江西二期管网ESD系统应用浅析

倪秀云，谢欢欢，赵宏霞，詹华英，魏 兰

江西省天然气投资有限公司，江西南昌 330012

江西二期管网ESD系统应用浅析

倪秀云，谢欢欢，赵宏霞，詹华英，魏 兰

江西省天然气投资有限公司，江西南昌 330012

ESD系统作为长输管道过程中站场的紧急保护系统在保障长输管道平稳运行方面有不可替代的作用，它是场站运行的最后一道屏障，是减小事故灾害，完成现场应急处置的重要手段。基于此，本文就江西二期管网ESD系统基本架构和软件逻辑进行说明，结合我公司ESD系统实际中出现的故障进行分析，最后就如何保持ESD系统的安全完整性提出自己的几点看法。

ESD系统；障分析；安全完整性

1 ESD系统概述

1.1 ESD系统独立设计的必要性

ESD系统按照安全独立原则要求，其安全级别需符合相应规范要求。据有关资料，当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，当操作人员面临生命危险时，要在60s内作出反应，错误决策的概率高达99.9%。因此设置独立于控制系统的安全连锁是十分必要的。

1.2 江西二期管网ESD系统的作用

江西二期管网ESD系统作用：当场站运行时出现大面积天然气泄漏、火灾爆炸和严重自然灾害时，实现全站的紧急切断和放空。主要包括：进出站气液联动阀的关断、燃料气撬进气电动阀的关闭、相关紧急切断阀SSV的关断、进出站SBDV电动放空阀的打开。最终实现全站紧急关断后放空，使得紧急事故状态下，管线内无天然气，确保场站安全。

1.3 江西二期管网ESD系统主要控制信号

ESD机柜接入信号包括，ESD紧急切断按钮；进、出站气液联动阀1101开阀命令、关阀命令、ESD程序关阀命令，气液联动阀开到位状态、关到位状态、远程控制状态；电动放空阀、电动燃料气撬关断阀在气液联动阀信号的基础上增加故障状态显示信号；此外报警输出信号为保证可靠性也在ESD机柜中体现；火焰探测信号、可燃气体探测高高报警信号同样为保证信号输入端可靠性也在ESD机柜中体现。

以上信号根据信号类型不同分别输入不同的I/O模块中，包括AI模拟量输入、AO模拟量输出、DI数字量输入、DO数字量输出。

2 ESD触发逻辑说明

为保证ESD系统的高安全可靠性，在保证硬件设施质量的前提下，ESD逻辑软件编程质量的好坏也是保证ESD系统可靠运行的关键因素。

2.1 ESD逻辑迅速响应的硬件设施

江西二期管网ESD系统主要采用了由Allen Bradley公司的RSLOGIX5000和HoneyWell公司的Safety Manager两种系列PLC组成，都属于市场上比较成熟的产品。ESD控制系统CPU的扫描周期一般在几十毫秒，根据控制系统所扫描的控制点的数量，一般在50ms左右，所以ESD的响应时间是极为迅速的。

2.2 ESD逻辑响应的可靠性设计程序

ESD按钮硬点接入I/O模块，CPU将I/0模块地址对应其寄存器地址，程序通过扫描寄存器地址判断ESD按钮状态，若按下程序往下执行，到达TON（延时导通计时器指令），当DN预置值达到累加值500ms时，EN使能位触发。EN使能位触发，ESD Timer[0].DN置位导通，OTE指令被使能，程序往下执行。

在触发ESD逻辑实际动作前，程序进行了PLC_ RUN、R1S1数据点的扫描。 PLC_RUN为GSV（获取系统数值指令）监视系统数据后确定主PLC运行状态正常的数据点，R1S1为GSV（获取系统数值指令）监视系统数据后确定模块运行状态正常的数据点。因此，排除了因CPU或R1S1寄存器故障导致的程序误触发，保证了ESD触发程序的可靠性。

3 ESD系统故障分析

3.1 ESD系统Allen-Bradley ControlLogix系列CPU完成上电后触发ESD逻辑

江西二期管网维修队对九江分输站ESD系统进行稳定性测试时发现，对现场工艺流程做好相应防护措施后，对1#CPU（主用）、2#CPU（备用）下电，对2#CPU（备用）上电，当CPU由wait变为pass启动成功瞬间，现场ESD程序触发。

对ESD执行程序进行多次研读，发现该场站ESD触发程序缺少PLC_RUN_1的XIC判断点。

由于HS_0001_1的判断延时是0.5s，程序启动完成后CPU以ms级速度对各点进行扫描，当扫描到HS_0001_1时，HS_0001的常闭状态要0.5s后才执行给HS_0001_1，因此CPU扫描HS_0001_1时为常开触点，程序往下执行ESD触发程序。

3.2 ESD系统无外界干扰情况下自动触发ESD程序

江西二期管网赣州末站上位机报警显示赣州接收站出现HS_0001按钮被按下报警。查看上位机报警，发现2014年12月13日08时13分39秒出现按钮HS_0001按下报警，08时13分49秒出现按钮恢复报警。按钮常闭触点自行断开时间为10s。由于赣州接收站程序延时设定5s，报警显示ESD按钮被按下10s，判断ESD逻辑触发。

经故障排查发现，按钮HS_0001为常闭触点，其由于长期运行导致电阻值偏大，程序通过电平值判断按钮断开即相当于被按下，触发程序。

安全仪表系统中，过程关断不是有SIS系统设计的保护过程故障引起的跳闸成为谬误跳闸也称作噪扰跳闸或者假关断，一般故障引起原因有，硬件故障、软件故障、电气故障、瞬变、接地干扰等引起。

因此ESD按钮质量保证也是ESD系统可靠性保证要素之一。

4 如何提高ESD系统安全完整性的建议

4.1 ESD系统带故障诊断常开触点的应用

目前，越来越多的安全仪表标准提出对输入回路进行诊断的技术要求，这对ESD按钮的选型具有很重要的指导意义。

优点：带有诊断电阻的ESD按钮，将SIS系统安全回路的隐性故障转化为显性故障，提高了SIS系统的安全可用性，不会引起谬误跳闸，符合安全仪表系统标准的要求。ESD按钮带诊断电阻，在ESD按钮没有被按下时，DI回路的电阻大而回路电流小，DI回路一直有效电流，对ESD按钮DI回路起到诊断的作用，一旦任何一个位置的电缆断开，小电流就会消失，安全仪表系统就会诊断报警，提醒操作人员进行回路维护，此时并不触发安全仪表系统的保护程序。缺点：ESD按钮带诊断电阻价格高。由于不同供货商SIS系统DI回路的技术指标不同，在设计SIS系统时需要统筹考虑ESD按钮诊断电阻的大小，确保回路诊断电流、触发SIS系统回路电流符合DI模块的技术指标。

4.2 安全仪表系统与过程控制系统的严格区分

ESD控制系统的安全响应时间与系统所扫描的控制点数密切相关，因此为保证ESD系统的迅速响应，除参与ESD系统逻辑判断的信号点外，其他信号点一般接入过程控制系统而不接入ESD系统。

5 结论

ESD的应用越来越多，作为安全仪表系统（SIS），ESD系统需要独立于过程控制系统设计。为保证ESD逻辑触发的可靠性和安全完整性等级应从硬件和软件两方面保证。既要有高质量的硬件做支撑更要编写出严谨、无误的ESD触发程序。

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[3]李文波，苏国胜.国外长输管道安全管理与技术综述[J].安全、健康和环境，2005（1）.

TP3

A

1674-6708（2015）148-0066-02

倪秀云，毕业院校：中国石油大学，现主要从事江西天然气二期管网自控通信设施的全面运行管理工作