD按鈕帶診斷電阻，在ESD按鈕沒有被按下時，DI回路的電阻大而回路電流小，DI回路一直有效電流，對ESD按鈕DI回路起到診斷的作用，一旦任何一個位置的電纜斷開，小電流就會消失，安全儀表系統就會診斷報警，提醒操作人員進行回路維護，此時并不觸發安全儀表系統的保護程序。缺點：ESD按鈕帶診斷電阻價格高。由于不同供貨商SIS系統DI回路的技術指標不同，在設計SIS系統時需要統籌考慮ESD按鈕診斷電阻的大小，確保回路診斷電流、觸發SIS系統回路電流符合DI模塊的技術指標。

4.2 安全儀表系統與過程控制系統的嚴格區分

ESD控制系統的安全響應時間與系統所掃描的控制點數密切相關，因此為保證ESD系統的迅速響應，除參與ESD系統邏輯判斷的信號點外，其他信號點一般接入過程控制系統而不接入ESD系統。

5 結論

ESD的應用越來越多，作為安全儀表系統（SIS），ESD系統需要獨立于過程控制系統設計。為保證ESD邏輯觸發的可靠性和安全完整性等級應從硬件和軟件兩方面保證。既要有高質量的硬件做支撐更要編寫出嚴謹、無誤的ESD觸發程序。

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[3]李文波，蘇國勝.國外長輸管道安全管理與技術綜述[J].安全、健康和環境，2005（1）.

TP3

A

1674-6708（2015）148-0066-02

倪秀云，畢業院校：中國石油大學，現主要從事江西天然氣二期管網自控通信設施的全面運行管理工作