ESD系統(tǒng)在天然氣輸氣管道的應用探討

高英田

摘 要：天然氣在輸送的過程中，因其易燃易爆的特性，容易發(fā)生爆炸的危險，因此，對輸送管道進行安全管理以及實時監(jiān)測，對防止安全隱患的發(fā)生具有重要的作用。本文將對ESD系統(tǒng)在西氣東輸天然氣輸氣管道中的應用進行介紹，通過對運行情況、性能的可靠性等的分析，確定其應用價值，為其大范圍的推廣使用提供參考依據(jù)。

關鍵詞：ESD系統(tǒng)；天然氣；輸氣管道；應用

一、ESD系統(tǒng)簡介

ESD系統(tǒng)在設計和制造階段就已經(jīng)達到了很高的安全等級，其可靠性體現(xiàn)在安全和可用兩個方面。安全性和可用性在某種程度上是一對矛盾體，安全性強調(diào)系統(tǒng)的動作可靠，可用性則著重于系統(tǒng)的容錯能力，一味強調(diào)安全性會使系統(tǒng)的可用性降低，維護性能變差，設備投資增加，而過于強調(diào)可用性則會給系統(tǒng)的安全帶來風險。如何平衡安全性和可用性，則是系統(tǒng)集成過程中需主要解決的問題。對于如何提高ESD系統(tǒng)的可靠性，不應狹隘地局限在主控制室的幾個機柜中，而應綜合考慮ESD系統(tǒng)、機組、現(xiàn)場儀表、配電、操作人員的日常操作以及維護人員的維護等因素。由于ESD系統(tǒng)主要承擔大型機組和關鍵流程的緊急停車。正常情況下ESD系統(tǒng)是處于靜態(tài)的，不需要人為干預，但作為安全保護系統(tǒng)，凌駕于生產(chǎn)過程控制之上，實時在線監(jiān)測裝置的安全性。對其要求必須做到該動則必須動，不該動則不動。總之，ESD系統(tǒng)的特點有：

（一）系統(tǒng)響應速度快，有利于保護大型設備，避免事故擴大，有利于分辨事故原因；

（二）ESD是靜態(tài)的，不需要人為干預，可以避免人為誤動作；

（三）ESD掃描周期可以達到毫秒級，系統(tǒng)可以做到三重化容錯，降低控制功能和安全功能同時失效的概率。

二、ESD系統(tǒng)的結構組成

（一）檢測單元

利用儀表和系統(tǒng)將控制功能及安全連鎖功能分開，切斷了ESD系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)的聯(lián)系，經(jīng)過物理隔離之后的ESD系統(tǒng)能夠單獨地實施安全監(jiān)控和隱患處理，從而保證生產(chǎn)過程安全。

（二）控制單元

由三個部分組成，即輸入模塊、邏輯運算模塊和輸出模塊，在信息自動傳導到輸入模塊之后，經(jīng)過運算之后就可確定運行過程中是否有故障生成。一般情況下，ESD系統(tǒng)會有一個特殊的硬件配置，用以確保運行系統(tǒng)安全。

（三）執(zhí)行單元

在ESD系統(tǒng)中，執(zhí)行單元的危險系數(shù)最高，通常為閥門或機構。在ESD系統(tǒng)正常工作的情況下，執(zhí)行單元處于靜止狀態(tài)，這一狀態(tài)直至持續(xù)到ESD系統(tǒng)運行狀況不良好時才會改變。執(zhí)行單元的可靠性對ESD系統(tǒng)的安全性具有重要的影響。

三、ESD系統(tǒng)的設計原則

為了達到及時檢測和處理危險的目的，系統(tǒng)設計要盡量減少中間環(huán)節(jié)，以縮短系統(tǒng)感受危險的時間。同時，為了保障系統(tǒng)的可靠性和靈活性，在設計上應采用故障安全型以及冗余容錯結構。

（一）ESD系統(tǒng)故障安全原則

故障安全原則指ESD系統(tǒng)受到外界干預而使系統(tǒng)安全保障功能失效時，受保護對象能夠按照預定的運轉程序進入安全停車狀態(tài)。

（二）ESD系統(tǒng)的冗余容錯

冗余是將具有相同功能的模塊或部件進行聯(lián)系以后，能夠對系統(tǒng)故障進行自動檢測，并自動轉入后備設備中。容錯是在功能模塊無法發(fā)揮功能性作用的情況下，能夠替代失效模塊繼續(xù)發(fā)揮特定的功能。兩者存在辨證統(tǒng)一的關系。

（三）ESD系統(tǒng)的安全完整性

在安全系統(tǒng)當中，系統(tǒng)完整性對于安全效率的發(fā)揮具有重要的作用。在確定ESD系統(tǒng)安全完整性的過程中，需要對破壞安全性的因素進行研究，進而提出安全保障措施。安全完整性等級為系統(tǒng)的性能提供了衡量標準，一般等級越高，安全性能越好，出現(xiàn)錯誤的幾率也就越小。

四、ESD系統(tǒng)在天然氣輸氣管道中的應用

西氣東輸站場ESD系統(tǒng)設計研究。西氣東輸天然氣管道的建立對于我國能源戰(zhàn)略的實施具有重要的作用。管道始于中亞土庫曼斯坦與烏茲別克斯坦邊境的格達伊姆地區(qū)，經(jīng)過烏茲別克斯坦和哈薩克斯坦境內(nèi)，進入到我國新疆維吾爾地區(qū)的霍城縣。西一線到達上海，西二線到達廣州、香港地區(qū)，沿線設置了一定數(shù)量的閥室、站場，保障了能源運輸?shù)臅惩ā?/p>

廣州分輸壓氣站的ESD系統(tǒng)采用了經(jīng)安全檢驗合格后的霍尼韋爾SafetyBuilder。為了保證計量系統(tǒng)的可靠性，ESD模塊一般采用限度一定的冗余裝置。通過兩套完全相同的ESD控制器，以主機和備用機的形式進行工作運行轉換。計量站ESD系統(tǒng)采用系統(tǒng)內(nèi)部供電和系統(tǒng)外部供電兩種供電方式，以避免上述問題的出現(xiàn)。外部供電主要向主機以及I/O模塊的負載進行供電，而內(nèi)部供電主要向機架模塊供電。

站場ESD系統(tǒng)，是在原有控制系統(tǒng)基礎中，增加一套EmergencyShutdownDevice（簡稱ESD）緊急停車系統(tǒng)，當站內(nèi)發(fā)生事故時，可通過ESD系統(tǒng)進行緊急關閉，并切斷站場內(nèi)與上游及下游管道的聯(lián)系，同時通過緊急放空閥自動打開，將站內(nèi)天然氣放空，可以保護站場的安全并減少事故狀態(tài)下天然氣的損失。

所以，首先在站場裝設一套安全儀表系統(tǒng)，通過對會引發(fā)站場事故的重要事故源如可燃氣體（CH4、火焰等進行檢測，待檢測到這些現(xiàn)場事故源超出正常范圍時，通過傳感器，傳遞至控制系統(tǒng)，待控制系統(tǒng)經(jīng)過邏輯運算，最終給現(xiàn)場控制元件給出指令，實現(xiàn)連鎖開關狀態(tài)。即進行及時響應并觸發(fā)緊急停運機制，作出關閉進、出站閥門、停運壓縮機組、開啟越站流程和放空閥門、觸發(fā)報警等一系列動作。

五、結語

天然氣輸氣管道運行事故的發(fā)生將造成重大的人員傷害和生產(chǎn)損失，因此，對于處理可引發(fā)安全事故發(fā)生，降低安全隱患的ESD系統(tǒng)，其安全運行情況將直接關系到檢測結果的好壞，要給予高度的重視。對于ESD系統(tǒng)檢測單元，要達到一定的等級，為保護系統(tǒng)的運行安全創(chuàng)造條件。

參考文獻：

[1]廖珈博，曹志柱，郭渠江.川氣東送管道站場ESD系統(tǒng)誤觸發(fā)原因及對策[J].油氣儲運，2014，06：680-684.

[2]朱喜平，張來斌，梁偉.長輸管道壓氣站安全儀表系統(tǒng)[J].油氣田地面工程，2014，06：8-9.

[3]孫威.站控天然氣管道SCADA系統(tǒng)的改進設計及應用[D].遼寧工程技術大學，2012.

[4]李垚.數(shù)據(jù)庫技術在天然氣傳輸監(jiān)控系統(tǒng)中的綜合應用[D].山東大學，2011.

[5]郭莉，程曉峰，鞏忠旺，高揚，劉嚴強.輸氣站場埋地管道的腐蝕與防護[J].全面腐蝕控制，2012，10：31-35.