50萬方LNG儀控系統簡介

張太林 李江濤 李軍收

摘要：為了確保能有效地監控 LNG 生產、儲運過程，確保運行可靠，操作維護方便，本項目儀控系統設計包括：一套用于工藝生產過程控制和運行監測的集散式控制系統（DCS）；一套用于保障安全的緊急停車控制系統（ESD）；一套F&G系統，以及切合工藝要求的高精確度儀表（包括 LNG 出站裝車質量流量計、分析儀、溫度、壓力、流量等）等。儀控系統采用就地控制和中控室 DCS 控制相結合的原則，重要工藝參數的顯示、控制、報警、邏輯聯鎖保護控制均由 DCS 系統完成。當生產裝置出現緊急情況時，由ESD 發出保護聯鎖信號，對現場設備進行安全保護。

關鍵詞：LNG；DCS；ESD；儀表控制

1、DCS系統

本項目DCS采用浙大中控控制系統，該系統（DCS）主要實現主要工藝參數的顯示、趨勢記錄、歷史事件的記錄、報警、控制、打印、制表及流程圖畫面動態顯示等功能。DCS 系統為整個系統的核心，工藝過程的所有常規控制或邏輯控制均可由 DCS 完成，當工藝參數越限時，能記憶、顯示、打印并報警。DCS 系統除成套提供的液化裝置工藝點外，還包括公用工程內重要的工藝參數，其余工藝裝置區內重要的單機成套控制系統。

1.1 系統配置

1.1.1 主要控制器、電源、通訊采用 100%冗余配置，I/O 點備 10%～15%余量。

1.1.2 系統電源設計有可靠的后備手段（采用 UPS 電源），備用電源的切換時間小于5ms（保證控制器不能初始化）。系統電源故障在控制室內設有獨立于 DCS 之外的聲光報警。

1.1.3 DCS 的系統接地嚴格遵守技術要求，有良好的單端接地。

1.1.4 操作員站按鈕的配置能滿足機組各種工況下的操作要求。

1.1.5 系統設計有自我診斷和監測功能以確保系統的健康狀態被報道，保障信號和控制安全，避免任何隱藏的故障。

1.2 設計原則

提供的控制、互鎖和保護系統的安全性和整體性符合以下原則：

1.2.1 單個組件故障不給整個系統造成損失。

1.2.2 單個組件故障不給整個系統造成直接風險或系統跳閘。

1.2.3 單個組件故障不造成整個系統完全癱瘓。

1.2.4 系統設計有自我診斷和監測功能以確保系統的健康狀態被報道，保障信號和控制安全，避免任何隱藏的故障

2、緊急停車系統（ESD）

本項目ESD采用美國GE控制系統，是真正的開放式系統并獲得SIL2認證；雙重化的硬件體系結合全面的冗余容錯技術和特有的故障安全策略，使得系統可靠性達到99.999%。該ESD 系統按照完全獨立的原則要求，獨立于 DCS 系統，其安全級別高于 DCS。在正常情況下，ESD 處于靜止狀態。當生產裝置出現緊急情況時，不需要經過 DCS系統，而直接由 ESD 發出停車保護信號，對現場設備進行連鎖保護。當整個系統停電、在火災等緊急情況下，按下 ESD 機柜上“緊急停車”按鈕，可切斷所有緊急切斷閥，同時急停相關設備，并將緊急停車信號送入 DCS。緊急停車后，整個系統開車時，需按下 ESD 機柜上“系統復位”按鈕后，可在DCS 系統操作畫面上分別手動操作各個緊急切斷閥。在整個系統正常運行情況下，可在 DCS 系統操作畫面上分別手動操作各個緊急切斷閥和設備。

2.1 基本要求

ESD 系統的 PLC 中處理器、電源、通訊按實時熱備冗余系統（獨立機架）設計。PLC 所選用的模板是帶電可插拔型模板，且每塊模板都有自診斷功能。PLC 處理器能接受、處理其它站拷貝來的子程序，并可將本站的一些功能程序移植到需要的站場，以減少重復編程的工作量。PLC 系統能夠滿足所需的熱備冗余配置要求。對硬件的地址分配設置、I/O 的量化等采用組態的方式完成。I/0 點 100%冗余，余量 10%（余量也應 100%冗余配置）。

2.2 設計原則

提供的控制、互鎖和保護系統的安全性和整體性符合以下原則：

2.2.1 單個組件故障不給整個系統造成損失。

2.2.2 單個組件故障不給整個系統造成直接風險或系統跳閘。

2.2.3 單個組件故障不造成整個系統完全癱瘓。

2.2.4 當單個組件故障時，操作員有足夠的時間和信息，通過手動干預，能夠避免系統跳閘或系統運行構成風險。

3、F&G系統

該系統主要由三頻紅外復合火焰探測器、紅外可燃氣體探測器、防爆手動按鈕、火災報警控制器、防爆聲光報警及其他附件等設備組成。F&G系統的首要功能是完成對各裝置可能出現的氣體泄漏和火災情況進行檢測并報警。通過安裝于現場危險區域的氣體及火災探測器監控現場險情，當發生氣體泄漏或火災時，首先將報警信號（開關量DI）輸出給ESD系統，并自動觸發現場聲光報警器，向巡檢人員發出報警；由ESD系統通過RS485通訊協議（MODBUS/RTU）把這一系列的報警信號傳至DCS，通過中央控制室的操作站DCS發出有針對性的報警，提醒操作人員采取相應措施，同時在DCS系統上可以組態的反映出本項目的火氣平面布置圖，并實時顯示火氣報警點的情況。

4、消防聯動控制系統

4.1 現場發生火災報警時，探測器探測到火災發生，控制系統發出信號，啟動消防用電設施，中央控制室內設消防強起按鈕；啟動現場干粉滅火系統；泡沫滅火系統。

4.2 當罐區集液池、裝車區集液池內所設的低溫探測器探測到有天然氣泄漏時和火焰探測器探測到集液池有火災發生時，通過火災報警控制器和可燃氣體報警器發出信號使泡沫罐自帶的電磁閥與罐區集液池、裝車區集液池的泡沫電動閥連鎖開啟，當罐區發生火災時，火焰探測器探測到火災，火災報警控制器通過連鎖現場的電動閥開啟消防水噴淋降溫。集液池的低溫報警器探測到天然氣泄漏向可燃氣體報警控制器發出報警限號。

4.3 罐區潛污泵與罐區火焰探測器、可燃氣體報警器及低溫探測聯動停，裝車站潛污泵與裝車站火災報警及低溫探測聯動停。

4.4 在聯動控制臺上設啟動按鈕和顯示轉臺信號等，用于啟動罐區、裝車區、消防泵房的電動閥組；和消防泵房的消防泵、穩壓泵。

5、總結

本文介紹了儀表控制系統在50萬方LNG工藝制造過程中的作用，并分別介紹了DCS系統、ESD系統、F&G系統、消防聯動控制系統的工作原理、系統特點及設計原則和技術要求，以及各個系統在工藝流程過程中的獨立功能和相互控制邏輯關系。

參考文獻

[1]《50萬方LNG工廠工藝技術文件》 安彩高科股份有限公司

[2]《50萬方LNG工廠生產操作規范》 安彩高科股份有限公司

（作者單位：河南安彩高科股份有限公司）