【摘要】随着液化天然气在全球使用范围的扩大，人们越来越重视对液化天然气的开发和利用，LNG液化撬装装置成为近年来人们研究的热点，控制系统对于整个撬装装置具有重要的意义。本文对撬装区的控制系统进行分析，并提出撬装控制系统的应用解决方案，从而使液化撬装可以有效的完成综合监控，保证液化天然气安全、有效的开发和应用。
【关键词】液化天然气;LNG撬装;控制系统;解决方案
一、前言
液化天然气具有高效、清洁、方便等特点，因此成为当今世界使用较多的能源。我国也越来越重视对液化天然气的开发和应用，目前LNG液化撬装装置是人们研究的重点，利用液化撬装装置进行气源的开发具有部署机动、组装简便等特点。由于我国气田分布较分散，尤其是煤层气，采用LNG液化撬装装置对气田进行开发具有重要的意义。本文对撬装工艺和撬装控制系统进行分析，提出了撬装控制系统的应用解决方案，希望可以为液化撬装控制系统提供有意义的参考。
二、LNG撬装工艺
液化天然气（LNG）是全球三大能源之一，撬装工艺具有建设周期短、结构紧凑、节约用地、模块化设计便于管理等优点。液化撬装工艺对分散气田进行开采，可以满足边际气田开采的需求，因此撬装工艺的分析和研究具有重要意义。
撬装工艺一般采用压缩膨胀液化流程，或者混合制冷流程。整个撬装装置采用模块化设计，共分为五个撬装模块：原料气计量和分离净化模块、天然气液化模块、多级压缩制冷循环模块、冷箱、LNG储罐或槽车，装车装置。
三、撬装控制应用特点
撬装装置由若干撬块和一个中控室组成，各撬块上配有DIO站，采用Schneider Advantys或WAGO 750系列模块，分别对撬内信号进行采集。各撬块通过工业以太网将数据传送到中控室的控制站，控制室设立冗余Quantum 67160主备站，Citect冗余服务器对撬装工厂进行监控，并提供Web Sever，以保证撬装工厂的安全运行。
撬装区域属于防爆I区，因此必须提高液化装置的安全性，才能保证气田开采的安全。撬装区的控制系统需要满足以下要求：
1.若AI模块通道具备断线诊断（Wire break）并开启此功能，当AI通道（电流型）断线时，启动报警程序;
2.若AI模块通道不具备断线诊断（Wire break）或未开启此功能，当AI通道（电流型）断线时，依不同IO模块编写类似如下程序，进行通道断线检测（UNITY7.0）：
S1SCALING_0（IN：=S1AO1RAWReal[0]，
PARA：=S1SCALINGParaS1AO1，
OUT=>S1AO1RealEn[0]）;
S1SCALINGParaS1AO1.in_min：=0.0;
S1SCALINGParaS1AO1.in_max：=100.0;
S1SCALINGParaS1AO1.out_min：=0.0;
S1SCALINGParaS1AO1.out_max：= 32000.0;
S1SCALINGParaS1AO1.clip：=1;
%MW281：=REAL_TO_INT（IN：=S1AO1RealEn [0]）;
%MW282：=REAL_TO_INT（IN：=S1AO1RealEn [1]）;
3.采用分布式I/O数据采集站。采集站安装在撬块上，需适应变化多样的环境，因此要求采集站具有很好的环境适应能力。
4.各撬块间通讯电缆全程配管保证通讯线路安全可靠，因采用环网，最大限度避免了以太网70米以上距离的尴尬。
四、撬装控制系统应用方案
通过分析撬装控制应用的特点可以看出撬装应用系统的安全性需从防爆性、分布式数据采集控制、环境适应性能等方面进行综合考虑，才能保证撬装控制系统的安全和可靠。
图1
1.防爆解决方案
由于撬块区属于防爆区，因此系统的防爆设计是整个撬装工厂控制系统中最重要的要素，从减少危险点的角度增强安全性：
（1）使用本安设备-安全栅方案
安全栅方案是指点对点接线到点对点接线，主要的代表形式是隔离式和齐纳式，安全栅的应用特点是仪表按照点对点的接线方式连接到安全栅，安全栅同样以点对点的方式再连接到控制系统上，即安全栅作为中间的安全枢纽。
（2）减少电缆接入点-现场总线解决方案
现场总线解决方案是指从总线到总线的解决方案，是由现场总线本安适配器、本安总线电缆、本安配电链接模块、本安现场总线仪表组成，它的应用特点为总线与总线链接，然后以总线的方式连接到控制系统中，也就是说整个控制回路只需一条电缆组成。这也是目前最为先进的本安防爆技术。
（3）集中控制分散采集方案
分布式I/O方案就是从点到点接线到总线，主要的产品是分布式I/O模块（本质安全型）。它的应用特点是仪表采用传统的本安仪表，用点对点的方式连接到I/O分布模块，分布式I/O模块不仅具有安全栅的功能，还具有防爆功能，因此可将I/O分布模块直接安装在危险区，使现场设备小型化。
如果采用点对点接线方式，会在中控室产生大量的线缆，跟场站式工厂的构建模式相似;如果采用总线对总线的连接方式，虽然能保证控制系统的安全性，但是需要在现场安装本安仪表，成本较高，且对工作人员的专业素质要求较高，因此目前这种方案并不适合。采用点对点接线到总线的方案，结合了以上两种方案的优点，可以采用常规仪表，降低了成本，同时可以通过总线连接到中控室，减少了中控室的线缆数量。I/O分布一般采用点对点接线到总线这样的方式为主，以总线到总线接线的方式为辅的解决方案。
2.撬上分布I/O的要求
对于分布式I/O的要求一般是从防爆设计和环境适应能力两个方面进行考虑。LNG液化过程中的撬装装置中含有大量的甲烷、乙烷、丙烷等易燃易爆气体，因此撬块上的I/O分布单元应达到撬块上的防爆要求。
由于撬块上的分布式I/O单元处于外部环境，为了保证LNG液化装置能够正常运行，要求I/O撬块装置需要具有较强的环境适应能力，在恶劣的环境下仍然能够正常运行。在北方需要满足的工作温度是-40℃～60℃，在南方则需要满足的工作温度是-20℃～70℃。必要时设计空间温度调节装置，可考虑使用宽温产品。
3.控制系统的配置和应用
在LNG液化撬装工厂中，每个撬块中都备有信息采集装备，并且分布式的I/O单元需要适应环境的要求。中控室位于安全区域，虽然没有防爆要求但是要求的运算负荷比较高。在LNG液化装置的网络设计采用总线型和环型结合的方式进行组网。利用分布式的I/O单元能够在保证安全和可靠性的前提下，还能节省线缆和成本。
五、总结
本文通过对LNG液化控制系统应用解决方案进行分析，得到分布式I/O单元的解决方案，可在保证液化系统的可靠和安全性的前提下，降低成本，节约电缆，提高经济效益。随着LNG在全球中的广泛应用，LNG撬块装置以及控制系统将得到逐步提高，从而促进液化天然气的开发和利用，对改善能源结构具有重要的意义。
参考文献
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[2]曹文胜，鲁雪生等.小型撬装式LNG装置的流程模拟[J].化工学报，2006，6（57）.
[3]孙康.小型LNG装置混合制冷工艺包PFD-2004.
作者简介：
娄娟（1982—），女，河北邯郸人，硕士，现供职于博思特能源装备（天津）股份有限公司，研究方向：电气自动化。
桂志海（1970—），男，满族，吉林长春人，大学专科，工程师，现供职于博思特能源装备（天津）股份有限公司，研究方向：LNG液化生产，电气自动化。