浅析杭州市东部LNG应急气源站自动化建设

浅析杭州市东部LNG应急气源站自动化建设

胡云强

关键字：杭州市;LNG应急气源站；自动化建设

随着我国经济迅速发展，，天然气消费量的增长，供应和需求之间存在着不均衡性，同时“西气东输”的输配能力已基本达到饱和，而与之配套的调峰应急设施发展相对缓慢，使长输管线供气城市面临冬季用气量无法满足、应急补充气源不完善等问题。

1、项目基本概况

杭州市东部LNG应急气源站是即西部LNG应急气源站建成后又一个城市应急气源站。供气范围为主城、下沙城、临平城、塘栖组团、良渚组团、余杭组团，东部LNG应急气源站的建成为杭州市安全稳定供气提供更为有力保障。该站储存规模为10000m3，建1台10000立米LNG常压全容罐，1台100立米LNG真空粉末缓冲罐，日供气规模为高压8万Nm3/h，中压5万Nm3/h，CNG汽车加气量为1万Nm3/日，LNG汽车加气量为40m3/日。

该LNG应急气源厂主要包括LNG装卸车系统、LNG储存系统、LNG气化系统、CNG加气系统以及生产辅助设施。自控系统需要采集现场设备状态，根据生产要求远程控制电磁阀等设备，从而有效的监控整个LNG气化站的生产流程。

2、应急气源站的作用

该工程建成后，其主要功能是杭州市应急气源功能，同时还兼有调峰补气功能、LNG外运功能以及汽车加气功能。具体如下：

（1）城市应急气源功能

保证在上游长输管线发生事故，可供气量骤减，或遇到恶劣天气，天然气需求激增时，迅速启动，可作为应急气源向城市不可间断用户连续供应天然气6～8天。

（2）城市调峰补气功能

在确保城市应急功能的基础上还可以实现日常城市高峰用气时的补充调峰。调峰补气时，LNG由储罐直接经气化器进行气化，再经调压、计量、加臭，向城市高压和中压管网供气

（3）LNG外运功能

在确保城市应急和调峰功能的基础上，还可以实现LNG外运功能，即灌装LNG槽车和杜瓦瓶。通过汽车运输至目前暂无管道天然气的区域，作为区域过渡气源，实现小区或地区居民、公建、工业用户的燃气管道化。也可通过LNG罐内低温泵将储罐内的LNG灌装到LNG槽车，通过汽车外运至LNG卫星站，供大型工业用户或整个城镇用气；可以实现各站之间液化天然气互相补充，保障应急功能。

（4）汽车加气功能

天然气汽车将是今后的发展趋势，应急气源站同时还兼有LNG汽车加气和CNG汽车加气功能。

3、站控系统

按照燃气应急站的规模、特点、生产控制要求，结合相关的设计规范，设计出一整套先进的PLC（冗余）系统,该系统是杭州市天然气管网SCADA大系统下的一个独立站控系统。以保障操作人员及设备的安全，确保生产安全、可靠、经济和有效的运行，气源站站控系统，其结构如图所示．主要包括：

（1）过程控制系统（SCS系统内含ESD系统部分）：用于实现对整个装置的集中监视和控制及紧急情况下现场设备的安全保护；

（2）火气系统（FGS系统）兼消防控制系统：用于火灾及可燃气体泄漏检测、报警及联锁，消防设施的监控。

（3）视频安防系统（SPS系统）、工业电视监控系统（CCTV系统）、大屏显示系统及周界报警系统：用于重要部位图像监控及防止外人非法或越权进入。

3.1过程控制系统（SCS系统）：

项目所有的工艺装置和公用工程、辅助设施等，均采用SCS系统进行过程控制和检测，实现集中操作，并建立全厂实时数据库，为全站计算机信息管理和生产调度建立基础。

项目分输站中选用AB公司的L71-1756ControlLOGIX?集成安全控制器。其优点：

(1)适合顺序、过程、传动和运动控制的模块化、高性能控制平台：每个ControlLogix处理器可以执行多个控制任务，减少所需要的控制器个数，这样，排错更快。可以分别触发多个周期任务以便达到更高的性能水平。

（2）通用的编程环境和Logix控制引擎：无论选用的平台和网络，通过使用通用的控制模型，都可以降低系统成本，简化集成。组态和编程是一致的，这样，不论开始的程序开发还是长远的系统维护，都可以少花力气。

（3）连接到NetLinx开放式网络结构:在全站范围内，从车间到管理层，从互连网到电子化制造应用，信息全部无缝通讯。

（4）不加限制地混合多个处理器、网络和I/O。

上位监控软件采用通用工业控制软件德国西门子公司的WINCC7.0。该项目共配置3套（2套运行版用于SCS系统操作员工作站，1套开发版用于SCS系统工程师工作站）。其突出的优点：

（1）软件体系采用真正的客户/服务器（C/S）体系结构可随意灵活、方便的扩展，并且在增加客户机时无须对服务器进行修改，客户机和服务器的数量没有限制。

（2）具有良好的开放性，能够支持当前流行的大部分I/O设备。

（3）能够完全做到实时数据服务器，趋势、报警、报表和文件等功能模块的冗余，并且可以根据需要把任意计算机设置为实时数据服务器、趋势、报警、报表和文件服务器。

（4）软件设计、系统组态、实时采样等均采用模块化设计。

（5）趋势、报警、报表和文件功能都冗余，并且能够在两台服务器之间自动补偿对方丢失的趋势，即一台服务器故障一旦恢复后能够自动从另外一台服务器将丢失的趋势数据补充完整。

3.2火气系统（FGS系统）

FGS系统的首要功能是完成对检测范围内可能的气体泄漏和火焰进行检测并报警。通过安装于现场危险区域的气体及火焰探测器探测现场险情，当发生气体泄漏或火灾时，通过控制室的操作员站发出有针对性的报警信号，提醒操作人员采取相应措施并将信号送达火灾自动报警控制器，准备消防联动。

该工程FGS系统内还包括当发生气体泄漏或火灾时,控制人员经过人工确认的同时要完成相应的远程自动/手动消防措施(开启相应的喷淋阀,干粉系统及泡沫系统)。消防系统设备单独设置控制面板,但提供标准的数据接口，可以与SCS系统以及其他PLC系统实现数据共享。

3.3CCTV及周界报警系统

现代化的燃气公司LNG场站，内部结构复杂，人员的层次多，不仅对外部人员进行安全防范，而且要对内部人员加强管理。对于重要的地点，物品还需要特殊的保护。所以，需要建立多层次，立体化的安全防范系统。

该控制系统由大屏幕拼接系统、平台控制软件和存储三部份组成。

（1）大屏幕拼接系统：监控中心机房设置8台80寸DLP显示单元拼接组成的电视墙。

（2）矩阵切换控制部份：各监视点视频信号通过网络交换机送至控制室，视频信号通过平台管理软件，经管理电脑接入拼接控制器的输入端，完成对前端设备的控制及视频信号的切换显示等功能。

（3）存储：设在监控中心机房采用1台存储进行存储。配置存储容量16T，采用企业级硬盘，存储系统支持高可靠RAID5技术，在数据损坏后可自动恢复，支持对重要数据的本地存储和备份实现整个监控图像的统一管理及存储，图像资料以D1格式可保存30天。

4、其他安全措施

为了保证系统的正常运行，对于系统工作状态的检测仪器，要求工作状态良好,在温度，压力，阻力，流量,分析仪等关键部位设置高精度仪表进行状态检测和数据查看,同时还设置了防浪涌模块和维持站控系统正常工作1小时的UPS。

东部LNG应急气源站采用全容罐，为了保证保证储存安全，在液位控制上进行严格把控，对于罐内压力、温度进行实时监测，同时为了使天然气储罐和管道安全运行，项目提供了一套LNG管道监测系统，该系统能够适合天然气管道在承受外力而发生应力变化时的连续监测，当发生紧急情况时可以迅速反应，及时干预，防止意外情况出现。

5、项目建设的几点思考

应急气源站的任务是在用气高峰期辅助主要供气系统进行调峰供气协作，所以在规划和修建过程中要保证其工程质量。

项目前期:（1）工程实施人员要提前介入技术讨论，并对国内外类似工程进行充分的调研，了解行业内对于此类工程的有哪些新动态、新技术值得借鉴；（2）会同有经验的运行维护人员对现场工艺要求，对各种设备仪器的操作方式和检修手段提出需求，在项目推进过程中得以完善；（3）考虑项目站控系统的生命周期、维护保养、升级、兼容等问题；（4）站控系统是该站的核心，是应急气源站各类设备的管理者。在开发系统前，应由系统供应商充分挖掘各类设备的性能，确保各类设备在安全、良好的工况下运行。

项目中期:应尽早的编制单机调试和联动调试方案，给工作人员提供充足的调试时间，并将日后运行人编入调试队伍中，帮助其熟悉设备调试工作，了解不同工作状态的设备调整，对设备运行机理和逻辑进行学习和认识，提高工作人员对系统的认识。项目后期:在全站工作人员对全站操作设备有了一定的了解后，就要开始吸取前段时间学习的经验进行汇总，再根据日常工作各工作节点反馈出的数据对设备程序的实际使用进行调整，根据以往工作经验编制各类操作规范、操作制度、操作手册和应急预案，减少因人为疏忽造成的隐患排查不力。

6、结束语

本人作为一名机电工程师有幸参与负责该项目设备安装现场管理，付出了一些辛劳并伴随工程一起成长。2015年底该项目一次性投运成功，2017年底杭州市东西部应急气源站工程荣获全国詹天佑奖，东部应急气源站的建成有效的解决了大杭州气源供应的瓶颈问题，为杭城人民的品质生活和盛会的召开提供了有效的保障。

参考资料：

[1]汪欢欢,陈珑.城市应急气源站自动化建设[J].自动化应用,2015,(7):111-113.

[2]杭州市东部LNG应急气源工程[Z]杭州市燃气集团有限公司.2017