摘 要：本文主要分析了天然气站场进出站截断阀组的设置及相应阀门的配置要求，论述了天然气站场ESD系统的重要性。结合国内相关标准规范，从安全性、可操作性角度分析了国内目前现行的进出站截断阀典型流程，能够为国内外输气站场的进出站阀组设置提供借鉴。

关键词： 天然气站场  紧急停车系统  气液联动执行机构

Abstract : 

This paper mainly analyses the setting of block valves in and out of natural gas stations and the configuration requirements of corresponding valves, and discusses the importance of ESD system in natural gas stations. Combining with the relevant domestic standards, this paper analyses the current typical flow of stop valves at inbound and outbound stations in China from the point of view of safety and operability, which can provide reference for the setting of inbound and outbound valves at gas transmission stations at home and abroad.

Keywords: Gas Transmission Station   ESD (Emergency Shutdown Device)    gas over oil actuator 

1.前言

目前，国内外输气管道站场进出站部分都设有截断阀，当站内发生事故时，能够切断干线气源,防止事故扩大。但是对于应如何设置进出站截断系统，国家标准或行业标准并没有明确、详细的规定，各个工程也缺乏统一的截断阀组设置标准。此外，由于国家针对安全问题的要求日益严格，相应的截断阀组设置也逐渐复杂化且日趋完整，石油石化行业对于站场进出站阀组标准化、统一化的要求也愈加迫切。

本文主要分析了天然气站场进出站截断阀组的设置及相应阀门的配置要求，论述了ESD系统对于天然气站场进出站截断作用的重要性。

2.规范要求

《输气管道工程设计规范》（GB50251-2015）3.2.9中规定：进、出输气站的输气管道必须设置截断阀，并应符合现行国家标准《石油天然气工程设计防火规范》GB50183的有关规定。《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）6.5.7中规定：进出站管线应设置切断阀门和绝缘法兰。《石油天然气工程设计防火规范》（GB50183-2004）的6.1.1中规定：进出天然气站场的天然气管道应设截断阀，并应能在事故状况下易于接近且便于操作。三、四级站场的截断阀应有自动切断功能。当站场内有两套及两套以上天然气处理装置时，每套装置的天然气进出口管道均应设置截断阀。进站场天然气管道上的截断阀前应设泄压放空阀。

从天然气站场设计主要遵循的规范来看，天然气站场进出站管道必须设置截断阀。目前，规范中仅要求三、四级站场的截断阀应有自动切断功能，对五级站场暂未做要求。但是，进出站阀组设置的目的是为保证天然气管道、站场在事故状态下能够迅速切断气源，防止事故扩大。根据“事故状况下自动截断气源”的原则，应尽量在所有天然气站场的进出天然气管道上设置自动截断阀，这是防止站内事故继续扩大的最主要手段之一。

国家安全生产监督管理总局第40号令中规定：“对重大危险源中的毒性气体、剧毒液体和易燃气体等重点设施，设置紧急切断装置；毒性气体的设施，设置泄漏物紧急处置装置。涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或者二级重大危险源，配备独立的安全仪表系统”。

因此，进出站阀组在功能上是指站场进站管线和出站管线上应独立安装的，用于防止事故发生和限制事故扩大的截断阀门，且在紧急情况下能自动关断阀门。同时，在关断阀门后，应尽快将站场管道内天然气放空，以减少火灾爆炸发生的危险，保护国家财产及人民群众生命财产安全。综合上述因素考虑，天然气站场进出站应设置ESD系统。

3.ESD系统

ESD(Emergency Shutdown Device)系统是紧急停车系统，在石油化工生产装置中已得到大量广泛的应用。该系统通常由检测元件、逻辑控制器、执行元件、软件及配套附件(包括电源、输入／输出接口、浪涌保护器等)组成。按照安全独立设置原则要求，ESD系统应独立于集散控制系统Distributed Control System，DCS），当DCS系统瘫痪或故障时，ESD系统应能够正常工作运行，满足安全监控要求［1］。在正常情况下，ESD系统处于静态，无需人为干预，其作为安全保护系统，实时在线监测生产装置的安全性。为保障输气站场的安全生产、降低过程风险，ESD系统所要求实现的安全功能为：当站场内发生泄漏、火灾等事故时，ESD系统能迅速启动，切断气源，并同步进行放空，控制和避免事态进一步扩大。

站场进出站ESD系统主要由紧急截断阀及其后自动放空系统组成。其中紧急截断阀一般采用全焊接球阀，但是不同项目对驱动球阀关闭的执行机构选择并不相同，常用的有电动执行机构，气液联动执行机构、电液联动执行机构，气动执行执行机构。由于执行机构相关安全完整性等级不同，会导致ESD系统的可靠性不同，因此应通过安全分析，确定紧急截断阀选配相应安全等级的执行机构。

4.安全分析

据相关报道，当人处于危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的。研究表明，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%［2］。因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的，这是作好安全生产的重要准则。控制系统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，响应时间是极为迅速的。

在石油化工过程工业领域，安全仪表系统（Safety Instrumented System，SIS）已经广泛应用于不同的工艺或设备防护场合，用于监视生产装置的运行状态，对出现异常工况迅速进行处理，使危害降到最低，用来保护人员、生产设备及环境。SIS 系统由不同组安全仪表功能回路（SafetyInstrumentd Function，SIF）组成。每个SIF 回路都有自己的安全完整性等级 (Safety Integrity Level，SIL)。

SIL 定级用来实现安全功能目标化管理，降低系统的误动作率和维护性能，通过SIL 定级，可以合理配置关键机组安全仪表系统，提高安全仪表系统的可靠性和可用性，保证安全联锁较高的可靠性。IEC61508将SIL划分为4级，即SIL1、SIL2、SIL3和SIL4。安全相关系统的SIL应该达到哪一级别，是由分析得来的，即通过分析风险后果严重程度、风险暴露时间和频率、不能避开风险的概率及不期望事件发生概率这四个因素综合得出。级别越高要求其危险失效概率越低。

对输气站ESD 系统，应用相关方法进行定级，其安全仪表功能所需等级为SIL2［3］。因此，在ESD系统中，紧急截断阀所配执行机构应至少满足SIL2等级。依据此要求，进出站ESD阀门选型为在事故发生时能迅速关闭。在有ESD系统的站场，ESD紧急截断阀应尽量设置自动操作和远程控制系统，由于电动执行机构在断电等情况下无法进行阀门操作，而气液联动执行机构、电液联动执行机构、气动执行机构具有储能功能，可在事故状态下（断电、电缆切断等）对阀门进行可靠的操作，因此紧急截断阀应采用气液联动执行机构、电液联动执行机构或气动执行机构作为阀门的执行机构。气液联动机构、电液联动执行机构或气动机构失效时，ESD紧急截断阀应关断，同时可自动将站场管道内天然气自动放空，从而满足SIL2等级要求。

通过安全分析，站场进出站ESD系统应是一套完整的紧急停车系统，从典型流程图可以看到，当站内发生事故时，可通过系统控制进行紧急关闭（ESDV），切断站场内与上游及下游管道的联系，同时紧急放空阀（BDV）自动开启，将站内天然气放空，可以保护站场的安全，同时减少事故状态下天然气的损失。

5.结语

输气管道站场进出站应设置ESD系统，ESD系统应按照安全独立原则与站场控制系统分开设置，设置ESD系统具有以下优点： 

（1）可降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护站场控制系统部分故障时，不会危及安全保护系统； 

（2）对于大型装置或压缩设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因。而站场控制系统处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快； 

（3）站场控制系统系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作。

综上所述，ESD系统是站场在发生火灾、天然气泄漏等重大事故时的最重要的安全措施之一，应在站场设置此系统，且ESD系统应便于操作，自动控制不受人为因素干扰，紧急截断阀应尽量采用气液或电液或气动执行机构驱动，并与自动放空系统设置连锁。

［参考文献］

［1］石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则.中国石油化工集团公司设计技术中心站标准，SHB-Z06-1999。

［2］刘泉宝. ESD在线监控及诊断系统介绍[J].甘肃科技,2012,(2)：91-92.

［3］廖柯熹等. 输气站场ESD系统的SIL定级与验证[J].中国安全生产科学技术,2015,(1)：161-165.