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1、1,LNG站控系统控制逻辑及原理,2,信守使命做城市燃气推荐者根植天津领跑行业发展之巅,一、工艺概述二、自控仪表设计要求三、自控仪表设置要点四、站控系统设计及制造,3,一、工艺概述,LNG气化站的工艺一般包括：LNG卸车、增压、储存、气化、升温、调压、计量、加臭、BOG处理、安全泄放等。,4,二、自控仪表设计要求,LNG气化站自控仪表系统可分解为现场仪表系统、站控制系统、火灾报警控制系统、ESD(Emergency ShutdownDevice)紧急停车系统、视频及红外报警系统投影系统，燃气泄露报警系统。,5,二、自控仪表设计要求,1)现场仪表系统:在场站可靠安全运行的必要点处加装一次及二次仪
2、表，对LNG储罐、工艺装置区各设备进行监视和控制；对调压计量、加臭、仪表用气源等设备进行控制。2）站控控制系统：采集现场重要位置的数据，汇总到控制室进行集中监测和控制。3）燃气泄漏报警系统：在现场卸车区、储罐区、空温区、调压计量区等泄漏信号上传到控制室，并及时判断泄漏点做出相应的控制。4）火灾报警控制系统：在现场设置火灾报警探头、手动报警按钮、声光报警按钮，迅速处理全站火灾报警情况。5）ESD系统：保证紧急情况时及时切断站内气源，在事故时尽量减少站内损失。6）视频及红外报警系统：工作人员在控制室内监视站内设备及外来人员、车辆进入情况。此外，站内预留向调度中心传输重要数据的借口，保证系统的完整性
3、和可扩展型。,6,二、自控仪表设计要求,整个LNG气化站的通讯网络分为三级：第一级监控级，第二级控制级，第三级为现场数据采集级。1）监控级：控制室，采用星形拓扑网络结构的10/100以太网，通过上位机实时监控。2）控制级：PLC控制柜，通过程序中的逻辑关系，实现自动控制或在紧急情况下手动控制。3）现场数据采集级：3.1 现场控制点采用星形拓扑结构I/O点对点与PLC控制器通讯。3.2 现场控制点通过RTU或采集模块，通过Modbus RTU或Profibus DP协议与PLC控制器通讯。,二、自控仪表设计要求,7,I/O点对点型,8,二、自控仪表设计要求,总线制传输,9,三、自控仪表设置要点,
4、一、现场仪表检测点的设置:1)LNG储罐的压力及液位；2)LNG储罐进出液总管压力；3)空温式气化器组出口温度；4)BOG进出口压力；5)调压计量NG路及BOG路进口压力，总出口压力及温度；6)出站计量、加臭；7)站区天然气泄漏检测、低温泄漏检测；8)储罐区火焰检测。,10,三、自控仪表设置要点,二、LNG气化站运行控制系统 利用卸车增压气化器将LNG槽车内的气相压力升高，将LNG通过管道卸至站内储罐。利用储罐配套的自增压气化器来保证储罐具有一定的压力，并将LNG送入空温式气化器，通过环境空气的热量将LNG气化为气态天然气。若气态天然气温度大于5，则直接进入调压、计量、加臭装置；若气态天然气温
5、度小于5，就需要经过水浴式加热器将气态天然气加热到5以上，再送入调压、计量、加臭装置，最后送入中压管网。LNG槽车和LNG储罐产生的BOG排放至BOG加热器，加热后送入调压、计量、加臭装置，最后送入中压管网。,11,三、自控仪表设置要点,工艺装置区中的气化区是将LNG转换为气态天然气的主要部位，也是整个气化站的关键部位。在整个气化区设置2组气化器，在每组气化器后设置温度传感器。当一组气化器结霜过多或发生故障时，通过温度检测超限报警，连锁关闭该组气化器进液管上的气动紧急切断阀实现对气化器的控制，同时打开另外一组气化器的进液管上的气动紧急切断阀，保证供气的连续性。LNG气化站是由储罐区、工艺装置区
6、和辅助区3个区域组成。对每个区域都需进行监测或控制，关键地方还必须采用联动的方式来保证控制的及时性。要达到以上目的，必须要建设一套LNG气化站的运行控制系统。运行控制系统分为PLC控制系统和现场调节设备的自动连锁控制2部分。,12,三、自控仪表设置要点,三、LNG气化站紧急切断系统 由超压切断系统，超液位高度切断系统和空温气化器出口温度切断系统组成。1）低温储罐液位压力控制系统 储罐液位的控制 储罐区对于整个气化站来说是核心部位，最主要的设备就是LNG储罐。城镇燃气设计规范(GB50028-2006)第9.4.13条规定：储罐进出液管必须设置紧急切断阀，并与储罐液位控制连锁。,13,三、自控仪
7、表设置要点,根据本条要求，在储罐上必须设置可以信号远传的检测储罐液位的仪表设备，并必须在储罐进出液管上设置可实现远程控制的紧急切断阀。在LNG气化站设计中，这种紧急切断阀一般选用气动紧急切断阀。由于LNG属于超低温介质，直接测量液位无法实现，因此通常的做法是选用隔爆型差压变送器测得储罐内上下液位的静压差，把变送器检测到的液位信号转换为420mA的标准信号，传送至控制器，控制器根据LNG的密度来计算LNG储罐内液位的高度并与设定值进行比较，液位值大于等于设定值时就输出信号切断储罐进液气动阀，停止储罐进液，从而实现规范要求的连锁切断功能。,14,三、自控仪表设置要点,LNG储罐在进液或出液时，液位
8、产生变化。进液时当储罐液位达到罐容的90，由控制室发出报警信号，停止进液。若控制失效，液位继续上升，达到罐容的95时，通过PLC连锁控制进液管上的电磁阀，使之关闭气动紧急切断阀，避免液位过高。若出液时储罐液位达到罐容的10时，由控制室发出报警信号，停止出液。若控制失效，液位继续下降，达到罐容的5时，通过PLC连锁控制出液管上的电磁阀，使之关闭气动紧急切断阀。避免罐内无液，造成罐内温度上升，需要再次预冷。若发生紧急事故，可以通过罐区边、卸车区旁或控制室内的紧急切断按钮来切断所有储罐的进、出液的气动紧急切断阀和气化器前的气动紧急切断阀，避免事故进一步扩大。,15,三、自控仪表设置要点,16,三、自
9、控仪表设置要点,储罐压力的控制 在储罐上安装压力变送器来监测储罐压力，将压力信号转换为4-20mA标准信号，传送至控制器。在气、液相管之间安装自增压气化器和自增压阀，对储罐进行增压。在气相管上安装减压调节阀和安全阀，防止储罐超压。正常运行中，必须将LNG储罐的工作压力控制在允许的范围内。LNG储罐的正常工作压力范围为0.30.6 MPa，罐内压力低于设定值时，可利用自增压气化器和自增压阀对储罐进行增压。增压下限由自增压阀开启压力确定，增压上限由自增压阀的自动关闭压力确定，其值通常比设定的自增压阀开启压力高约15。,17,三、自控仪表设置要点,LNG在储存过程中由于储罐不可能绝对无热量交换，所以
10、会缓慢蒸发(日静态蒸发率O.3)，导致储罐的压力逐步升高，最终危及储罐安全。为保证储罐安全运行，采用储罐减压调节阀、压力报警、连锁切断储罐进液阀，手动放散，安全阀起跳三级安全保护措施来进行储罐的超压保护。其保护顺序如下：当储罐压力上升到减压调节阀设定的开启值时，减压调节阀自动打开泄放气态天然气；当减压调节阀失灵，罐内压力继续上升，达到压力报警值时，压力报警，手动放散泄压；当减压调节阀失灵且手动放散未开启时，安全阀起跳泄压，关闭储罐进液阀，保证LNG储罐的运行安全。,18,三、自控仪表设置要点,19,三、自控仪表设置要点,2)空温式气化器出口气体温度联锁系统 城镇燃气设计规范(GB50028-2
11、006)第9.4.15条规定：液化天然气的液体进口管道上宜设置紧急切断阀，该阀门应与天然气出口的测温装置连锁。从储罐流出的LNG进入空温式气化器，空温式气化器将LNG液体与空气进行换热而达到气化的目的。环境温度及气候条件就成为影响设备运行状态的关键因素。环境温度变化无常，晴天和阴天不一样，冬天和夏天不一样。一旦空温式气化器投入运行，整个气化器的温度便会下降，在LNG入口处的温度会比环境温度低很多，这样与设备接触的空气中的水分就会凝结，随着空温式气化器投入运行时间的增加，气化器上凝结的水会进一步降温，导致结冰。这样随着时间的推移，空温式气化器的结冰面积不断增大，影响气化器的传热效果，导致其气化能
12、力下降，出口气体温度降低。为了系统的安全，空温式气化器出口气体温度不能过低。,20,三、自控仪表设置要点,实际的环境温度变化、设备结冰情况等多方面的因素，都无法用确切的数据来衡量。这种实际情况与设计状态的差别，使我们无法确定气化器出口气体温度。为了保证LNG气化站的安全，就必须保证空温式气化器时刻工作在正常状态，其出口气体温度必须在规定的范围内。为了满足这一要求，可以在空温式气化器的出口和入口设置一套温度检测报警联锁系统，即在空温式气化器出口管道上设置温度检测仪表，在空温式气化器进液口设置紧急切断阀，并将温度报警信号与紧急切断阀联锁。一方面可以随时监视空温式气化器的工作状态，当出现不正常情况时
13、发出报警信号；另一方面也可以在空温式气化器出口气体温度低于设定值时输出信号，连锁切断储罐出液阀，同时切断空温气化器进口紧急切断阀，停止供液。,21,三、自控仪表设置要点,虽然空温式气化器都有其工作状态参数和气化能力，但是我们也无法保证空温式气化器的出口气体温度，只能保证设备在输出流量最大时，其出口气体温度尽可能地接近环境温度。因此在设计时，考虑到设备运行的安全性，通常要根据气化站的室外极端最低温度来确定气化器出口气体温度的报警设定值。如果极端最低温度比较低，为了保护下游设备的安全，这个温度设定值也不应低于下游设备及管材正常工作时的最低承受温度。如果由于环境因素导致空温式气化器出口气体温度过低，
14、不能满足下游设备安全运行的要求，就需要对其进一步加热。常用的设备是水浴式加热器，通过低温天然气与热水进行换热，以提高天然气温度。,22,三、自控仪表设置要点,23,三、自控仪表设置要点,第二节 LNG气化站火气控制系统 LNG气化站的火气控制系统(FG)功能是在火灾和可燃性气体泄漏的情况下，能准确探测火灾和气体泄漏的程度和事故地点，触发声光报警设备，并且根据事故发生的严重性等级而确定报警和启动消防设施，从而控制和避免灾难的发生，以防止对生产设备和人员的伤害及对环境的影响等。因而控制系统的设计必须遵循故障安全的原则，对整个系统的硬件和软件的可靠性要求都很高。,24,三、自控仪表设置要点,2.1
15、火气控制系统的设备温度探测传感器 在储罐区的导流槽上安装低温探测传感器，通过对温度的监测来判断是否有LNG泄漏。可燃气体探头 在整个气化站各个区域(卸车区、储罐区、空温区、水浴复热区、调压计量区等)安装催化燃烧型可燃气体探头，监测空气中的可燃气体浓度，一般按可燃气体的爆炸下限为最大量程，达到爆炸下限的20视为警告(一级报警)，达到爆炸下限的40视为气体泄漏报警(二级报警)。火焰探头 在LNG储罐四周安装紫外加红外的火焰探头，通过对可燃性气体或液体火焰的监测来发现明火并发出火灾报警信号。,25,三、自控仪表设置要点,手动火灾报警按钮 在LNG储罐区周边安装按压式手动火灾报警按钮，在整个厂区分布设
16、置破玻璃式手动火灾报警按钮，通过敲碎玻璃触发信号来启动消防系统。声光报警器 在气化站分布设置声光报警器，用于火灾报警时的声音和光的提示功能，以确保所有现场人员都能及时知道火灾的发生，以采取相应的应急措施。泡沫发生器 在LNG储罐边设置泡沫发生器，主要对LNG泄漏时储罐区的集液池实施全部泡沫覆盖，减慢LNG气化的速度。消防系统 由消防控制柜、消防巡检柜、喷淋阀控制箱、稳压控制箱、排污泵及其控制、消防泵、稳压泵、稳压罐、喷淋管、电磁阀和高压水枪等组成。,26,三、自控仪表设置要点,2.2 火气控制系统连锁关系可燃气体探测产生的连锁 a 单探头可燃气体探测：当可燃气体的一级报警设定值达到爆炸下限的2
17、0时，在控制室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上低浓度可燃气体报警并记录事件。当可燃气体的二级报警设定值达到爆炸下限的40时，在控制室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上高浓度可燃气体报警并记录事件。b 多探头可燃气体探测：多个探头中同时有2个探头的一级报警设定值达到爆炸下限的20时，在控制室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上多探头低浓度报警并记录事件。当多个探头中同时有2个探头的二级报警设定值达到爆炸下限的40时，不仅在控制室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上多探头高浓度报警并记录事件，通过手动确认高浓度可燃气体报警，同时自动启动现场的声光报警器并将信号送给紧急停车系统，关闭所有储罐的
18、进、出液阀和气化器的进口阀。,27,三、自控仪表设置要点,28,三、自控仪表设置要点,火焰探测产生的连锁 a 触发单探头火灾探测，在控制室人机界面上单探头火灾报警并记录事件。b 多个探头中同时触发2个探头的火灾探测，在控制室人机界面上多探头火灾报警并记录事件，通过手动确认火灾报警，同时自动启动现场的声光报警器并打开泡沫阀、切断污水泵电源、启动消防泵并发信号至紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。,29,三、自控仪表设置要点,低温探测产生的联锁 a 单探头低温探测达-30，在控制室人机界面上低温报警并记录事件。单探头低温探测达-40，在控制室的人机界面上超低温报警并记录事件。b
19、 多个探头中同时有2个探头检测值达到-40，不仅在控制室人机界面上多探头低温报警并记录事件，还要启动现场的声光报警器。c 多个探头中同时有2个探头检测值达到一40，在控制室人机界面上多探头超低温报警并记录事件，手动确认超低温报警，同时自动打开LNG储罐区泡沫阀、切断污水泵电源和启动消防泵，同时发信号至紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。d 若在控制室人机界面上手动打开LNG储罐区泡沫阀时，会同时切断污水泵电源和启动消防泵，同时发信号至紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。,30,三、自控仪表设置要点,31,三、自控仪表设置要点,2.3 ESD系统城镇燃气设
20、计规范(GB500282006)第9.4.21条规定：液化天然气气化站内应设置事故切断系统，事故发生时，应切断或关闭液化天然气或可燃气体来源，还应关闭正在运行可能使事故扩大的设备。LNG气化站内设置的事故切断系统应具有手动、自动或手动自动同时启动的性能，手动启动器应设置在事故时方便到达的地方，并与所保护设备的间距不小于15m。手动启动器应具有明显的功能标志。,32,三、自控仪表设置要点,2.4联锁系统控制说明1.联锁逻辑设计原则:(1)所有原因侧均考虑故障安全型，即所有原因侧触点正常带电，联锁原因出现时失电。(2)所有原因侧均考虑旁路开关BPS，正常时不带电，旁路时按下带电，且保持。(3)逻辑
21、输出为故障安全型，即逻辑线路中的电气元件为正常带电，联锁动作时失电。(4)手动停车：在PLC中设置的手动软开关，正常带电，一旦生产故障紧急按下失电，保持5秒钟。(5)联锁动作后，逻辑具有锁住功能，必须通过复位来恢复功能。(6)所有原因侧均在现场设置报警及ESD紧急切断按钮，信号引入PLC。(7)所有联锁系统在实施过程中需要根据工艺要求，进行适当修正联锁方案及各参数(包括延时时间等)的确定。,33,三、自控仪表设置要点,2.联锁逻辑要求(1)联锁报警信号还要在相应流程图上醒目显示，并发出声光报警,以提醒操作人员进行操作处理。(2)紧急手动停车按钮应两次确认。,34,四、站控系统设计及制造,本技术
22、方案主要包括对整个气化站的控制和监测；采用PLC系统来实现采集和控制；控制内容包括：对于LNG储罐液位、压力，出站天然气压力、温度和氮气压力等重要参数进行数据采集、处理及联锁控制；调压计量装置重要参数进行数据采集、处理及联锁控制；水浴加热装置重要参数进行数据采集、处理及联锁控制；在操作盘上设电源指示灯、声光报警、紧急停车按钮、阀门状态指示灯、控制按钮等。操作员计算机工作站完成动态画面的显示、数据显示、操作控制指令的发布、记录声光报警、统计报表等功能。具体如下:,35,四、站控系统设计及制造,1、计算机工作站功能：(1)上位计算机动态画面显示；(2)对工艺参数的屏幕显示；(3)对工艺设备的运行状
23、态和阀位及报警显示；(4)生产报表的形成；(5)生产报表的打印；(6)对控制器的开发；(7)对控制软件的修改；,36,四、站控系统设计及制造,37,四、站控系统设计及制造,38,四、站控系统设计及制造,39,四、站控系统设计及制造,40,四、站控系统设计及制造,41,四、站控系统设计及制造,42,四、站控系统设计及制造,43,四、站控系统设计及制造,2、PLC系统1)LNG站部分低温储罐液位的检测、报警和联锁；低温储罐压力的检测、报警和联锁；进液阀的控制和阀位的指示；出液阀的控制和阀位的指示；空气压力的的监测和报警；气化后的天然气温度的检测、报警和联锁；天然气出站流量的检测和累计、累加；对热水系统的检测；加臭装置的控制；对发电机的运行监测；对消防水泵的运行监测；对消防水池水位的检测；,44,四、站控系统设计及制造,2)调压计量加臭装置部分采集BOG天然气进口压力；采集NG天然气进口压力；采集调压后压力；采集总出口压力；采集总出口温度；采集天然气流量；控制加臭机自动加臭；以上参数同时上传给计算机工作站,45,Thank You!,
