天然氣處理裝置消防系統控制邏輯的優化

張 濤

中原油田分公司天然氣處理廠 河南 濮陽 457162

此裝置主工藝區由加拿大某公司承擔設計和建造,公用工程由國內某設計院承擔設計。而天然氣處理裝置的消防系統卻不是由一個公司提供的整體解決方案,而是由多家單位共同完成,由于雙方在設計建設時設計理念的差異和溝通協調存在一定程度的出入,導致消防系統控制邏輯出現問題,存在較大的安全隱患。

1 消防系統控制邏輯現狀

消防泵組選用國產柴油消防泵作為主消防泵,性能參數為：流量682 m3/h,揚程107 m,功率254k W;穩壓泵為三相異步電動機驅動,性能參數為：流量30 m3/h,揚程96 m,功率15k W。每一臺柴油消防泵配備一個現場控制柜,兩臺穩壓泵共用一個控制柜。

消防泵組控制邏輯由加拿大設計公司根據國內設計院要求編寫。設計要求為：穩壓泵工作壓力區間為8.5-9.5bar,管網壓力低至8.0bar時,1＃消防泵啟動;管網壓力繼續下降至7.5bar時,2＃消防泵啟動;3＃消防泵作為備用泵,在1＃泵和2＃泵任意泵出現故障無法啟動時啟動。管網壓力由一個水力控制閥進行控制,該閥設定工作壓力為11bar。

這種消防系統控制邏輯在實際操作中存在問題：根據安全要求[1],主消防泵啟動后必須由操作人員到現場手動停泵,但在手動停主消防泵后,備用消防泵會立刻啟動;如果手動停掉備用消防泵,剛剛停掉的主消防泵又會自動啟動。

操作人員只有先將三臺消防泵在現場都轉到手動控制模式,再停掉運行的主消防泵,等待穩壓泵啟動將消防管網壓力提升至正常壓力,再去把主消防泵投自動方可解決問題。在操作過程中整個消防系統完全處于手動控制狀態,不僅達不到設計的要求,也給工廠的安全帶來了很大的隱患。

2 存在的問題原因分析

針對消防系統存在的問題,對消防系統進行了多次測試,并對測試時的管網壓力趨勢進行深入統計分析。

根據現場測試觀察并對趨勢圖分析,得出當消防系統使用完畢,停運主消防泵P-7301 A/B后,穩壓泵雖然及時啟動,但是管網壓力仍然繼續下降,壓力最低降至6.5bar,低于主消防泵P-7301 A/B的啟動壓力設定值。造成穩壓泵啟動,管網壓力仍然下降的原因是管網水力控制閥PCV-73012關閉速度緩慢,經過現場多次測試,控制閥完全關閉需要10s左右。在水力控制閥關閉以前,穩壓泵不能對管網有效補壓。

3 消防系統控制邏輯的優化

根據壓力趨勢圖及分析結果,制定了消防系統控制邏輯的優化方案。一是把穩壓泵的控制邏輯與主消防泵的控制邏輯完全分離,使用壓力控制穩壓泵的自動啟停。二是更改主消防泵的控制邏輯,并在主消防泵組的啟動邏輯上加入延時功能,以消除水力控制閥的影響。

(1)穩壓泵的控制邏輯與主消防泵的控制邏輯完全分離。原消防系統的控制邏輯中,穩壓泵控制邏輯屬于消防泵控制邏輯的子邏輯,邏輯判斷和比較時不夠簡單明了。將穩壓泵控制邏輯和主消防泵控制邏輯完全分離,互不干擾,穩壓泵的控制邏輯只由管網壓力信號進行控制,采用了2選1信號控制泵組啟停來增強抗干擾能力。管網壓力上升達到穩壓泵停泵條件,可自動停止穩壓泵。同時使用2個管網壓力信號進行對比選擇,只要有一個壓力信號低于設定值,系統就會啟動,主泵故障時可自動切換至備用泵運行,以保證整個消防系統的安全穩定性。

(2)更改主消防泵的控制邏輯。對于主消防泵組的控制邏輯的編制,主要的問題是水力控制閥關閉動作緩慢,致使主消防泵停泵后管網壓力快速下降,在原邏輯中造成了穩壓泵和消防泵組的互相作用導致頻繁啟停,為了很好地消除消防管網水力控制閥對系統的影響,在主消防泵的啟動邏輯中加入延時功能。根據現場多次試驗的結果,在主消防泵組停運后,水力控制閥完全關閉需要10s,閥門關閉后穩壓泵需要7s的時間使管網壓力穩定在8.0bar以上,決定將主消防泵的啟動延時設置為20s,即管網壓力達到8.0bar后計時器開始計時,20s之后管網壓力大于8.0bar 1＃主消防泵不啟動,等于小于8.0bar 1＃主消防泵啟動,同理2＃泵在管網壓力達到7.5bar是計時器開始計時。以保證穩壓泵有充足時間將管網壓力恢復正常。同時使用4選1模塊增強系統可靠性。圖一是主消防泵P-7301 A的控制邏輯圖。

圖一 主消防泵P-7301 A控制邏輯圖

4 結語

本次消防系統控制邏輯的優化是在無現場PLC控制的情況下由DCS組態實現消防系統的控制。相比PLC控制在邏輯上不夠簡單明了,但也能很好地滿足控制要求,有效提高了高壓天然氣處理裝置消防系統的可靠性。