上海五号沟LNG站是上海市天然气安全应急保障和调峰能力的过度供气设施,具有LNG接收、储存和气化的功能。在经历了一期和二期的扩建后,上海市的天然气应急储备的整体能力有了巨大的飞跃,同时也在优化能源结构建绿色生态和低碳环保城市的道路上前进了一大步。

在上海五号沟LNG站一期扩建之前,上海天然气保供主要依靠东海平湖天然气和西气东输天然气,但是这两个天然气资源由于受到外部因素的制约,开采时常中断。为保证市民的用气需求,进行了五号沟LNG的一期、二期扩建项目,在二期项目扩建完成之后,五号沟LNG站已经拥有2座10万立方米的LNG储罐及配套设施。

面对如此庞大的LNG储罐设备,必定需要一个强大的控制系统,才能保证LNG站的正常运行及日常安全维护。自2013年LNG站扩建二期项目正式启动以后,项目团队从系统选择到应用进行了细致的规划,如何有条不紊的进行五号沟LNG站的控制及安全保障,是项目团队的重要课题。

五号沟LNG站的项目和技术负责人谢深接受了我们的独家专访,这个从上海交通大学控制工程硕士毕业,拥有15年的LNG展建设工作经验的高级仪表工程师,又如何完成这一艰巨的任务呢?

谈系统:LNG站的容错性控制系统

据谢深介绍,容错性控制要求系统具有系统修复及故障容错能力,在系统某个部件出错的情况下保证整个系统的可靠性运行,其目的在于使得系统能自动、适时地监测并诊断出故障,并采取相应的故障控制和处理方法。这一要求可行方法有硬件的冗余,系统的同步性、系统的表决性、重构性、故障监测多方面。

在此基础上,谢深为我们讲述了容错性控制的一般要求:

(1)每个安全相关功能,应该冗余运行;

(2)应用软件有周期检查功能;

(3)通过比较保证时钟和定时器的周期性;

(4)有措施避免系统进入死循环或停止运行;

(5)保证通讯链路的正确;

(6)任何硬件故障必须立刻得到反映,避免故障累积而发生的事故;

(7)和安全有关的数值不能人工输入;

(8)保证CP指令执行的完整性(针对多字节的指令)。

在原有的控制系统基础上,谢深指导其团队进行了系统的区域划分,将整个LNG控制系统在区域上分为三块:中央控制室(NCR)、原有控制室(ECR)和码头控制室(JCR);由功能划分为分布式集成控制系统(DCS)、火焰及气体灭火系统(FGS)和紧急停车系统(ESD)。使整个系统具有逻辑性和完整性。除此之外,谢深在此基础上还设立了三处控制室(NCR,ECR,JCR),以便对整个LNG站进行统筹管理。

谈方法:控制网络、分布式服务器及容错

谢深作为项目主要设计人和负责人,早在初期就设立了一个100Mbps的以太网网络并同步系统控制器和防火墙,分布式系统架构通过硬件同步和软件同步使主服务器和备份服务器处于同步状态,并且提供了外部接入功能。一般情况下,传统的以太网结构通常采用两个独立的以太网网络,每个节点连接两个相互独立的网络。若有一个网络连接失败,一个节点同时切换到其他网络的范围可以从10s到30s以上,而项目采用的单一多路径的网络,当出现故障时,重新建立网络连接。将切换时间提高到只有1s,并且通过提供更多的节点之间的通信路径,整个控制网络也容忍包括个别节点单故障和多故障的发生。该网络提供了一种先进的网络解决方案,使用集成通信技术方案提高了系统的可靠性,同时减少运转调试和维修成本。

PKS的软件平台通过时间冗余、信息冗余和系统的重构性等功能有效地避免了错误的发生,并通过所有的自检性、SOE(时间顺序)、EVENT故障报错有效避免了故障的积累。谢深说,PKS软件平台的应用为系统的可靠性提供了极大的保障。

自动化时代:实现系统自动操控

随着科技和时代的发展,所有产业都进入到了自动化的时代,LNG站的系统控制也不例外。

谢深谈到,在进行自动化控制系统应用的同时,也是他们作为工程师不断学习、不断进步地过程。谢深还说,虽然自动化控制极大地提高了控制的准确性,但是同时也可能会造成操作员的警觉性下降。所以,在进行技术不断提高的同时,谢深团队也非常注重对操作人员的技术提升,以避免造成系统资源的浪费。

五号沟LNG站优秀的控制系统应用与实践,与二期扩建完工后斩获了2017年度上海市建设工程‘白玉兰’奖,也为全球LNG行业的发展提供了非常重要和宝贵的实践经验。(陆恒)