長輸管道安全儀表系統的設計研究

封雪飛中國石油天然氣股份有限公司管道長春輸油氣分公司

長輸管道安全儀表系統的設計研究

封雪飛
中國石油天然氣股份有限公司管道長春輸油氣分公司

文章首先分析了安全儀表系統的設計原則，并從系統結構層面分析長輸管道安全儀表的功能組成。其次將設計過程中需要重點注意的功能實現條件為論述對象，對技術方法進行解釋，為長輸管道使用提供安全保障，設計方案也更具有可行性。

長輸管道；安全儀表；系統設計

一、安全儀表系統的設計原則

安全儀表系統在長輸管道中獨立存在，實現功能也都是由各自的控制模塊來完成。對其進行設計時，要遵從以下幾方面原則：首先是系統的安全性，各功能模塊相互獨立但在工作過程中需要配合運行，干擾問題必須得到解決。可在系統中安裝檢測裝置，間隔一段時間將管道輸送情況反饋至管理中心，由計算機設備分析運算。其次是系統設計完成后在現場的可行性，設計工作要結合石油輸送管線的實際情況來進行，僅僅從方案中進行優化缺乏科學依據，參照測量結果對方案展開可節省實施時間。最后是功能是否可以滿足使用要求，對安全儀表系統進行設計的最終目的是為生產運輸提供保障，功能檢驗自然成為重中之重，與其他系統在性能上互補，彼此之間不會產生干擾。嚴格遵從上述原則開展設計工作，可提升長輸管道的使用安全，系統也更具有可行性。

二、長輸管道安全儀表系統結構

安全儀表作為檢測設備使用頻繁，在其功能中還包含緊急停止，故障警報，常規監測等方面。下面對結構組成進行詳細說明。

1、緊急停車系統(ESD)

緊急停車是在輸送環節發生意外才會進行的，目的在于將災害控制在最小范圍內，避免蔓延應發更嚴重的事故。以火災事故為例，當發生隱患后，安全儀表中的探測裝置會快速捕捉到異常，將信息傳遞至控制模塊，同時控制模塊向總管道中發出停止的指令，以此來導通斷開開關，實現緊急停止。停車后管道內的輸送活動會終止，避免原油與火災發生區域接觸，同時還能起到阻隔作用，為救援爭取更多時間。

全線停車會對生產任務造成影響，因此在安全儀表系統中設置了不同檔位的停車指令。災害發生在局部，并且影響較小時，可只對這一部分進行停車處理，與總體線路相隔離。發生在主干管線時則需要將這一部分傳輸區域終止作用。發生區域對整個輸送系統都會造成影響時，要停止一切生產活動，并阻斷電源，及時展開搶修。

2、機泵監視系統

監測是安全儀表系統設計中的重要環節，也是實現功能必不可缺的一項。機泵監視環節主要是對輸送過程中的壓力參數進行測量，通過計算機設備的運算可以判斷現場是否存在泄漏情況，動力供應能否滿足石油輸送需求。反饋數據出現異常時會在系統內部自動調節。

3、火災報警系統

火災隱患一直是長輸管道運營中的重點防護對象，安全儀表系統通過探測裝置來感知傳送環節的溫度異常，并配合控制模塊執行指令。起火后產生的煙霧與周圍環境溫度變化被捕捉到后系統會判斷是否屬于火災事故，確定后警報會響起，通知工作人員開展應急措施。報警系統還包含一部分人工操作項目，但不會對整體生產安全造成影響，技術工人在對輸送管線進行排除時一旦發現火災隱患也可手動按下報警裝置。

4、火氣報警系統

室內工藝裝置區內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，在重要工藝裝置區內安裝防爆聲光報警警笛，當可燃氣體濃度達到報警值時聯鎖啟動通風機，同時向現場發出聲光報警，提醒操作人員，如果其濃度繼續上升達到一定水平時，站控系統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。

5、安全儀表系統與SCADA系統的關系

數據采集監控系統與安全儀表設計結合后在使用功能方面更加完善，儀表運轉由自動化技術控制，下面將以框圖的形式對功能實現原理進行講解，幫助讀者明確運行流程。

火災報警是在感知到煙霧與溫度異常時發出的，在信息傳輸環節要求嚴格，以電磁波信號的形式進行。由圖可知報警系統與信息傳送裝置共同構成了安全儀表火災報警模塊。

三、安全儀表系統檢測儀表設計

1、安全儀表系統執行器設計

為了保證安全儀表系統的可靠性，采用高可靠度的電液聯動球閥，該閥行程時間為20-100s，其行程時間可根據要求調整，而一般電動閥行程時間為120～300s，當接收到安全儀表系統指令時，該閥能進行快速開關；該閥還設有儲能器，保證在該閥掉電時，能夠完成一次操作。

2、安全儀表系統傳輸電纜設計

為了保證系統的安全，安全儀表系統的信號電纜、火災報警系統總線均采用隔熱隔火的阻燃交聯聚乙烯絕緣聚乙烯護套銅絲編織屏蔽控制電纜。

3、安全儀表系統控制系統設計

火災報警系統的主要特點：模擬量智能化、全總線制、聯動型、局域網絡化。系統采用全總線通信技術，報警與聯動制共線，可通過CAN總線將多臺控制器聯網構成火災報警控制局域網系統。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。

4、安全儀表系統輸入輸出信號設計

開關量輸出信號，安全儀表控制系統的輸出至執行元件(電磁閥或電氣設備)之間的環節盡可能少。安全儀表系統控制系統輸出的開關量信號為常閉(NC)信號，使得電磁閥處于常帶電(勵磁)狀態，保證故障時電磁閥失電(非勵磁)，相應安全保護動作執行，使受控設備處于安全狀態。

小結

安全性成為衡量現代工業的一項重要指標，安全儀表系統也必將在國民生產和現代化建設中發揮越來越重要的作用。本文介紹的長輸管道安全儀表系統，從各個方面闡述了提高安全儀表系統安全可靠性的要點，對長輸管道安全儀表系統的設計與開發具有一定的借鑒作用。

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