淺談LNG接收站綜合控制系統

謝騰騰,閔祥紅（.中海油山東化學工程有限責任公司; .山東魯新設計工程有限公司,濟南 500）

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淺談LNG接收站綜合控制系統

謝騰騰1,閔祥紅2
（1.中海油山東化學工程有限責任公司; 2.山東魯新設計工程有限公司,濟南 250101）

摘 要：結合液化天然氣接收站工藝生產特點，介紹了綜合控制系統的組成，并且分別介紹了綜合控制系統各個子系統的功能及通訊連接。最后，說明了ICS系統可以有效的保證生產安全并提高了生產效率。

關鍵詞：LNG；ICS；DCS；FGS

液化天然氣(Liquefied Natural Gas,LNG)作為稀缺清潔能源已成為石油之后全球爭奪的熱門能源。結合我國多煤少氣缺油的能源現狀，引進LNG可以改善能源消費結構、減少環境污染，而建立LNG接收站是進口LNG的重要一個環節。為了提高LNG接收站的自動化水平，確保運行安全，減少運行成本，提升產品質量，創造最佳的社會效益，建立一套綜合控制系統(Integrated Control System ,ICS)是必要的[1]。

1 綜合控制系統

ICS采用經驗證的“先進”技術。應采用分布式系統結構，以滿足接收站安全、運行、布置和施工的要求。綜合控制系統由一組負責LNG接收站儲罐運行控制與安全的相關綜合控制系統組成。ICS子系統主要系統包括：工藝控制系統(Process Control Systems,PCS)、安全儀表系統(Safety Instrument System,SIS)、火氣系統(Fire & Gas System,F&G)、配套系統(Associated systems)、分析器(Analysers)、計量系統(Metering systems)等。

2 工藝控制系統

PCS為操作員和ICS之間的主要界面。ICS使用PCS功能對ICS數據進行管理，并通過交互工作站呈現給操作員。PCS向操作員提供圖形顯示并通過操作員鍵盤和交互式圖形接收指令。操作員可在PCS工作站通過ICS組件系統控制并管理接收站。ICS組件控制系統可獲得裝置狀態、報警、裝置歷史并生成報告。工藝控制系統（PCS）為主要的控制系統，且為ICS的重要系統。工藝控制系統包括：操作員界面、報警管理、歷史數據和報告、調節控制、定序、邏輯和監控功能、與其他ICS子系統之間的接口、與其他第三方系統之間的接口[2]。

3 安全儀表系統

SIS系統為專門設計的符合公認國家標準的安全系統。主系統采用容錯安全程序雙處理器。技術室配備所有用于保護裝置選擇的I/O和處理器。此外，還配備其他通信和診斷部件。要求安全系統的相應時間不得超過一秒，也就是說，跳閘狀態輸入至相應輸出跳閘小于一秒，包括所有掃描、診斷和點對點通信[3]。I/O至少應采用復制的安全應用程序。SIS采用冗余光纖與PCS通訊，并提供操作員界面和記錄。SIS裝置應通過認證的安全通信鏈路或硬接線信號進行點對點連接。

4 火氣系統

火氣探測和報警系統采用容錯安全程序雙處理器和輸入/輸出（I/O）模塊。F&G系統設多個子系統，子系統劃分是根據工藝區域和/或裝置建筑物由一個或多個區域組成。中央處理器生成相關區域所有必需的警報輸出(火、氣和故障等)這些將通過數據鏈路傳輸至PCS。PCS應記錄所有火氣事件，且相關火氣事件J將在CCR的PCS控制臺進行顯示。控制臺設有用于SIS和F&G功能的硬接線表盤。[4] F&G功能應包括一個各區域通用警報（火、氣或故障）顯示器以及少量用于手動啟動消防泵或手動啟動保護措施的開關。所有此類信號應通過硬接線連接于F&G系統。F&G系統是向PA/GA系統和F&G表盤生成輸出的中央接口。裝置相關的所有F&G聲光報警應由PA/GA系統生成。F&G系統通過硬接線生成所有必需的保護措施。此類保護措施包括啟動消防泵、啟動大水量滅火系統以及運行建筑HVAC。如若因火災或氣體探測需進行緊急停車，F&G輸出通過硬接線輸入的形式輸送至SIS系統，且SIS系統將生成必需的輸出。

5 配套系統

（1）壓縮機控制系統。用于防喘振控制、能力控制和負載分配的壓縮機控制系統采用專用的專業系統。壓縮機制造商負責應對系統操作進行規定，并進行供應。空氣冷卻器和其他設備振動探頭可直接接線至PCS機柜；（2）暖通空調（HVAC）。HVAC系統由建筑承包商供應。暖通空調系統采用其單獨的儀表和控制。暖通空調系統將連接于ICS，以便在相關的建筑物工藝中提供火氣警報和跳閘信號；（3）儲罐測量系統。儲罐測量系統（電平、溫度、壓力和密度等）通過數據高速通道連接于中央控制室內的中央系統。該中央系統將收集所有同儲罐測量功能相關的必要信息，并進行必要的計算。通過鏈路連接將所有數據（測量數據和計算數據）傳輸至PCS；（4）電動閥操作系統。如若大量MOV連接于ICS，則使用數據高速通道在閥門執行機構和PCS之間進行通訊。否則，則使用常規的直接接線。SIS信號和MOV之間采用硬接線；（5）設備管理系統（FMS）。PCS和其他系統的設計包括未來安裝設備管理系統的規定。本系統將從相關ICS系統中提取數據，并自動生成關于辦公網絡性能、成本和計費的管理系統；（6）操作員培訓系統（OTS）。培訓和模擬系統，是用來便指導操作員培訓并進行工藝模擬。該系統模擬相關工藝及工藝控制系統的所有原理，并由ICS供應商負責；（7）卸料臂系統。安裝的卸料臂系統用于控制運輸船和陸上設施之間在連接和斷開作業時卸料臂的操縱。

6 泊船系統

泊船系統的主要功能包括：船首和船尾角度、距離和速度測量，速度變化趨勢，根據運輸船距離和尺寸、環境條件（風力、波浪和水流等）以及相關警報，通過交通信號燈對速度進行調節，自動靠泊探測（靠近或漂流）。監控系統上的圖形顯示，自動報告和持續報告，自動靠泊報告，同系泊載荷監控系統（MLMS）進行通訊，同PCS進行通訊。

7 計量系統及分析器數據采集系統

計量系統記錄全部從接收站出口的天然氣量。計量站由多條喬裝管線組成。流量計算機應進行總計和計算，以按計劃提供相關的實時報告。氣體計量站應自動生成并發出相關報告。計量系統可以通過冗余通信鏈路在PCS控制臺獲得主要值和警報。

8 結論

ICS系統對設計要求較高，前期投資較高。但是，ICS是整個LNG接收站可靠運行的基本保障，減少了運行成本，降低了操作人員的勞動強度，提高了控制精度，確保了生產過程的平穩運行，圓滿達到了設計要求。

參考文獻：

[1]馬德信,孫宗文.廣東大鵬液化天然氣管線的自控系統[J].石油化工自動化,2008,1(49):49-53.

[2]毛寶瑚,鄭金吾,劉敬彪.油氣田自動化[M].山東:石油大學出版社,2005:5-10.

[3]楊憲惠,郭海濤.安全儀表系統的功能安全[M].北京:清華大學出版社,2007:9-10.

[4]張建國.安全儀表系統在過程工業中的應用[M].北京:石油大學出版社,2010:4-5.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.191