ESD安全連鎖控制系統在天然氣場站的應用分析

西安航天三沃機電設備有限責任公司 陜西 西安 710100

引言

ESD安全連鎖控制系統是石油化工行業重要的安全保障系統。近幾年，隨著天然氣的廣泛應用，天然氣輸配場站由原來建設在偏遠地方被逐漸擴大的城市所包圍。由于天然氣的易燃易爆性，天然氣場站成為威脅人民生活安全的重要危險源，為了保證天然氣的輸配安全，天然氣行業引進了ESD安全連鎖控制系統。

1 ESD安全連鎖控制系統

ESD安全連鎖控制系統也稱緊急停車系統（ESD）。ESD系統獨立于其他控制系統，其安全級別高于PLC/DCS系統。在正常情況下，ESD系統是處于靜止狀態的，不需要人為干預。作為安全保護系統，凌駕于生產過程控制之上，實時在線監測裝置的安全性。只有當生產裝置出現緊急情況時，不需要經過PLC/DCS系統，而直接由ESD發出保護連鎖信號，對現場設備和人員進行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失。

ESD系統雖然獨立于PLC/DCS系統，但是ESD系統又與PLC/DCS系統緊密結合。ESD系統由現場/遠程操作箱、ESD供電電源、通信網絡以及帶ESD功能的閥門（包括電動、氣動閥門）。ESD系統在建設時需要考慮的方方面面因素較其他系統也要多一些。例如，操作箱安裝的位置、操作箱的誤操作保護、設備不間斷供電的設計等[1]。

2 天然氣場站ESD系統的應用

某城市天然氣多個場站在設計時建立了ESD系統，但是在實際建設過程中由于多種原因造成沒有建設該項功能，后期出于場站安全考慮，需要實現ESD控制功能。這些場站中，有的場站采用ESD電動閥門，有些場站采用ESD氣動閥門，有些場站閥門供電通過UPS，而有些場站閥門供電沒有經過UPS，各種各樣的方式導致這些場站的ESD安全連鎖控制系統改造具有很大的差異。

天然氣場站ESD系統要求在緊急情況下，現場人員通過現場操作箱實現ESD控制，然后人員及時撤離危險場所，保證輸氣設備和人員安全。ESD操作發出后，要求天然氣場站立刻切斷進出站閥門，切斷上下游之間的通道；同時打開放空閥，將場站內存儲的天然氣直接放空，確保場站輸氣設備的安全。

2.1 ESD供電系統設計

（1）UPS供電系統。ESD系統的應用前提是在危險發生時，需要動作的閥門要按照預定方式進行動作。天然氣場站閥門基本上選擇的都是電動閥門，閥門失電則ESD系統將無法實現。為此需要為具有ESD控制功能的閥門配置不間斷電源。天然氣場站的電動閥門基本上都采用的是380V供電，ESD系統應根據需要控制的電動閥門的數量、功率以及控制電源的大小來配置正確的不間斷電源（UPS），要求UPS采用380V輸入、380V輸出的產品。某場站具有6臺ESD控制電動閥門，其執行器功率為1kW。在UPS的選擇上，根據其電流和使用余量，我們選擇了10KVA的UPS電源；完成UPS電源選擇后還需要進行供電線路的改造，原供電系統沒有UPS供電系統，現在需要增加，根據所有電流的總和來計算所有閥門的啟動電流，為UPS選配進出供電線的線徑為10平方。

（2）24V供電系統。ESD控制閥門需要閥門一直檢測是否具有ESD控制信號，而ESD控制信號上一般帶有24V電源。閥門根據得到24V電源還是失去24V電源來實現閥門動作。而24V電源的選擇是非常關鍵的一步，為了保證24V電源的穩定，最好選擇質量高的具有冗余功能的冗余電源。

2.2 ESD系統與PLC系統的配合

ESD系統是靜止的獨立系統，獨立于PLC/DCS系統，這樣該系統的造價就會相對較高，性價比不合理，所以，我們采用了ESD與PLC/DCS系統相互配合的互補系統。閥門信號線一般都是進入PLC/DCS系統控制柜的，而ESD控制線卻需要進入ESD控制系統，所以兩者就有了互補的可能性。PLC/DCS系統具有實時性和直觀性，人機界面美觀，報警突出等特點，而ESD系統則是靜止的，不被允許動作的系統。如何確定ESD系統沒有失效，需要定期進行檢驗可靠性，但是ESD閥門的動作會造成一定的經濟損失，所以由PLC/DCS系統提供一套判斷功能解決了ESD系統造價高、檢驗難度大的問題。同時，由于供電系統是否正常工作直接影響到ESD的實現，我們通過為UPS電源配置通信卡的方式，將UPS的數據實時傳送到PLC/DCS系統上。由PLC/DCS系統判斷ESD系統供電是否正常。ESD控制閥門或其他ESD設備數量大時，同時啟動設備會造成供電系統的負擔過重，導致供電系統故障。為此，我們通過PLC/DCS系統進行分析，判斷哪些設備需要同時啟動，那些不需要同時啟動，經過PLC/DCS系統判斷后來分時段啟動該時段內的閥門，避免了供電系統的超載，同時也可以相應降低UPS的選擇標準。

2.3 得電控制和失電控制

ESD電動閥門具有兩種控制方式，第一種是得電控制，即當ESD控制點得到24V電源時，閥門執行設定好的動作；第二種是失電控制，即ESD控制點上一直存在24V電源，當24V電源消失時閥門執行設定好的動作。這兩種方式中失電控制對控制線的鋪設和24V供電的要求相對較高，不確定的因素造成的誤動作的可能性要比電控制造成的誤動作要大很多，所以我們的控制采用得電控制。

3 結束語

作為ESD系統在場站電動閥門中非常常見，但是使用氣動閥門實現ESD控制卻需要其他條件存在才可以，而且完全依賴于控制系統，并非獨立的ESD系統。獨立靜止的ESD安全連鎖控制系統對天然氣場站的安全是非常實用的一個安全保障系統。合理的設計、規范的施工和高質量設備的選擇是ESD安全連鎖的保證。