天然氣(CNG)加氣站構成情況
天然氣(CNG)加氣站一般由建在郊區的加氣母站和建在市區的加氣標準站、加氣子站組成。昌暉儀表分享的CND加氣站儀表控制系統著重介紹CND加氣標準站的儀表控制系統，這是因為標準站設備多，流程較復雜，儀表工掌握CNG加氣標準站儀表控制系統的原理及設計就能輕松搞定加氣母站和加氣子站的儀表控制。圖1為CNG加氣標準站流程圖，從圖中可看出進入標準站的氣源來自管道天然氣或槽車天然氣，進氣壓力0.1-0.4MPa，天然氣經調壓計量后經干燥器脫水，干燥的天然氣經緩沖罐后送入壓縮機升壓至22-25MPa，再經順序控制盤送至儲氣井組或加氣機給汽車加氣。
圖1 CNG加氣標準站工藝流程
CNG加氣標準站儀表控制系統構成
一套完整的CNG加氣標準站儀表控制系統由壓縮機控制、加氣機收費管理、工藝管網控制和可燃氣體監控報警控制四個部分共同組成，其中壓縮機控制系統和加氣機收費管理系統由專業設備廠家配套提供，工藝管網自控和可燃氣體監控報警自控由儀表專業完成，并將相關連鎖控制信號接入設備廠家提供的控制系統，四個獨立的控制系統互相結合即可達到CNG加氣站平穩加氣和安全運行的目的。
本文以下章節著重對工藝管網自控、可燃氣體監控報警自控和相關聯鎖控制做詳細介紹。
1、工藝管網儀表控制系統
①CNG加氣標準站自控設計遵循安全、實用、可靠、經濟的原則
因控制點少，宜選用智能數顯儀表(業主方有特殊要求除外)，CNG加氣標準站儀表控制系統主要由數顯儀表(功能要求：顯示+2個報警+4~20mA變送輸出+RS485通訊，型號：YR-GNC803-820-23-HLNN-P-T)、檢測端隔離式安全柵(型號：YR9120-EX-LP)、UPS電源、DC24V開關電源、閃光報警儀(型號：SWP-X03-0N-A)、溫度變送器(型號：SWP-ST61ECT)、直裝式壓力變送器、歐姆龍中間繼電器、電源浪涌保護器和控制柜等組成。CNG加氣標準站儀表控制系統配置原理如圖2所示。
圖2 智能數顯儀表系統功能配置原理
智能數顯儀表完成CNG加氣標準站所涉及溫度、壓力、流量等參量的顯示、報警、連鎖及數據傳輸；現場儀表(溫度、壓力和流量)有防爆、現場顯示和高可靠性的功能要求；閃光報警儀根據數顯儀表提供的報警信號提供聲光報警，提示操作人員安全操作。
②工藝管網儀表控制系統控制邏輯
a、控制邏輯
◆在事故、異常情況或緊急情況下，操作工可以在控制室按下急停按鈕緊急切斷CNG加氣標準站所有壓縮機。
◆CNG加氣標準站的高壓儲氣井組、中壓儲氣井組、低壓儲氣井組壓力達到壓力高限報警值時，控制系統能自動聲光報警并停止所有壓縮機。
◆CNG加氣標準站生產區天然氣泄漏濃度達到20%LEL時，控制系統自動提供聲光報警和啟動軸流風機通風；天然氣泄漏濃度達到50%LEL時，控制系統自動提供聲光報警和停止所有工作壓縮機。
b、條件設定
高壓儲氣井組(儀表位號：PIAC005)、中壓儲氣井組(儀表位號：PIAC004)和低壓儲氣井組(儀表位號：PIAC003)現場設置壓力測點，選用單晶硅直裝式壓力變送器；控制柜設置緊急切斷按鈕EST，用于手動停止所有壓縮機；天然氣可燃氣體檢測報警控制器模塊HJ1825；供電電壓為DC24V的中間繼電器若干；壓縮機和風機的聯鎖控制信號為無源開關量觸點。
c、邏輯分析
風機和壓縮機等設備的聯鎖控制觸點信號源自數顯儀表和天然氣可燃氣體檢測報警控制器，做自控設計時需在壓力高限報警或燃氣泄漏高限報警時自動發出聯鎖控制無源開關量信號。
d、儀表控制原理圖
高壓儲氣井組(儀表位號：PIAC005)、中壓儲氣井組(儀表位號：PIAC004)和低壓儲氣井組(儀表位號：PIAC003)任一儀表高限報警時，其對應高限報警繼電器觸點閉合，中間繼電器KA5得電；KA1、KA5和KA6任一中間繼電器動作均使壓縮機停止運行；繼電器KA7的常開觸點閉合使軸流風機啟動。
圖3 壓縮機和風機聯鎖控制原理圖
◆CNG加氣母站控制邏輯除以上三條外，增加槽車加氣島壓力(儀表位號：PIAC006)達到高限報警時(其報警設定值比儲氣井組壓力的高限報警設定值要小)，控制系統自動提供聲光報警和聯鎖停止所有給槽車加氣壓縮機，汽車加氣壓縮機正常工作。
為滿足同一臺壓縮機兩種不同的控制邏輯，在控制柜上設置轉換開關為兩種邏輯做控制轉換，當轉換開關置于“汽車加氣”位置時，以汽車加氣邏輯聯鎖停止該壓縮機；當轉換開關置于“槽車加氣”位置時，以槽車加氣邏輯聯鎖停止該壓縮機。如圖4所示。
圖4 CNG加氣母站壓縮機聯鎖停機原理
③CNG加站系統接地
CNG加氣站系統接地其目的是為了保證設備運行、人身安全和提高儀表控制系統穩定性，設計時遵循《HGT 20513-2014儀表系統接地設計規范》。本CNG加氣站儀表控制系統選用了檢測端隔離式安全柵，儀表信號不用專門接地；屏蔽電纜屏蔽層、儀表設備外殼、防爆接線箱、電纜保護管、鎧裝層及控制柜等采用分類匯總并最終與總接地板連接的方式實現等電位連接。CNG加氣站儀表控制系統接地與電氣防雷防靜電接地共用接地裝置，最終與電氣接地網接地，NG加站系統接地電阻應＜4Ω。
④CNG加氣站儀表防雷
CNG加氣站儀表防雷主要為感應雷防護，儀表工應做好合理使用和敷設屏蔽導線、信號浪涌保護和共同接地三個方面工作：
a、合理使用和敷設屏蔽導線
CNG加氣站儀表控制系統應使用屏蔽電纜、敷設電纜時采用鋼管穿線，避免現場線路間電場引起的電容性耦合和磁場引起的電感性耦合干擾；屏蔽電纜的屏蔽層應單點接地；信號電纜應遠離強電電纜，盡量保持600mm以上間距；控制電纜不得與油類、天然氣、熱力管道同溝敷設；現場所有變送器外殼用截面積最小4mm2的電纜與電氣接地網直接連接。
b、信號浪涌保護
本設計中選用帶浪涌保護的檢測端隔離式安全柵YR9120-EX-LP，儀表6腳端子必須采用截面積2.5mm2導線接地線。
c、共同接地
CNG加氣站控制站內儀表電纜屏蔽層、儀表外殼接地、檢測端隔離式安全柵接地、儀表保護接地、儀表工作接地、穿線管接地等應等電位連接至總接地板，總接地板與電氣防雷、防靜電接地共用一個接地裝置,最終與站內接地網連接實現共用接地。共用接地可防止或避免在站區遭到雷擊時,感應雷抬高地電位后與控制系統的接地形成電位差而造成反擊或放電。
2、天然氣可燃氣體監測報警控制系統
CNG加氣標準站天然氣可燃氣體監測報警控制系統應獨立設置，用于對加氣站內對天然氣泄漏情況實施監測和報警，報警信號用于設備連鎖控制。設計時應遵循《SH 3063-1999石油化工企業可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》。
①可燃氣體監測控制器探測傳感器安裝細則
本設計中選用的天然氣可燃氣體監測報警控制器探測傳感器室內有效檢測半徑7.5m、室外有效檢測半徑15m，設計中壓縮機間探測傳感器的間距設置為6m，室外12m；探測傳感器安裝位置宜設在用氣設備附近、法蘭連接處、閥門組和泄漏源處；壓縮機間探測傳感器環墻壁四周和距頂棚0.3m處設置，每臺加氣機、儲氣井組高度2.5m出安裝探測傳感器，保證探測傳感器周圍不小于0.3m的凈空。
②可燃氣體監測控制器報警設置及聯鎖控制
可燃氣體監測控制器可設置高限報警和高高限報警，高限報警值設定為20%LEL，高限報警時自動聲光報警及聯鎖啟動軸流風機進行空氣置換；高高限報警值設定為50%LEL，高限報警時自動聲光報警并聯鎖停止所有工作壓縮機。其控制原理如圖3和圖4所示。
CNG加氣標準站儀表控制系統安全要素
CNG加氣標準站存在可燃易爆的天然氣，保障CNG加氣站的安全生產和正常運行是重中之重。CNG加氣標準站儀表控制系統在進行各種參量監控同時，必須做好儀表選型、消防、安全及電纜布線的安全措施
1、儀表選型的防爆、防護定級要求
CNG加氣標準站儀表控制系統儀表選型遵循《HG/T 20507-2000自動化儀表選型設計規定》。根據站內爆炸危險區域的劃分，綜合考慮站內各種儀表的防爆、防護等級配置等技術參數。
2、儀表系統供電安全措施
CNG加氣標準站儀表控制系統供電遵循《HG/T 20509-2000儀表供電設計規定》。電源側加裝三級電源浪涌保護器，確保能向儀表系統提供可靠電源，并配置在線式、長效型UPS電源，對其電壓、頻率、紋波電壓、瞬斷時間提出要求，延時供電時間2h。
3、儀表電纜選用及敷設
儀表電纜選用遵循《HG/T 20512-2000儀表配管配線設計規定》和石油化工自動控制設計手冊。儀表電纜應采用銅芯、鎧裝、屏蔽電纜、直埋敷設，在信號回路增加信號浪涌保護。出入地面穿套管保護，與儀表及套管等接口采用防爆撓性管連接，穿越不同區域采取密封和防爆措施。
4、設備急停及參數越限聲光報警
設備急停及參數越限聲光報警功能應完全滿足工藝要求，并高于《HG/T 20511-2000信號報警、安全聯鎖系統設計規定》。壓縮機控制系統具備遠程和就地啟停功能；控制室設置緊接切斷按鈕EST，確保在緊急或事故狀況下關閉壓縮機；設置各檢測點的超限聲光報警、超限停車及壓縮機現場停機功能。
4、儀表防雷設計要求
儀表防雷設計應高于《HG/T20507-2000自動化儀表選型設計規定》和《HG/T20512-000儀表系統接地設計規定》要求，且滿足《GB 50156-2002汽車加油加氣站設計與施工規范》。控制室、收費室設置等電位連接母板；站內現場各儀表配置防雷模塊，所有變送器外殼采用單獨防雷接地線與接地網可靠連接。控制系統及電纜屏蔽層、鎧裝層、現場防爆接線箱、穿線管等與電氣接地網可靠連接。
各地CNG加氣站規模和形式多樣，筆者參與了數十套CNG加氣站儀表控制系統的設計和調試，昌暉儀表建議CNG加氣標準站自控設計遵循安全、實用、可靠、經濟的原則，由數顯儀表構成的CNG加氣站自控系統已完全滿足控制要求和上位機數據上傳要求。若盲目追求高大上的計算機控制系統，這樣會增加投資且要求加氣站儀表工必須熟練掌握PLC系統或DCS系統，不然出現故障時恢復時間必然會延長，這樣未必是明智的選擇。
