霍珀福爾-LNG氣化站站控系統(tǒng)

1、1天津市霍珀福爾燃氣設(shè)備制造有限公司霍珀福爾-LNG氣化站控制系統(tǒng)篇LNG站控系統(tǒng)控制邏輯及原理2信守使命做城市燃氣推薦者根植天津領(lǐng)跑行業(yè)發(fā)展之巔一、工藝概述二、自控儀表設(shè)計要求三、自控儀表設(shè)置要點四、站控系統(tǒng)設(shè)計及制造3一、工藝概述LNG氣化站的工藝一般包括：LNG卸車、增壓、儲存、氣化、升溫、調(diào)壓、計量、加臭、BOG處理、安全泄放等。4二、自控儀表設(shè)計要求 LNG氣化站自控儀表系統(tǒng)可分解為現(xiàn)場儀表系統(tǒng)、站控制系統(tǒng)、火災(zāi)報警控制系統(tǒng)、ESD(Emergency ShutdownDevice)緊急停車系統(tǒng)、視頻及紅外報警系統(tǒng)投影系統(tǒng)，燃氣泄露報警系統(tǒng)。5二、自控儀表設(shè)計要求1) 現(xiàn)場儀表系統(tǒng):

2、在場站可靠安全運行的必要點處加裝一次及二次儀表，對LNG儲罐、工藝裝置區(qū)各設(shè)備進行監(jiān)視和控制；對調(diào)壓計量、加臭、儀表用氣源等設(shè)備進行控制。2）站控控制系統(tǒng)：采集現(xiàn)場重要位置的數(shù)據(jù)，匯總到控制室進行集中監(jiān)測和控制。3）燃氣泄漏報警系統(tǒng)：在現(xiàn)場卸車區(qū)、儲罐區(qū)、空溫區(qū)、調(diào)壓計量區(qū)等泄漏信號上傳到控制室，并及時判斷泄漏點做出相應(yīng)的控制。4）火災(zāi)報警控制系統(tǒng)：在現(xiàn)場設(shè)置火災(zāi)報警探頭、手動報警按鈕、聲光報警按鈕，迅速處理全站火災(zāi)報警情況。5）ESD系統(tǒng)：保證緊急情況時及時切斷站內(nèi)氣源，在事故時盡量減少站內(nèi)損失。6）視頻及紅外報警系統(tǒng)：工作人員在控制室內(nèi)監(jiān)視站內(nèi)設(shè)備及外來人員、車輛進入情況。此外，站內(nèi)預(yù)留向

3、調(diào)度中心傳輸重要數(shù)據(jù)的借口，保證系統(tǒng)的完整性和可擴展型。6二、自控儀表設(shè)計要求 整個LNG氣化站的通訊網(wǎng)絡(luò)分為三級：第一級監(jiān)控級，第二級控制級，第三級為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集級。1）監(jiān)控級：控制室，采用星形拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的10/100以太網(wǎng)，通過上位機實時監(jiān)控。2）控制級： PLC控制柜，通過程序中的邏輯關(guān)系，實現(xiàn)自動控制或在緊急情況下手動控制。3）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集級： 3.1 現(xiàn)場控制點采用星形拓撲結(jié)構(gòu)I/O點對點與PLC控制器通訊。 3.2 現(xiàn)場控制點通過RTU或采集模塊，通過Modbus RTU或Profibus DP協(xié)議與PLC控制器通訊。二、自控儀表設(shè)計要求7I/O點對點型8二、自控儀表設(shè)計要求 總

4、線制傳輸9三、自控儀表設(shè)置要點一、現(xiàn)場儀表檢測點的設(shè)置: 1) LNG儲罐的壓力及液位； 2) LNG儲罐進出液總管壓力； 3) 空溫式氣化器組出口溫度； 4) BOG進出口壓力； 5) 調(diào)壓計量NG路及BOG路進口壓力，總出口壓力及溫度； 6) 出站計量、加臭； 7) 站區(qū)天然氣泄漏檢測、低溫泄漏檢測； 8) 儲罐區(qū)火焰檢測。10三、自控儀表設(shè)置要點 二、 LNG氣化站運行控制系統(tǒng) 利用卸車增壓氣化器將LNG槽車內(nèi)的氣相壓力升高，將LNG通過管道卸至站內(nèi)儲罐。利用儲罐配套的自增壓氣化器來保證儲罐具有一定的壓力，并將LNG送入空溫式氣化器，通過環(huán)境空氣的熱量將LNG氣化為氣態(tài)天然氣。若氣態(tài)天然

5、氣溫度大于5，則直接進入調(diào)壓、計量、加臭裝置；若氣態(tài)天然氣溫度小于5，就需要經(jīng)過水浴式加熱器將氣態(tài)天然氣加熱到5以上，再送入調(diào)壓、計量、加臭裝置，最后送入中壓管網(wǎng)。LNG槽車和LNG儲罐產(chǎn)生的BOG排放至BOG加熱器，加熱后送入調(diào)壓、計量、加臭裝置，最后送入中壓管網(wǎng)。 11三、自控儀表設(shè)置要點 工藝裝置區(qū)中的氣化區(qū)是將LNG轉(zhuǎn)換為氣態(tài)天然氣的主要部位，也是整個氣化站的關(guān)鍵部位。在整個氣化區(qū)設(shè)置2組氣化器，在每組氣化器后設(shè)置溫度傳感器。當一組氣化器結(jié)霜過多或發(fā)生故障時，通過溫度檢測超限報警，連鎖關(guān)閉該組氣化器進液管上的氣動緊急切斷閥實現(xiàn)對氣化器的控制，同時打開另外一組氣化器的進液管上的氣動緊急切

6、斷閥，保證供氣的連續(xù)性。 LNG氣化站是由儲罐區(qū)、工藝裝置區(qū)和輔助區(qū)3個區(qū)域組成。對每個區(qū)域都需進行監(jiān)測或控制，關(guān)鍵地方還必須采用聯(lián)動的方式來保證控制的及時性。要達到以上目的，必須要建設(shè)一套LNG氣化站的運行控制系統(tǒng)。運行控制系統(tǒng)分為PLC控制系統(tǒng)和現(xiàn)場調(diào)節(jié)設(shè)備的自動連鎖控制2部分。12三、自控儀表設(shè)置要點 三、LNG氣化站緊急切斷系統(tǒng) 由超壓切斷系統(tǒng)，超液位高度切斷系統(tǒng)和空溫氣化器出口溫度切斷系統(tǒng)組成。 1）低溫儲罐液位壓力控制系統(tǒng) 儲罐液位的控制 儲罐區(qū)對于整個氣化站來說是核心部位，最主要的設(shè)備就是LNG儲罐。城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范(GB50028-2006)第9.4.13條規(guī)定：儲罐進出液管必

7、須設(shè)置緊急切斷閥，并與儲罐液位控制連鎖。 13三、自控儀表設(shè)置要點 根據(jù)本條要求，在儲罐上必須設(shè)置可以信號遠傳的檢測儲罐液位的儀表設(shè)備，并必須在儲罐進出液管上設(shè)置可實現(xiàn)遠程控制的緊急切斷閥。在LNG氣化站設(shè)計中，這種緊急切斷閥一般選用氣動緊急切斷閥。 由于LNG屬于超低溫介質(zhì)，直接測量液位無法實現(xiàn)，因此通常的做法是選用隔爆型差壓變送器測得儲罐內(nèi)上下液位的靜壓差，把變送器檢測到的液位信號轉(zhuǎn)換為420mA的標準信號，傳送至控制器，控制器根據(jù)LNG的密度來計算LNG儲罐內(nèi)液位的高度并與設(shè)定值進行比較，液位值大于等于設(shè)定值時就輸出信號切斷儲罐進液氣動閥，停止儲罐進液，從而實現(xiàn)規(guī)范要求的連鎖切斷功能。1

8、4三、自控儀表設(shè)置要點 LNG儲罐在進液或出液時，液位產(chǎn)生變化。進液時當儲罐液位達到罐容的90，由控制室發(fā)出報警信號，停止進液。若控制失效，液位繼續(xù)上升，達到罐容的95時，通過PLC連鎖控制進液管上的電磁閥，使之關(guān)閉氣動緊急切斷閥，避免液位過高。 若出液時儲罐液位達到罐容的10時，由控制室發(fā)出報警信號，停止出液。若控制失效，液位繼續(xù)下降，達到罐容的5時，通過PLC連鎖控制出液管上的電磁閥，使之關(guān)閉氣動緊急切斷閥。避免罐內(nèi)無液，造成罐內(nèi)溫度上升，需要再次預(yù)冷。 若發(fā)生緊急事故，可以通過罐區(qū)邊、卸車區(qū)旁或控制室內(nèi)的緊急切斷按鈕來切斷所有儲罐的進、出液的氣動緊急切斷閥和氣化器前的氣動緊急切斷閥，避免

9、事故進一步擴大。 15三、自控儀表設(shè)置要點 16三、自控儀表設(shè)置要點 儲罐壓力的控制 在儲罐上安裝壓力變送器來監(jiān)測儲罐壓力，將壓力信號轉(zhuǎn)換為4-20mA標準信號，傳送至控制器。在氣、液相管之間安裝自增壓氣化器和自增壓閥，對儲罐進行增壓。在氣相管上安裝減壓調(diào)節(jié)閥和安全閥，防止儲罐超壓。 正常運行中，必須將LNG儲罐的工作壓力控制在允許的范圍內(nèi)。LNG儲罐的正常工作壓力范圍為0.30.6 MPa，罐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時，可利用自增壓氣化器和自增壓閥對儲罐進行增壓。增壓下限由自增壓閥開啟壓力確定，增壓上限由自增壓閥的自動關(guān)閉壓力確定，其值通常比設(shè)定的自增壓閥開啟壓力高約15。17三、自控儀表設(shè)置要點

10、LNG在儲存過程中由于儲罐不可能絕對無熱量交換，所以會緩慢蒸發(fā)(日靜態(tài)蒸發(fā)率O.3)，導致儲罐的壓力逐步升高，最終危及儲罐安全。為保證儲罐安全運行，采用儲罐減壓調(diào)節(jié)閥、壓力報警、連鎖切斷儲罐進液閥，手動放散，安全閥起跳三級安全保護措施來進行儲罐的超壓保護。 其保護順序如下： 當儲罐壓力上升到減壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定的開啟值時，減壓調(diào)節(jié)閥自動打開泄放氣態(tài)天然氣； 當減壓調(diào)節(jié)閥失靈，罐內(nèi)壓力繼續(xù)上升，達到壓力報警值時，壓力報警，手動放散泄壓； 當減壓調(diào)節(jié)閥失靈且手動放散未開啟時，安全閥起跳泄壓，關(guān)閉儲罐進液閥，保證LNG儲罐的運行安全。18三、自控儀表設(shè)置要點 19三、自控儀表設(shè)置要點 2) 空溫式氣化器出

11、口氣體溫度聯(lián)鎖系統(tǒng) 城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范(GB50028-2006)第9.4.15條規(guī)定：液化天然氣的液體進口管道上宜設(shè)置緊急切斷閥，該閥門應(yīng)與天然氣出口的測溫裝置連鎖。 從儲罐流出的LNG進入空溫式氣化器，空溫式氣化器將LNG液體與空氣進行換熱而達到氣化的目的。環(huán)境溫度及氣候條件就成為影響設(shè)備運行狀態(tài)的關(guān)鍵因素。環(huán)境溫度變化無常，晴天和陰天不一樣，冬天和夏天不一樣。一旦空溫式氣化器投入運行，整個氣化器的溫度便會下降，在LNG入口處的溫度會比環(huán)境溫度低很多，這樣與設(shè)備接觸的空氣中的水分就會凝結(jié)，隨著空溫式氣化器投入運行時間的增加，氣化器上凝結(jié)的水會進一步降溫，導致結(jié)冰。這樣隨著時間的推移，空溫式氣

12、化器的結(jié)冰面積不斷增大，影響氣化器的傳熱效果，導致其氣化能力下降，出口氣體溫度降低。為了系統(tǒng)的安全，空溫式氣化器出口氣體溫度不能過低。20三、自控儀表設(shè)置要點 實際的環(huán)境溫度變化、設(shè)備結(jié)冰情況等多方面的因素，都無法用確切的數(shù)據(jù)來衡量。這種實際情況與設(shè)計狀態(tài)的差別，使我們無法確定氣化器出口氣體溫度。為了保證LNG氣化站的安全，就必須保證空溫式氣化器時刻工作在正常狀態(tài)，其出口氣體溫度必須在規(guī)定的范圍內(nèi)。 為了滿足這一要求，可以在空溫式氣化器的出口和入口設(shè)置一套溫度檢測報警聯(lián)鎖系統(tǒng)，即在空溫式氣化器出口管道上設(shè)置溫度檢測儀表，在空溫式氣化器進液口設(shè)置緊急切斷閥，并將溫度報警信號與緊急切斷閥聯(lián)鎖。 一

13、方面可以隨時監(jiān)視空溫式氣化器的工作狀態(tài)，當出現(xiàn)不正常情況時發(fā)出報警信號；另一方面也可以在空溫式氣化器出口氣體溫度低于設(shè)定值時輸出信號，連鎖切斷儲罐出液閥，同時切斷空溫氣化器進口緊急切斷閥，停止供液。21三、自控儀表設(shè)置要點 雖然空溫式氣化器都有其工作狀態(tài)參數(shù)和氣化能力，但是我們也無法保證空溫式氣化器的出口氣體溫度，只能保證設(shè)備在輸出流量最大時，其出口氣體溫度盡可能地接近環(huán)境溫度。因此在設(shè)計時，考慮到設(shè)備運行的安全性，通常要根據(jù)氣化站的室外極端最低溫度來確定氣化器出口氣體溫度的報警設(shè)定值。如果極端最低溫度比較低，為了保護下游設(shè)備的安全，這個溫度設(shè)定值也不應(yīng)低于下游設(shè)備及管材正常工作時的最低承受溫

14、度。 如果由于環(huán)境因素導致空溫式氣化器出口氣體溫度過低，不能滿足下游設(shè)備安全運行的要求，就需要對其進一步加熱。常用的設(shè)備是水浴式加熱器，通過低溫天然氣與熱水進行換熱，以提高天然氣溫度。22三、自控儀表設(shè)置要點 23三、自控儀表設(shè)置要點 第二節(jié) LNG氣化站火氣控制系統(tǒng) LNG氣化站的火氣控制系統(tǒng)(FG)功能是在火災(zāi)和可燃性氣體泄漏的情況下，能準確探測火災(zāi)和氣體泄漏的程度和事故地點，觸發(fā)聲光報警設(shè)備，并且根據(jù)事故發(fā)生的嚴重性等級而確定報警和啟動消防設(shè)施，從而控制和避免災(zāi)難的發(fā)生，以防止對生產(chǎn)設(shè)備和人員的傷害及對環(huán)境的影響等。因而控制系統(tǒng)的設(shè)計必須遵循故障安全的原則，對整個系統(tǒng)的硬件和軟件的可靠性

15、要求都很高。24三、自控儀表設(shè)置要點 2.1 火氣控制系統(tǒng)的設(shè)備溫度探測傳感器 在儲罐區(qū)的導流槽上安裝低溫探測傳感器，通過對溫度的監(jiān)測來判斷是否有LNG泄漏?？扇細怏w探頭 在整個氣化站各個區(qū)域(卸車區(qū)、儲罐區(qū)、空溫區(qū)、水浴復熱區(qū)、調(diào)壓計量區(qū)等)安裝催化燃燒型可燃氣體探頭，監(jiān)測空氣中的可燃氣體濃度，一般按可燃氣體的爆炸下限為最大量程，達到爆炸下限的20視為警告(一級報警)，達到爆炸下限的40視為氣體泄漏報警(二級報警)?；鹧嫣筋^ 在LNG儲罐四周安裝紫外加紅外的火焰探頭，通過對可燃性氣體或液體火焰的監(jiān)測來發(fā)現(xiàn)明火并發(fā)出火災(zāi)報警信號。25三、自控儀表設(shè)置要點 手動火災(zāi)報警按鈕 在LNG儲罐區(qū)周邊安

16、裝按壓式手動火災(zāi)報警按鈕，在整個廠區(qū)分布設(shè)置破玻璃式手動火災(zāi)報警按鈕，通過敲碎玻璃觸發(fā)信號來啟動消防系統(tǒng)。聲光報警器 在氣化站分布設(shè)置聲光報警器，用于火災(zāi)報警時的聲音和光的提示功能，以確保所有現(xiàn)場人員都能及時知道火災(zāi)的發(fā)生，以采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。泡沫發(fā)生器 在LNG儲罐邊設(shè)置泡沫發(fā)生器，主要對LNG泄漏時儲罐區(qū)的集液池實施全部泡沫覆蓋，減慢LNG氣化的速度。消防系統(tǒng) 由消防控制柜、消防巡檢柜、噴淋閥控制箱、穩(wěn)壓控制箱、排污泵及其控制、消防泵、穩(wěn)壓泵、穩(wěn)壓罐、噴淋管、電磁閥和高壓水槍等組成。26三、自控儀表設(shè)置要點 2.2 火氣控制系統(tǒng)連鎖關(guān)系可燃氣體探測產(chǎn)生的連鎖 a 單探頭可燃氣體探測：當可

17、燃氣體的一級報警設(shè)定值達到爆炸下限的20時，在控制室的火災(zāi)報警控制器上報警，在人機界面上低濃度可燃氣體報警并記錄事件。當可燃氣體的二級報警設(shè)定值達到爆炸下限的40時，在控制室的火災(zāi)報警控制器上報警，在人機界面上高濃度可燃氣體報警并記錄事件。 b 多探頭可燃氣體探測：多個探頭中同時有2個探頭的一級報警設(shè)定值達到爆炸下限的20時，在控制室的火災(zāi)報警控制器上報警，在人機界面上多探頭低濃度報警并記錄事件。當多個探頭中同時有2個探頭的二級報警設(shè)定值達到爆炸下限的40時，不僅在控制室的火災(zāi)報警控制器上報警，在人機界面上多探頭高濃度報警并記錄事件，通過手動確認高濃度可燃氣體報警，同時自動啟動現(xiàn)場的聲光報警器

18、并將信號送給緊急停車系統(tǒng)，關(guān)閉所有儲罐的進、出液閥和氣化器的進口閥。27三、自控儀表設(shè)置要點 28三、自控儀表設(shè)置要點 火焰探測產(chǎn)生的連鎖 a 觸發(fā)單探頭火災(zāi)探測，在控制室人機界面上單探頭火災(zāi)報警并記錄事件。 b 多個探頭中同時觸發(fā)2個探頭的火災(zāi)探測，在控制室人機界面上多探頭火災(zāi)報警并記錄事件，通過手動確認火災(zāi)報警，同時自動啟動現(xiàn)場的聲光報警器并打開泡沫閥、切斷污水泵電源、啟動消防泵并發(fā)信號至緊急停車系統(tǒng)，關(guān)閉所有儲罐的進、出液閥和氣化器的進口閥。29三、自控儀表設(shè)置要點 低溫探測產(chǎn)生的聯(lián)鎖 a 單探頭低溫探測達-30，在控制室人機界面上低溫報警并記錄事件。單探頭低溫探測達-40，在控制室的人

19、機界面上超低溫報警并記錄事件。 b 多個探頭中同時有2個探頭檢測值達到-40，不僅在控制室人機界面上多探頭低溫報警并記錄事件，還要啟動現(xiàn)場的聲光報警器。 c 多個探頭中同時有2個探頭檢測值達到一40，在控制室人機界面上多探頭超低溫報警并記錄事件，手動確認超低溫報警，同時自動打開LNG儲罐區(qū)泡沫閥、切斷污水泵電源和啟動消防泵，同時發(fā)信號至緊急停車系統(tǒng)，關(guān)閉所有儲罐的進、出液閥和氣化器的進口閥。 d 若在控制室人機界面上手動打開LNG儲罐區(qū)泡沫閥時，會同時切斷污水泵電源和啟動消防泵，同時發(fā)信號至緊急停車系統(tǒng)，關(guān)閉所有儲罐的進、出液閥和氣化器的進口閥。30三、自控儀表設(shè)置要點 31三、自控儀表設(shè)置要

20、點 2.3 ESD系統(tǒng)城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范(GB500282006)第9.4.21條規(guī)定：液化天然氣氣化站內(nèi)應(yīng)設(shè)置事故切斷系統(tǒng)，事故發(fā)生時，應(yīng)切斷或關(guān)閉液化天然氣或可燃氣體來源，還應(yīng)關(guān)閉正在運行可能使事故擴大的設(shè)備。 LNG氣化站內(nèi)設(shè)置的事故切斷系統(tǒng)應(yīng)具有手動、自動或手動自動同時啟動的性能，手動啟動器應(yīng)設(shè)置在事故時方便到達的地方，并與所保護設(shè)備的間距不小于15m。手動啟動器應(yīng)具有明顯的功能標志。32三、自控儀表設(shè)置要點 2.4聯(lián)鎖系統(tǒng)控制說明1.聯(lián)鎖邏輯設(shè)計原則:(1)所有原因側(cè)均考慮故障安全型，即所有原因側(cè)觸點正常帶電，聯(lián)鎖原因出現(xiàn)時失電。(2)所有原因側(cè)均考慮旁路開關(guān)BPS，正常時不帶電，旁路

21、時按下帶電，且保持。(3)邏輯輸出為故障安全型，即邏輯線路中的電氣元件為正常帶電，聯(lián)鎖動作時失電。(4)手動停車：在PLC中設(shè)置的手動軟開關(guān)，正常帶電，一旦生產(chǎn)故障緊急按下失電，保持5秒鐘。(5)聯(lián)鎖動作后，邏輯具有鎖住功能，必須通過復位來恢復功能。(6)所有原因側(cè)均在現(xiàn)場設(shè)置報警及ESD緊急切斷按鈕，信號引入PLC。(7)所有聯(lián)鎖系統(tǒng)在實施過程中需要根據(jù)工藝要求，進行適當修正聯(lián)鎖方案及各參數(shù)(包括延時時間等)的確定。33三、自控儀表設(shè)置要點 2.聯(lián)鎖邏輯要求 (1)聯(lián)鎖報警信號還要在相應(yīng)流程圖上醒目顯示，并發(fā)出聲光報警,以提醒操作人員進行操作處理。 (2)緊急手動停車按鈕應(yīng)兩次確認。34四、站控系統(tǒng)設(shè)計及制造 本技術(shù)方案主要包括對整個氣化站的控制和監(jiān)測；采用PLC系統(tǒng)來實現(xiàn)采集和控制；控制內(nèi)容包括： 對于LNG儲罐液位、壓力，出站天然氣