移動LNG加注撬控制系統

景海龍 李朋波

[摘? ? 要]文章分析移動LNG加注撬的控制系統的應用。根據要求，結合水運領域的移動LNG加注撬應用，移動LNG加注撬控制系統對低溫真空泵池的低溫潛液泵進行控制，調節潛液泵出口LNG流量。防爆UPS柜、防爆PLC柜的設計，防爆柜降溫設計，線路的設計及組成。該系統為移動LNG加注撬的安全可靠運行提供了安全保障。

[關鍵詞]LNG;移動LNG加注撬;防爆UPS柜

[中圖分類號]TE988 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–000–02

Discussion on the Control System of Mobile LNG Bunkering Skid

Jing Hai-long， Li Peng-bo

[Abstract]The article analyzes the application of the control system of the mobile LNG bunkering skid. According to requirements， combined with the application of mobile LNG bunkering skids in the field of water transportation， the mobile LNG bunkering skid control system controls the cryogenic submersible pump in the cryogenic vacuum pump pool and regulates the LNG flow rate at the outlet of the submersible pump. Design of explosion-proof UPS cabinet， explosion-proof PLC cabinet， cooling design of explosion-proof cabinet， design and composition of circuit. This system provides a safety guarantee for the safe and reliable operation of the mobile LNG bunkering skid.

[Keywords]LNG; mobile LNG filling skid; explosion-proof UPS cabinet

1 概述

壓縮天然氣LNG作為地球上最干凈的石化能源其使用越來越廣，由于LNG的易燃、易爆以及低溫的特性，LNG的加注相對固定，但是對于一些不方便建設大型加注站的地方，移動式LNG加注撬的建設成為一種便利的方式，而移動LNG加注撬的自動化控制能夠最大限度地減少危險。

2 移動LNG加注撬控制系統

移動LNG加注撬包括以下幾個部分：卸車增壓器、潛液泵及泵池、控制柜、流量計、EAG加熱器、車船用干式快速接頭、照明系統、ESD系統、燃氣報警系統、儀表風系統、卸車加注管路（液相管路應為真空管）、放散管路。卸車區，通過增壓器進行LNG槽車液化天然氣卸車;儀表風系統，該系統的氮氣瓶為加注撬增壓;低溫潛液泵，為加注口提供液化天然氣;加注口，為車輛船只進行加注LNG液體。卸車區主要監視槽車的卸車壓力、溫度以及槽車罐內壓力，保證卸車過程的安全;儀表風系統主要根據加注撬的壓力情況提供閥門動作等的足夠壓力，保證加注撬工作正常;低溫潛液泵是移動LNG加注撬的核心設備，該泵位于真空泵池。真空泵池的溫度、壓力、液位和低溫潛液泵出口壓力是LNG加注中非常重要的參數，對這些重要參數的監控能夠確保LNG移動加注撬的安全。

移動LNG加注撬控制系統是一套獨立的PLC系統。該系統監視卸車區的壓力、溫度、槽車壓力，儀表風系統的壓力，加注口的壓力以及真空泵池的溫度、壓力、液位以及低溫潛液泵的出口壓力，同時還要監視整個加注撬的供電系統電力供給情況。在正常情況下，實時在線監測設備的重要參數，根據加注設備的情況打開和關閉相應的氣動閥門并調節低溫潛液泵的流速。本系統可人為對閥門、潛液泵等設備進行操作，也可以根據不同的設定程序實現不同加注設備自動控制閥門打開關閉和潛液泵出口LNG的流速，實現生產自動化。為了保證加注過程的安全，在緊急情況下可通過ESD系統緊急停止加注。

為了實現移動LNG加注撬控制系統的可移動性，其PLC控制系統的控制柜和供電系統的配電柜均需要安裝在加注撬旁邊，所以PLC控制柜和配電柜均采用防爆柜。移動LNG加注撬由防爆現場/遠程操作控制柜、防爆UPS配電柜、通信網絡以及重要的現場儀表組成。在移動LNG加注撬控制系統建設時需要考慮的主要問題也很多，如防爆控制柜、防爆UPS配電柜的散熱、現場操作和遠程操作的連接的設計等，如圖1所示。

3 移動LNG加注撬控制系統的應用

高速路建設中建立了非常多的LNG加氣站，但是在一些偏遠地區和水運領域建設LNG加氣站就顯得不太現實，所以移動LNG加注撬可為偏遠地區和水運領域的LNG加氣提供了便利。控制系統建立在加注撬邊屬于防爆區域;加注值班人員生活在非防爆區域，控制系統的設計關系到動力、監視、現場/遠程控制、遠程數據傳輸等功能。

3.1 供電系統設計

移動LNG加注撬控制系統的供電系統采用需要根據不同設備類型提供不同的供電電源。移動LNG加注撬邊設立防爆的配電柜，防爆配電柜內安裝有雙電源開關，具備正常供電和發電機供電相互切換功能;為了避免在加注過程中，停電造成的加注中斷問題，設計的防爆配電柜中還設有UPS供電系統。

由于防爆配電柜的密封性會使防爆配電柜內的溫度回急劇攀升，影響UPS和電池的使用壽命，同時電池在高溫下還具有安全隱患。因此，為了解決防爆配電柜溫度問題，設計了兩種新型防爆配電柜，其中一種安裝有防爆空調的防爆配電柜，但是由于防爆配電柜安裝在加注撬旁，不便于空調的使用，所以選用第二種設計，即防爆配電柜配置進出爆風機和防爆風道的設計。移動LNG加注撬控制系統通過監控到的防爆配電柜溫濕度，打開或關閉防爆風機。防爆風機保證了防爆柜內壓力為正壓，在安全區設置溫度交換設備，通過防爆風道將防爆配電柜內的熱空氣置換到冷空氣溫度設備，以降低防爆柜內溫度。結構如圖2所示。

由于供電系統的防爆配電柜和控制系統的防爆配電柜均安裝在加注撬旁，降溫系統將防爆配電柜、防爆控制柜和溫度置換設備連接成環狀結構，保證了系統整體的溫度平衡。

3.2 PLC系統設計

移動LNG加注撬控制系統是PLC系統和ESD系統的結合系統。為了保證整個加注撬控制系統的運行穩定和顯示控制準確，需要為其選擇性能優越的PLC作為核心控制器，現場的各種儀表精度和質量則關系到采集的數據準確程度，控制命令下達是否正確，所有加注撬控制系統設備的性能選擇都非常重要。

PLC系統通過各種傳感器對現場低溫真空泵池的壓力、溫度、液位，潛液泵出口壓力，加注液流量進行自動監測，并將監測結果傳輸給PLC，經PLC數據計算后存入PLC中CPU數據存儲區，由程序實時調用。這些信號分別送至監控系統和異常處理系統：監控系統負責操作、顯示整個加注撬系統的運行狀態;異常處理（保護、報警）系統確保加注撬各部分的正常安全運行;同時這些數據可通過遠傳系統，實現遠距離調控操作。當沒有運行要求時，系統根據程序判斷自動處于“待機狀態”。

在進行加注作業時，通過控制柜配套的控制盤選定要進行的作業，系統將根據已編程序輸出控制（執行）信號，實現流程和設備運行控制。卸車和加注等作業完成后，系統會自動回到“待機狀態”。

當設置在卸車區、低溫泵組處、加注區的燃氣報警器發現LNG泄漏時，系統可自動緊急切斷閥將自動關閉，在緊急情況下也可以通過ESD按鈕或在配電柜用開關將緊急切斷閥手動關閉，起到對管線設備的保護作用。

應選擇具有多種通信接口或可編程接口的PLC，由于移動LNG加注撬需要經常移動，同時監控的點數相對較少，在PLC的選擇時選用小型PLC即可。考慮到可靠性問題，一般選擇西門子等大型公司的成熟產品。

控制系統位于防爆場合，現場儀表需要本安或隔爆型，為了保證現場安全，為每個儀表都配置安全柵，確保現場儀表供電安全;為所有PLC的IO通道還配置了浪涌保護器，確保了PLC系統的安全。

加注撬控制系統需要通過動力系統的配電柜和設置在PLC控制系統的觸摸屏來控制潛液泵和閥門的啟停。考慮到PLC控制系統需要安裝在加注撬的防爆控制柜，而控制系統采用防爆觸摸屏來控制現場閥門、泵等;而安全的休息區則配置非防爆的觸摸屏，與防爆觸摸屏同時進行控制，實現遠程控制。非防爆的觸摸屏與防爆控制柜不在一起，屬于分體方式，通過網絡線纜連接實現控制。

當加注撬運行出現突發性故障和嚴重超出調控值時，系統能及時發出聲光報警，并給予提示，以及采取自動緊急停機保護等措施。在沒有操作人員按下報警解除按鈕之前，無論是否執行停機命令，系統會一直保持緊急停機狀態。而需要報警控制的參數主要有加注撬可燃氣體報警器、LNG泵預冷不足、LNG泵抽空、LNG泵超壓、儀表風系統欠壓、泵池液位低等情況發生時進行急停。

3.3 防爆燃氣泄漏報警系統

LNG屬于易燃易爆液體，LNG如果泄漏將對周邊的人身和財產造成極大的危害，所以燃氣泄漏報警系統也作為一個獨立的系統存在。以前，燃氣泄漏報警系統經常被融合到自動控制系統中，但是現在燃氣泄漏報警系統經常被獨立出來，但是其數值卻需要在控制系統上顯示。這樣就形成了兩套相對獨立又有依托的系統。

燃氣泄漏報警系統將通過標準的通信協議（MODBUS），將探測到的燃氣泄漏情況傳送到移動LNG加注撬控制系統的PLC中，由PLC分析后再觸摸屏上顯示，并產生報警原因分析報表。

3.4 通信及接口

移動LNG加注撬控制系統中，配置了工業無線路由器用于無線或有線通信方式，將數據遠傳到公司或其他數據匯總的地方，形成分析數據依據。

控制系統配置MODBUS接口、ProfiBus接口和可編程接口，用于連接不同類型的儀表。同時控制系統根據工藝流程設計專用的生產報表，包括日報、月報和決算匯總等報表。預留專業接口為后期擴展。

專用電纜通過專用通道連接現場防爆柜和遠端操作間，保證控制系統能夠實現現場與遠程都能控制設備啟停。

4 結束語

隨著移動LNG加注撬的應用越來越廣，安全實用的控制系統是移動LNG加注撬建設時非常重要的安全保障，合理的設計能夠提高移動LNG加注撬的實用頻率和建設時間。

參考文獻

[1] 黃軍，黃相迪，姚三三.Lng箱式橇裝加注裝置流程及控制系統.煤氣與熱力，2018，38（10），74-78.