淺談LNG接收站綜合控制系統(tǒng)

謝騰騰,閔祥紅（.中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司; .山東魯新設(shè)計工程有限公司,濟南 500）

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淺談LNG接收站綜合控制系統(tǒng)

謝騰騰1,閔祥紅2
（1.中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司; 2.山東魯新設(shè)計工程有限公司,濟南 250101）

摘 要：結(jié)合液化天然氣接收站工藝生產(chǎn)特點，介紹了綜合控制系統(tǒng)的組成，并且分別介紹了綜合控制系統(tǒng)各個子系統(tǒng)的功能及通訊連接。最后，說明了ICS系統(tǒng)可以有效的保證生產(chǎn)安全并提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：LNG；ICS；DCS；FGS

液化天然氣(Liquefied Natural Gas,LNG)作為稀缺清潔能源已成為石油之后全球爭奪的熱門能源。結(jié)合我國多煤少氣缺油的能源現(xiàn)狀，引進LNG可以改善能源消費結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染，而建立LNG接收站是進口LNG的重要一個環(huán)節(jié)。為了提高LNG接收站的自動化水平，確保運行安全，減少運行成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)造最佳的社會效益，建立一套綜合控制系統(tǒng)(Integrated Control System ,ICS)是必要的[1]。

1 綜合控制系統(tǒng)

ICS采用經(jīng)驗證的“先進”技術(shù)。應(yīng)采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以滿足接收站安全、運行、布置和施工的要求。綜合控制系統(tǒng)由一組負(fù)責(zé)LNG接收站儲罐運行控制與安全的相關(guān)綜合控制系統(tǒng)組成。ICS子系統(tǒng)主要系統(tǒng)包括：工藝控制系統(tǒng)(Process Control Systems,PCS)、安全儀表系統(tǒng)(Safety Instrument System,SIS)、火氣系統(tǒng)(Fire & Gas System,F&G)、配套系統(tǒng)(Associated systems)、分析器(Analysers)、計量系統(tǒng)(Metering systems)等。

2 工藝控制系統(tǒng)

PCS為操作員和ICS之間的主要界面。ICS使用PCS功能對ICS數(shù)據(jù)進行管理，并通過交互工作站呈現(xiàn)給操作員。PCS向操作員提供圖形顯示并通過操作員鍵盤和交互式圖形接收指令。操作員可在PCS工作站通過ICS組件系統(tǒng)控制并管理接收站。ICS組件控制系統(tǒng)可獲得裝置狀態(tài)、報警、裝置歷史并生成報告。工藝控制系統(tǒng)（PCS）為主要的控制系統(tǒng)，且為ICS的重要系統(tǒng)。工藝控制系統(tǒng)包括：操作員界面、報警管理、歷史數(shù)據(jù)和報告、調(diào)節(jié)控制、定序、邏輯和監(jiān)控功能、與其他ICS子系統(tǒng)之間的接口、與其他第三方系統(tǒng)之間的接口[2]。

3 安全儀表系統(tǒng)

SIS系統(tǒng)為專門設(shè)計的符合公認(rèn)國家標(biāo)準(zhǔn)的安全系統(tǒng)。主系統(tǒng)采用容錯安全程序雙處理器。技術(shù)室配備所有用于保護裝置選擇的I/O和處理器。此外，還配備其他通信和診斷部件。要求安全系統(tǒng)的相應(yīng)時間不得超過一秒，也就是說，跳閘狀態(tài)輸入至相應(yīng)輸出跳閘小于一秒，包括所有掃描、診斷和點對點通信[3]。I/O至少應(yīng)采用復(fù)制的安全應(yīng)用程序。SIS采用冗余光纖與PCS通訊，并提供操作員界面和記錄。SIS裝置應(yīng)通過認(rèn)證的安全通信鏈路或硬接線信號進行點對點連接。

4 火氣系統(tǒng)

火氣探測和報警系統(tǒng)采用容錯安全程序雙處理器和輸入/輸出（I/O）模塊。F&G系統(tǒng)設(shè)多個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)劃分是根據(jù)工藝區(qū)域和/或裝置建筑物由一個或多個區(qū)域組成。中央處理器生成相關(guān)區(qū)域所有必需的警報輸出(火、氣和故障等)這些將通過數(shù)據(jù)鏈路傳輸至PCS。PCS應(yīng)記錄所有火氣事件，且相關(guān)火氣事件J將在CCR的PCS控制臺進行顯示。控制臺設(shè)有用于SIS和F&G功能的硬接線表盤。[4] F&G功能應(yīng)包括一個各區(qū)域通用警報（火、氣或故障）顯示器以及少量用于手動啟動消防泵或手動啟動保護措施的開關(guān)。所有此類信號應(yīng)通過硬接線連接于F&G系統(tǒng)。F&G系統(tǒng)是向PA/GA系統(tǒng)和F&G表盤生成輸出的中央接口。裝置相關(guān)的所有F&G聲光報警應(yīng)由PA/GA系統(tǒng)生成。F&G系統(tǒng)通過硬接線生成所有必需的保護措施。此類保護措施包括啟動消防泵、啟動大水量滅火系統(tǒng)以及運行建筑HVAC。如若因火災(zāi)或氣體探測需進行緊急停車，F(xiàn)&G輸出通過硬接線輸入的形式輸送至SIS系統(tǒng)，且SIS系統(tǒng)將生成必需的輸出。

5 配套系統(tǒng)

（1）壓縮機控制系統(tǒng)。用于防喘振控制、能力控制和負(fù)載分配的壓縮機控制系統(tǒng)采用專用的專業(yè)系統(tǒng)。壓縮機制造商負(fù)責(zé)應(yīng)對系統(tǒng)操作進行規(guī)定，并進行供應(yīng)。空氣冷卻器和其他設(shè)備振動探頭可直接接線至PCS機柜；（2）暖通空調(diào)（HVAC）。HVAC系統(tǒng)由建筑承包商供應(yīng)。暖通空調(diào)系統(tǒng)采用其單獨的儀表和控制。暖通空調(diào)系統(tǒng)將連接于ICS，以便在相關(guān)的建筑物工藝中提供火氣警報和跳閘信號；（3）儲罐測量系統(tǒng)。儲罐測量系統(tǒng)（電平、溫度、壓力和密度等）通過數(shù)據(jù)高速通道連接于中央控制室內(nèi)的中央系統(tǒng)。該中央系統(tǒng)將收集所有同儲罐測量功能相關(guān)的必要信息，并進行必要的計算。通過鏈路連接將所有數(shù)據(jù)（測量數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)）傳輸至PCS；（4）電動閥操作系統(tǒng)。如若大量MOV連接于ICS，則使用數(shù)據(jù)高速通道在閥門執(zhí)行機構(gòu)和PCS之間進行通訊。否則，則使用常規(guī)的直接接線。SIS信號和MOV之間采用硬接線；（5）設(shè)備管理系統(tǒng)（FMS）。PCS和其他系統(tǒng)的設(shè)計包括未來安裝設(shè)備管理系統(tǒng)的規(guī)定。本系統(tǒng)將從相關(guān)ICS系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)，并自動生成關(guān)于辦公網(wǎng)絡(luò)性能、成本和計費的管理系統(tǒng)；（6）操作員培訓(xùn)系統(tǒng)（OTS）。培訓(xùn)和模擬系統(tǒng)，是用來便指導(dǎo)操作員培訓(xùn)并進行工藝模擬。該系統(tǒng)模擬相關(guān)工藝及工藝控制系統(tǒng)的所有原理，并由ICS供應(yīng)商負(fù)責(zé)；（7）卸料臂系統(tǒng)。安裝的卸料臂系統(tǒng)用于控制運輸船和陸上設(shè)施之間在連接和斷開作業(yè)時卸料臂的操縱。

6 泊船系統(tǒng)

泊船系統(tǒng)的主要功能包括：船首和船尾角度、距離和速度測量，速度變化趨勢，根據(jù)運輸船距離和尺寸、環(huán)境條件（風(fēng)力、波浪和水流等）以及相關(guān)警報，通過交通信號燈對速度進行調(diào)節(jié)，自動靠泊探測（靠近或漂流）。監(jiān)控系統(tǒng)上的圖形顯示，自動報告和持續(xù)報告，自動靠泊報告，同系泊載荷監(jiān)控系統(tǒng)（MLMS）進行通訊，同PCS進行通訊。

7 計量系統(tǒng)及分析器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

計量系統(tǒng)記錄全部從接收站出口的天然氣量。計量站由多條喬裝管線組成。流量計算機應(yīng)進行總計和計算，以按計劃提供相關(guān)的實時報告。氣體計量站應(yīng)自動生成并發(fā)出相關(guān)報告。計量系統(tǒng)可以通過冗余通信鏈路在PCS控制臺獲得主要值和警報。

8 結(jié)論

ICS系統(tǒng)對設(shè)計要求較高，前期投資較高。但是，ICS是整個LNG接收站可靠運行的基本保障，減少了運行成本，降低了操作人員的勞動強度，提高了控制精度，確保了生產(chǎn)過程的平穩(wěn)運行，圓滿達到了設(shè)計要求。

參考文獻：

[1]馬德信,孫宗文.廣東大鵬液化天然氣管線的自控系統(tǒng)[J].石油化工自動化,2008,1(49):49-53.

[2]毛寶瑚,鄭金吾,劉敬彪.油氣田自動化[M].山東:石油大學(xué)出版社,2005:5-10.

[3]楊憲惠,郭海濤.安全儀表系統(tǒng)的功能安全[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007:9-10.

[4]張建國.安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應(yīng)用[M].北京:石油大學(xué)出版社,2010:4-5.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.191