LNG加氣站自動控制簡述職稱論文發(fā)表

　　摘要：本文依托于新規(guī)范50156-2012，對LNG加氣站儀表自控系統(tǒng)設計方案做了簡單的敘述，包括控制、報警和緊急停車系統(tǒng)的配置等，提出了加氣站自控設計中需要注意的幾點問題，簡單介紹了LNG加氣站的發(fā)展。

　　關鍵字：LNG,PLC,緊急停車系統(tǒng),可燃氣體報警系統(tǒng),LNG撬裝站

　　一、概述

　　液化天然氣(Liquefied Natural Gas即LNG)是天然氣的一種應用形式。其一般生產(chǎn)工藝過程是將氣田開采出來的天然氣，經(jīng)過脫水、脫烴、脫酸性氣體處理后，采用先進的制冷工藝，在常壓下冷凍至-162℃變?yōu)橐后w。LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600，LNG的重量僅為同體積水的45%左右，在儲存和運輸方面有著明顯的優(yōu)勢。

　　在當前石油資源日益枯竭，而清潔能源越來越為人們所熟知的情況下，天然氣越來越受到青睞，很多國家都將LNG列為首選燃料，天然氣在能源供應中的比例迅速增加。而天然氣在中國能源中的比重很小，利用極為不平衡，但現(xiàn)在中國對LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來越重視，許多LNG項目正在規(guī)劃和實施中，在不久的未來，LNG將成為中國天然氣市場的主力軍。

　　LNG加氣站供應LNG的加注，隨著國家對LNG的重視，LNG加氣站必然會快速發(fā)展?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多地區(qū)開始興建和使用LNG加氣站，本文將結合新實施的《汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范》，介紹LNG加氣站控制系統(tǒng)的設計并對其中的問題加以討論。

　　二、LNG加氣站一般工藝流程

　　LNG加氣站的工藝流程一般分為卸車流程、升壓流程、加氣流程、卸壓流程共四部分。

　　1.卸車流程

　　指把汽車槽車內(nèi)的LNG轉移至LNG加氣站的儲罐內(nèi)的過程。卸車方式分為3種：增壓器卸車、泵卸車、增壓器和泵聯(lián)合卸車。

　　增壓器卸車：部分LNG通過增壓氣化器與空氣換熱后氣化，氣相進入LNG槽車，使槽車內(nèi)壓力升高，將LNG壓入儲罐。此方式節(jié)約電能，工藝流程簡單，但會產(chǎn)生較多的放空氣體，卸車時間較長。

　　泵卸車：槽車內(nèi)LNG通過LNG低溫泵打入LNG儲罐內(nèi)，同時保持槽車與儲罐的氣相空間連通，以平衡壓力。此方式不會產(chǎn)生放空氣體，且采用上進液噴射的形式有利于罐體飽和蒸汽的回收，工藝流程簡單，但耗能較大。

　　增壓器和泵聯(lián)合卸車：LNG槽車與儲罐壓力平衡后斷開連通閥門，然后利用LNG低溫泵將LNG打入儲罐，同時增壓氣化器為槽車增壓，卸車完畢再泄壓。此方式卸車時間短，耗電量介于前兩種方式之間，但工藝流程復雜。

　　2.升壓流程

　　LNG的汽車發(fā)動機需要車載氣瓶內(nèi)飽和液體壓力較高，而運輸和儲存需要LNG飽和液體壓力越低越好。所以在給汽車加氣之前須對儲罐中的LNG進行升壓升溫。升壓方式有兩種：一種是通過增壓器升壓，另一種是通過增壓器與泵聯(lián)合使用進行升壓。一般為確保加氣時間，通常采用第二種方式。

　　3.加氣流程

　　加氣流程是指給LNG汽車上的氣瓶加氣的過程，通過低溫質(zhì)量流量計對加氣量及回氣量進行計量和累積，產(chǎn)生的天然氣回氣通過管線回到LNG儲罐。

　　4.卸壓流程

　　主要是指當LNG儲存壓力超過儲罐最高工作壓力時,在沒有達到低壓安全閥起跳壓力之前,通過手動或程控放空閥來實現(xiàn)泄壓的過程，如果沒能實現(xiàn)正常的超壓卸壓而使儲罐壓力進一步升高,當達到儲罐壓力限定值時,低壓甚至高壓安全閥起跳完成泄壓的過程.。

　　三、LNG加氣站控制系統(tǒng)描述

　　1. 設計原則

　　自控儀表系統(tǒng)設計應遵循在確保設備及人身安全的前提下，保證系統(tǒng)安全、可靠、先進、經(jīng)濟性原則;在滿足使用功能的前提下，盡量采用先進技術，集成化設計，達到國內(nèi)目前先進水平;系統(tǒng)配置應滿足安全可靠、運行操作靈活和便于檢修、維護的要求。

　　2. 系統(tǒng)描述

　　LNG加氣站的控制系統(tǒng)一般選用以微處理器為基礎的可編程序控制器(PLC)，程控邏輯設計要符合工藝系統(tǒng)的控制要求。全站設置一臺工業(yè)計算機作為上位機操作員站，完成對整個工藝系統(tǒng)集中監(jiān)視、管理和自動程序控制，可實現(xiàn)遠方手操。并能夠計算和顯示所需的技術參數(shù)，繪制所需的曲線、圖形，也可以完成各種報表及事故報警記錄的打印。如果有需要，也可增設一臺工業(yè)計算機專門用于計量和結算。LNG加氣站控制系統(tǒng)在邏輯上通常分為站控系統(tǒng)和加氣控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)配置簡圖如圖1所示。

　　(1) 站控系統(tǒng)

　　站控系統(tǒng)的主要功能是通過各種傳感器對現(xiàn)場LNG儲罐、LNG低溫泵、泵池、增壓器以及加氣機等設備的正常運轉和對相關設備的運行參數(shù)進行監(jiān)控, 將檢測到的信號傳送至PLC系統(tǒng)，并在設備發(fā)生故障時自動報警并切斷系統(tǒng)。

　　工藝設備的壓力、溫度、液位、流量等參數(shù)經(jīng)傳感器送至PLC控制柜，經(jīng)可編程控制器計算后存入PLC中的CPU數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序實時調(diào)用。

　　LNG低溫泵的控制一般采用撬裝式，由微處理器為基礎的可編程序控制器控制，可靠性高，也可將數(shù)據(jù)遠傳至值班室。

　　(2) 加氣控制系統(tǒng)

　　LNG加氣控制系統(tǒng)主要任務是完成對車載氣瓶的加氣，在加氣過程中完成對管路、流量計中的殘存氣體的排空和預冷控制;發(fā)出對LNG低溫泵的啟停、調(diào)壓的控制的命令信號;完成對加氣量和回氣量的準確計量、顯示、結算;完成對各種運行參數(shù)的采集、顯示、控制，同時具有對加氣量、計量方式等的設定及與站控系統(tǒng)的通訊等功能。

　　這個控制過程一般由加氣機完成，現(xiàn)在LNG加氣機普遍采用微機控制技術，可同時顯示出所售LNG的質(zhì)量、金額和單價。實際工作中，這些信號會通過RS485等通信方式傳送至站控系統(tǒng)的上位機，根據(jù)廠站規(guī)模和業(yè)主要求，也可以單獨設置一臺上位機作為計費系統(tǒng)，專門用來處理加氣機的控制信號。

　　(3) 緊急停車系統(tǒng)(ESD)

　　根據(jù)規(guī)范中對緊急停車系統(tǒng)的要求，綜合考慮到LNG加氣站投資和實際檢測點數(shù)量等因素，一般LNG加氣站的緊急停車系統(tǒng)包含在站控系統(tǒng)當中。

　　緊急停車系統(tǒng)(ESD)主要完成的功能是：當操作或值班人員在操作、巡檢、值班時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)偏離設定的運行條件，如系統(tǒng)超壓、液位超限、溫度過高以及出現(xiàn)LNG泄漏，火災報警事故時，能自動在生產(chǎn)裝置區(qū)或值班室遠距離快速停車，切斷危險源，使系統(tǒng)停運在安全位置上。

　　除了系統(tǒng)自動觸發(fā)以外，根據(jù)規(guī)范規(guī)定[4]，在值班室和現(xiàn)場操作區(qū)，如卸車區(qū)、加氣區(qū)等也應設置緊急停車按鈕，供現(xiàn)場人員在發(fā)現(xiàn)危險時手動觸發(fā)。且系統(tǒng)只能手動復位。

　　(4) 可燃氣體檢測報警系統(tǒng)

　　為確保人身、生產(chǎn)設備、生產(chǎn)工藝過程的安全，在LNG儲罐區(qū)、LNG加氣區(qū)及管溝內(nèi)等可燃氣體可能泄漏的位置設置可燃氣體探測器，檢測可燃氣體的濃度。可燃氣體檢測器的有效覆蓋水平平面半徑[5]，室內(nèi)宜為7.5m;室外宜為15m。在有效覆蓋面積內(nèi)，可設一臺檢測器，其安裝高度應高于泄漏源0.5～2.0m;若可燃氣體發(fā)生泄漏，可燃氣體探測器將信號傳至控制室的可燃氣體報警控制器進行報警，提醒工作人員及時處理。另外在便于到達和操作的位置設置防爆手動報警按鈕，由人工觸發(fā)。

　　根據(jù)規(guī)范要求[5]，可燃氣體報警系統(tǒng)最好獨立設置并配備不間斷電源(UPS)，現(xiàn)在廠家基本都能夠提供成套的可燃氣體報警控制器，可燃氣體的檢測信號應先進入可燃氣體報警控制器，再將高報警和高高報警信號接入PLC，實現(xiàn)上位機的監(jiān)控和聯(lián)鎖。

　　四、LNG加氣站自控系統(tǒng)設計要點

　　1. 管溝的可燃氣體探測器

　　LNG加氣站工藝管道一般會采用管溝敷設的方式，且不會填沙。如果發(fā)生LNG泄漏，氣化后的氣體容易積聚在管溝內(nèi)，形成安全隱患，因此管溝內(nèi)也要設置可燃氣體探測器，設置方式參照室內(nèi)設置間距，一般1~2個即可。

　　2. 圍堤內(nèi)集液池低溫檢測

　　集液池一般是用于收集雨水并將污水排出的，內(nèi)置了排污泵。而對于圍堤內(nèi)的集液池，考慮到LNG如果大量泄漏，在氣化之前就流入集液池，排污泵此時啟動會造成嚴重后果，因此應在圍堤內(nèi)集液池中設置低溫檢測裝置，在確認有LNG大量泄漏時，禁止排污泵啟動?，F(xiàn)在的排污泵廠家往往帶有液位檢測而沒有溫度檢測，可以自行配置或者與廠家協(xié)商由廠家特別制作。

　　3. 電纜選型及埋地

　　根據(jù)規(guī)范要求[6]，對于防爆區(qū)電纜的芯徑是有要求的，但實際工作中發(fā)現(xiàn)，有些提供撬裝式LNG的廠家在成撬設備中使用的電纜比較隨意，有些不符合規(guī)范的要求，發(fā)現(xiàn)這些問題時，應與廠家及時溝通，在設計時也應注意電纜選型。

　　LNG加氣站控制電纜一般是埋地敷設，方式有鎧裝直埋和穿鍍鋅管埋地兩種，雖然很多人喜歡鎧裝直埋，但從屏蔽干擾、保護電纜和維護維修的角度考慮，穿鍍鋅管埋地更有優(yōu)勢。

　　4. 油站改造中需要注意的問題

　　現(xiàn)在有很多LNG加氣站是在原有的加油站中增加加氣功能的改造項目，而加油站本身都設置有埋地輸油管，深度和走向都不盡相同，根據(jù)規(guī)范要求[6]，油管與儀表電纜平行敷設時間距應保持在1000mm以上，交叉敷設時應保持在500mm以上，在設計過程中應給與充分考慮。

　　5. 額外的輸入輸出點數(shù)

　　在一些撬裝站中，可以直接使用設備供應商成套提供的PLC進行控制，但在管溝內(nèi)、卸車點的可燃氣體探測器和手動報警按鈕一般成撬廠家不會提供，這時要和設備供應商協(xié)商，確保有足夠的預留點數(shù)可以使用，并在軟件上添加相應的功能。而作為設備供應商，如果能夠提供更完整全面的系統(tǒng)，也有利于產(chǎn)品的推廣。

　　6. 有消防系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計

　　根據(jù)規(guī)范要求[4]，一些LNG加氣站需要設置消防給水系統(tǒng)，那么在控制系統(tǒng)中就要考慮和消防系統(tǒng)聯(lián)動的問題。一般可設置一個開關輸出信號到消防系統(tǒng)用于啟動消防，這個信號可以與可燃氣體報警系統(tǒng)聯(lián)鎖?？紤]到并不是所有的報警都應該觸發(fā)消防系統(tǒng)，也可將信號設置為手動輸出，由操作人員根據(jù)現(xiàn)場情況做出判斷。

　　五、LNG加氣站的發(fā)展

　　1. 撬裝式LNG加氣站

　　LNG撬裝站是指將LNG儲罐、LNG泵撬、LNG加氣機、控制系統(tǒng)以及其各種附屬設備集成為一體，由設備供應商以整體撬裝的形式提供給業(yè)主并建成LNG加氣站的形式。

　　撬裝式LNG加氣站由于是供應商成套供貨，其結構的完整性、系統(tǒng)可靠性都有一定的保障，同時成撬組裝供貨還降低了現(xiàn)場的施工難度，后續(xù)的維護維修工作也更方便有效。因此，撬裝形式應該是未來加氣站的發(fā)展趨勢。

　　但是根據(jù)實踐經(jīng)驗，有一些撬裝站供貨商對于設計規(guī)范的研讀不夠深入，導致在成撬的過程中出現(xiàn)許多違反設計規(guī)定的情況，這需要設備供應商多與設計方溝通，共同進行方案討論，避免在設備做完之后又進行改動，不只影響了施工進度，也耗費了不必要的人力物力。

　　2. 基岸式LNG船用加氣站

　　基岸式LNG船用加氣站是指在陸地靠近水域的地方設置，利用加氣臂為河上船載氣瓶加氣的加氣站。實際上也會設置LNG加氣機為汽車加氣。

　　在國內(nèi)，此類加氣站目前還沒有成功應用的實例，也沒有可遵循的規(guī)范，但是已經(jīng)有很多人在進行研究并要將之付諸實踐，相信不久的將來就會成功實現(xiàn)。

　　六、結束語

　　LNG加氣站控制系統(tǒng)雖然規(guī)模較小，但功能卻很全面，需要完成工藝參數(shù)的監(jiān)控、顯示，現(xiàn)場異常情況的報警、聯(lián)鎖切除。采用可變成邏輯控制器(PLC)的控制系統(tǒng)，不但滿足了安全生產(chǎn)的需要，同時提高了廠站的自動化，減輕了操作人員的工作強度。

　　如今越來越多的撬裝式廠家將LNG加氣站的控制系統(tǒng)模塊化、集成化，在很大程度上推動了LNG加氣站的發(fā)展。隨著相關的規(guī)范的日益完善，加氣站的設計和建設將會更加規(guī)范，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。

　　參考文獻：

　　[1]陳福洋. LNG汽車加氣站設計中的幾個問題[J].煤氣與熱力，2009,29(7):B07-B09.

　　[2]陳叔平,任永平,鄔品芳,殷勁松. 撬裝式LNG汽車加氣站結構設計[J].低溫技術，2010,38(1):20-24.

　　[3]饒映明,羅賢成,胡正新. 天然氣汽車加氣站的發(fā)展趨勢[J]，上海煤氣，2012(1):12-14.

　　[4] GB 50156-2012,汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范[S].

　　[5] GB 50493-2009,石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范[S].

　　[6] HG/T 20512-2000,儀表配管配線設計規(guī)定[S].

　　[7] 陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動控制手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2000.

《LNG加氣站自動控制簡述職稱論文發(fā)表》

上一篇：項目管理論文發(fā)表企業(yè)工程項目的進度管理問題

下一篇：人力資源管理師評職論文績效考核作用