天然氣(CNG)加氣站構(gòu)成情況
天然氣(CNG)加氣站一般由建在郊區(qū)的加氣母站和建在市區(qū)的加氣標(biāo)準(zhǔn)站、加氣子站組成。昌暉儀表分享的CND加氣站儀表控制系統(tǒng)著重介紹CND加氣標(biāo)準(zhǔn)站的儀表控制系統(tǒng)，這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)站設(shè)備多，流程較復(fù)雜，儀表工掌握CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站儀表控制系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)就能輕松搞定加氣母站和加氣子站的儀表控制。圖1為CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站流程圖，從圖中可看出進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)站的氣源來自管道天然氣或槽車天然氣，進(jìn)氣壓力0.1-0.4MPa，天然氣經(jīng)調(diào)壓計(jì)量后經(jīng)干燥器脫水，干燥的天然氣經(jīng)緩沖罐后送入壓縮機(jī)升壓至22-25MPa，再經(jīng)順序控制盤送至儲氣井組或加氣機(jī)給汽車加氣。
圖1 CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站工藝流程
CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站儀表控制系統(tǒng)構(gòu)成
一套完整的CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站儀表控制系統(tǒng)由壓縮機(jī)控制、加氣機(jī)收費(fèi)管理、工藝管網(wǎng)控制和可燃?xì)怏w監(jiān)控報(bào)警控制四個部分共同組成，其中壓縮機(jī)控制系統(tǒng)和加氣機(jī)收費(fèi)管理系統(tǒng)由專業(yè)設(shè)備廠家配套提供，工藝管網(wǎng)自控和可燃?xì)怏w監(jiān)控報(bào)警自控由儀表專業(yè)完成，并將相關(guān)連鎖控制信號接入設(shè)備廠家提供的控制系統(tǒng)，四個獨(dú)立的控制系統(tǒng)互相結(jié)合即可達(dá)到CNG加氣站平穩(wěn)加氣和安全運(yùn)行的目的。
本文以下章節(jié)著重對工藝管網(wǎng)自控、可燃?xì)怏w監(jiān)控報(bào)警自控和相關(guān)聯(lián)鎖控制做詳細(xì)介紹。
1、工藝管網(wǎng)儀表控制系統(tǒng)
①CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站自控設(shè)計(jì)遵循安全、實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)的原則
因控制點(diǎn)少，宜選用智能數(shù)顯儀表(業(yè)主方有特殊要求除外)，CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站儀表控制系統(tǒng)主要由數(shù)顯儀表(功能要求：顯示+2個報(bào)警+4~20mA變送輸出+RS485通訊，型號：YR-GNC803-820-23-HLNN-P-T)、檢測端隔離式安全柵(型號：YR9120-EX-LP)、UPS電源、DC24V開關(guān)電源、閃光報(bào)警儀(型號：SWP-X03-0N-A)、溫度變送器(型號：SWP-ST61ECT)、直裝式壓力變送器、歐姆龍中間繼電器、電源浪涌保護(hù)器和控制柜等組成。CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站儀表控制系統(tǒng)配置原理如圖2所示。
圖2 智能數(shù)顯儀表系統(tǒng)功能配置原理
智能數(shù)顯儀表完成CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站所涉及溫度、壓力、流量等參量的顯示、報(bào)警、連鎖及數(shù)據(jù)傳輸；現(xiàn)場儀表(溫度、壓力和流量)有防爆、現(xiàn)場顯示和高可靠性的功能要求；閃光報(bào)警儀根據(jù)數(shù)顯儀表提供的報(bào)警信號提供聲光報(bào)警，提示操作人員安全操作。
②工藝管網(wǎng)儀表控制系統(tǒng)控制邏輯
a、控制邏輯
◆在事故、異常情況或緊急情況下，操作工可以在控制室按下急停按鈕緊急切斷CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站所有壓縮機(jī)。
◆CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站的高壓儲氣井組、中壓儲氣井組、低壓儲氣井組壓力達(dá)到壓力高限報(bào)警值時，控制系統(tǒng)能自動聲光報(bào)警并停止所有壓縮機(jī)。
◆CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站生產(chǎn)區(qū)天然氣泄漏濃度達(dá)到20%LEL時，控制系統(tǒng)自動提供聲光報(bào)警和啟動軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)；天然氣泄漏濃度達(dá)到50%LEL時，控制系統(tǒng)自動提供聲光報(bào)警和停止所有工作壓縮機(jī)。
b、條件設(shè)定
高壓儲氣井組(儀表位號：PIAC005)、中壓儲氣井組(儀表位號：PIAC004)和低壓儲氣井組(儀表位號：PIAC003)現(xiàn)場設(shè)置壓力測點(diǎn)，選用單晶硅直裝式壓力變送器；控制柜設(shè)置緊急切斷按鈕EST，用于手動停止所有壓縮機(jī)；天然氣可燃?xì)怏w檢測報(bào)警控制器模塊HJ1825；供電電壓為DC24V的中間繼電器若干；壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖控制信號為無源開關(guān)量觸點(diǎn)。
c、邏輯分析
風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等設(shè)備的聯(lián)鎖控制觸點(diǎn)信號源自數(shù)顯儀表和天然氣可燃?xì)怏w檢測報(bào)警控制器，做自控設(shè)計(jì)時需在壓力高限報(bào)警或燃?xì)庑孤└呦迗?bào)警時自動發(fā)出聯(lián)鎖控制無源開關(guān)量信號。
d、儀表控制原理圖
高壓儲氣井組(儀表位號：PIAC005)、中壓儲氣井組(儀表位號：PIAC004)和低壓儲氣井組(儀表位號：PIAC003)任一儀表高限報(bào)警時，其對應(yīng)高限報(bào)警繼電器觸點(diǎn)閉合，中間繼電器KA5得電；KA1、KA5和KA6任一中間繼電器動作均使壓縮機(jī)停止運(yùn)行；繼電器KA7的常開觸點(diǎn)閉合使軸流風(fēng)機(jī)啟動。
圖3 壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制原理圖
◆CNG加氣母站控制邏輯除以上三條外，增加槽車加氣島壓力(儀表位號：PIAC006)達(dá)到高限報(bào)警時(其報(bào)警設(shè)定值比儲氣井組壓力的高限報(bào)警設(shè)定值要小)，控制系統(tǒng)自動提供聲光報(bào)警和聯(lián)鎖停止所有給槽車加氣壓縮機(jī)，汽車加氣壓縮機(jī)正常工作。
為滿足同一臺壓縮機(jī)兩種不同的控制邏輯，在控制柜上設(shè)置轉(zhuǎn)換開關(guān)為兩種邏輯做控制轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“汽車加氣”位置時，以汽車加氣邏輯聯(lián)鎖停止該壓縮機(jī)；當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“槽車加氣”位置時，以槽車加氣邏輯聯(lián)鎖停止該壓縮機(jī)。如圖4所示。
圖4 CNG加氣母站壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)原理
③CNG加站系統(tǒng)接地
CNG加氣站系統(tǒng)接地其目的是為了保證設(shè)備運(yùn)行、人身安全和提高儀表控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)時遵循《HGT 20513-2014儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)范》。本CNG加氣站儀表控制系統(tǒng)選用了檢測端隔離式安全柵，儀表信號不用專門接地；屏蔽電纜屏蔽層、儀表設(shè)備外殼、防爆接線箱、電纜保護(hù)管、鎧裝層及控制柜等采用分類匯總并最終與總接地板連接的方式實(shí)現(xiàn)等電位連接。CNG加氣站儀表控制系統(tǒng)接地與電氣防雷防靜電接地共用接地裝置，最終與電氣接地網(wǎng)接地，NG加站系統(tǒng)接地電阻應(yīng)＜4Ω。
④CNG加氣站儀表防雷
CNG加氣站儀表防雷主要為感應(yīng)雷防護(hù)，儀表工應(yīng)做好合理使用和敷設(shè)屏蔽導(dǎo)線、信號浪涌保護(hù)和共同接地三個方面工作：
a、合理使用和敷設(shè)屏蔽導(dǎo)線
CNG加氣站儀表控制系統(tǒng)應(yīng)使用屏蔽電纜、敷設(shè)電纜時采用鋼管穿線，避免現(xiàn)場線路間電場引起的電容性耦合和磁場引起的電感性耦合干擾；屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)單點(diǎn)接地；信號電纜應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電電纜，盡量保持600mm以上間距；控制電纜不得與油類、天然氣、熱力管道同溝敷設(shè)；現(xiàn)場所有變送器外殼用截面積最小4mm2的電纜與電氣接地網(wǎng)直接連接。
b、信號浪涌保護(hù)
本設(shè)計(jì)中選用帶浪涌保護(hù)的檢測端隔離式安全柵YR9120-EX-LP，儀表6腳端子必須采用截面積2.5mm2導(dǎo)線接地線。
c、共同接地
CNG加氣站控制站內(nèi)儀表電纜屏蔽層、儀表外殼接地、檢測端隔離式安全柵接地、儀表保護(hù)接地、儀表工作接地、穿線管接地等應(yīng)等電位連接至總接地板，總接地板與電氣防雷、防靜電接地共用一個接地裝置,最終與站內(nèi)接地網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)共用接地。共用接地可防止或避免在站區(qū)遭到雷擊時,感應(yīng)雷抬高地電位后與控制系統(tǒng)的接地形成電位差而造成反擊或放電。
2、天然氣可燃?xì)怏w監(jiān)測報(bào)警控制系統(tǒng)
CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站天然氣可燃?xì)怏w監(jiān)測報(bào)警控制系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，用于對加氣站內(nèi)對天然氣泄漏情況實(shí)施監(jiān)測和報(bào)警，報(bào)警信號用于設(shè)備連鎖控制。設(shè)計(jì)時應(yīng)遵循《SH 3063-1999石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》。
①可燃?xì)怏w監(jiān)測控制器探測傳感器安裝細(xì)則
本設(shè)計(jì)中選用的天然氣可燃?xì)怏w監(jiān)測報(bào)警控制器探測傳感器室內(nèi)有效檢測半徑7.5m、室外有效檢測半徑15m，設(shè)計(jì)中壓縮機(jī)間探測傳感器的間距設(shè)置為6m，室外12m；探測傳感器安裝位置宜設(shè)在用氣設(shè)備附近、法蘭連接處、閥門組和泄漏源處；壓縮機(jī)間探測傳感器環(huán)墻壁四周和距頂棚0.3m處設(shè)置，每臺加氣機(jī)、儲氣井組高度2.5m出安裝探測傳感器，保證探測傳感器周圍不小于0.3m的凈空。
②可燃?xì)怏w監(jiān)測控制器報(bào)警設(shè)置及聯(lián)鎖控制
可燃?xì)怏w監(jiān)測控制器可設(shè)置高限報(bào)警和高高限報(bào)警，高限報(bào)警值設(shè)定為20%LEL，高限報(bào)警時自動聲光報(bào)警及聯(lián)鎖啟動軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行空氣置換；高高限報(bào)警值設(shè)定為50%LEL，高限報(bào)警時自動聲光報(bào)警并聯(lián)鎖停止所有工作壓縮機(jī)。其控制原理如圖3和圖4所示。
CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站儀表控制系統(tǒng)安全要素
CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站存在可燃易爆的天然氣，保障CNG加氣站的安全生產(chǎn)和正常運(yùn)行是重中之重。CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站儀表控制系統(tǒng)在進(jìn)行各種參量監(jiān)控同時，必須做好儀表選型、消防、安全及電纜布線的安全措施
1、儀表選型的防爆、防護(hù)定級要求
CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站儀表控制系統(tǒng)儀表選型遵循《HG/T 20507-2000自動化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)定》。根據(jù)站內(nèi)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，綜合考慮站內(nèi)各種儀表的防爆、防護(hù)等級配置等技術(shù)參數(shù)。
2、儀表系統(tǒng)供電安全措施
CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站儀表控制系統(tǒng)供電遵循《HG/T 20509-2000儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)定》。電源側(cè)加裝三級電源浪涌保護(hù)器，確保能向儀表系統(tǒng)提供可靠電源，并配置在線式、長效型UPS電源，對其電壓、頻率、紋波電壓、瞬斷時間提出要求，延時供電時間2h。
3、儀表電纜選用及敷設(shè)
儀表電纜選用遵循《HG/T 20512-2000儀表配管配線設(shè)計(jì)規(guī)定》和石油化工自動控制設(shè)計(jì)手冊。儀表電纜應(yīng)采用銅芯、鎧裝、屏蔽電纜、直埋敷設(shè)，在信號回路增加信號浪涌保護(hù)。出入地面穿套管保護(hù)，與儀表及套管等接口采用防爆撓性管連接，穿越不同區(qū)域采取密封和防爆措施。
4、設(shè)備急停及參數(shù)越限聲光報(bào)警
設(shè)備急停及參數(shù)越限聲光報(bào)警功能應(yīng)完全滿足工藝要求，并高于《HG/T 20511-2000信號報(bào)警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定》。壓縮機(jī)控制系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程和就地啟停功能；控制室設(shè)置緊接切斷按鈕EST，確保在緊急或事故狀況下關(guān)閉壓縮機(jī)；設(shè)置各檢測點(diǎn)的超限聲光報(bào)警、超限停車及壓縮機(jī)現(xiàn)場停機(jī)功能。
4、儀表防雷設(shè)計(jì)要求
儀表防雷設(shè)計(jì)應(yīng)高于《HG/T20507-2000自動化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)定》和《HG/T20512-000儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)定》要求，且滿足《GB 50156-2002汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》。控制室、收費(fèi)室設(shè)置等電位連接母板；站內(nèi)現(xiàn)場各儀表配置防雷模塊，所有變送器外殼采用單獨(dú)防雷接地線與接地網(wǎng)可靠連接。控制系統(tǒng)及電纜屏蔽層、鎧裝層、現(xiàn)場防爆接線箱、穿線管等與電氣接地網(wǎng)可靠連接。
各地CNG加氣站規(guī)模和形式多樣，筆者參與了數(shù)十套CNG加氣站儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，昌暉儀表建議CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站自控設(shè)計(jì)遵循安全、實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)的原則，由數(shù)顯儀表構(gòu)成的CNG加氣站自控系統(tǒng)已完全滿足控制要求和上位機(jī)數(shù)據(jù)上傳要求。若盲目追求高大上的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，這樣會增加投資且要求加氣站儀表工必須熟練掌握PLC系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)，不然出現(xiàn)故障時恢復(fù)時間必然會延長，這樣未必是明智的選擇。
