第五章__应急关断系统(ESD)

第五章应急关断（ESD）系统
第一节应急关断系统原理
一、概述
设置应急关断（ESD）系统（图5-1）是为了保护人员安全、保护平台工艺设备和
防止环境污染。

ESD系统控制安全关断阀、井下安全阀、地面安全阀和放空阀在不超过工艺管线操作极限的状态下，实施平台的安全关闭。

在许多海上平台，ESD系统是带液控水下安全阀的气动关闭系统。

而其他一些需要复杂ESD系统的平台，如北海大型生产平台，则采用具有可编程软件功能的电子系统。

在需要高可靠性时，采用三重冗余系统或多数表决系统。

图5-1 平台安全关闭系统
在异常操作条件下，某些自动设备对工艺流程加以保护，使工艺条件保持在安全生产条件允许范围内，如将工作容器和管线封闭。

自动设备可能包括泄放阀（如天然气排放至火炬）、压缩机循环系统等，还包括工作容器、工艺装置的自动关闭，甚至整个平台的关闭。

ESD系统通过输入设备启动，输入设备为压力开关或者位于平台各关键部位的手动设备。

关闭级别取决于输入条件和工艺设备设计。

一组输入条件也许只会使一个局部工艺设备关闭，而其他设备仍在运行；或许关闭所有工艺设备而让发电供电设备运转；或者在火灾和可燃气报警或危及人员时采取更高级别的关闭；或者是除生命保障设备外的全平台关闭；或者是所有设备关停放弃平台的关闭。

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所有这些以危险程度升序排列的关闭措施，被设计成故障安全型，以满足ESD系统的要求。

在各类关闭时，ESD系统均在主控室和平台各处发出声音报警信号。

在主控室，对关闭起因有可视显示（先指示初始关闭原因）。

图3-1所示安全系统配有就地报警／显示／控制盘，并与PLC系统或DCS系统有串行数据接口，在正常或紧急状况下提供平台操作状态的VDU显示。

ESD系统工程设计包括确立关闭策略和编制因果表的详细设计。

表5-1是一张因果关系的一部分。

在实际应用中，因果为矩阵形式，水平的为因，垂直的为果，用“╳”将因果联系起来。

每个工艺设备有一张独立的图，而整个平台的全部因果关系就需要许多图。

在所取例子中，分离器液位高－高是因，它引起分离器出入口阀门关闭，主油泵停车和使工艺设备关闭。

由于分离器液位和压力高高信号的重要性，三个独立的输入通道连着两个独立的设备。

三个中任两个通道信号都会引起程序动作。

表5-1系统因果关系（部分）表
EDS系统设计还包括确定声光报警反应和编制系统功能说明，如对不同的关键输入规定所需的2003表决，系统测试也应是非常广泛的，确保在设备运行以前，对所有可能的程序组合条件都充分地进行测试。

当生产设施出现故障、生产工艺参数达到危急性报警界限、出现易燃易爆气体泄漏或发生火灾时，ESD系统将根据报警输入信号产生相应的输出信号，启动相应的应急关断程序，致使相应的BDV（应急放空阀）或SDV阀门、设备的起停作出相应的保护性动作，消灭事故的发生或防止事故扩大。

ESD系统采用可编程逻辑控制器PLC实现预定功能，并采用“故障”安全型设计，即正常状态时，信号触点为常闭，回路带电；当出现异常情况时，信号触点断开，回路失电，产生动作。

二、系统组成
ESD系统主要由三部分组成：PLC系统、声光报警盘、与PLC系统或DCS系统的通讯。

组成结构如图5-2.所示。

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图5－2 ESD 系统结构
1、PLC 系统
为了保证ESD 系统的安全可靠，一般ESD 系统以及供电系统配置有两套简单的PLC 系统，其中一个为主PLC 系统，另一个为热备PLC 系统。

主PLC 与热备PLC 是通过通讯板BCM 来实现的。

在正常情况下，主PLC 系统接收现场来的报警信号及关断信号，并输出%&’系统保护性信号给现场设备。

2、声光报警盘
接收现场生产装置故障信号、生产工艺参数达到危急性报警界限信号、易燃易爆气体泄漏信号或火灾信号等，报警信号均来自PLC 系统的输入／输出模块，报警盘中每个报警光字牌均有仪表编号及描述。

当有报警信号输入时，报警盘声音报警，同时报警灯闪烁，确认后声音消失，复位后报警灯稳定（若报警信号还存在），或报警灯熄灭（若报警信号消失）。

便产生声音报警和相应的灯光报警。

声光报警盘产生声光报警，便于操作人员及时准确地发现和判断产生ESD 系统的输入信号及原因，快速使系统恢复正常。

手动按钮在报警显示盘面下，设有1、2、3、3A 、3B 、3C 及RESET 、ACN 按钮，通过手动按钮可进行相应级别的关断。

当系统执行紧急关断后，要求操作人员到现场检查设备和流程，确认故障已排除，操作人员已处于安全位置后，方可进行手动复位；先复位中控室手动按钮，再复位现场关断阀上的手动复位开关。

3、与PLC 或DCS 的通讯
ESD 系统与PLC 或DCS 系统的通讯联络和相互的数据交换，便于油田控制系统的管理和操作。

ESD 系统将应急关断报警输入及输出传送给PLC 或DCS ，并在PLC 或DCS 上进行显示和报警。

而在控制系统中，又能对ESD 系统的应急关断报警输入输出信号进行旁通，使ESD 报警输入信号不产生相应的应急关断，或者已产生的某个关断信号无效。

三、ESD系统的关断等级
不同的海上油田或油气处理厂，ESD系统的设计和组态都有不同，其关断等级略有不同，但总体可归纳为以下四种：
1、一级关断
一级关断是海上油田的最高等级的关断，实施此级关断，必须是在平台上工艺区发生火灾或大量可燃气体泄漏，以及发生不可抗拒的自然灾害等最恶劣危险的情况下，由油田（终端）总监决定，此级关断采用手动执行。

当执行一级关断时，平台所有的公用系统、油气处理系统、动力系统等全部关断，但应急放空阀（BDV）将打开，火炬系统将保持操作状态，进行相应的泄压排空，应急发电机延时10min关断，同时平台状态灯弃平台蓝灯亮、启动广播系统。

2、二级关断
二级关断为火灾关断，主要由火气探测系统探测到的可燃气体泄漏、发生火灾或一些重要公用系统发生故障（如仪表风压力低低或电力系统故障）时出现。

当执行二级关断时，设备全部关停，平台状态灯火灾报警红灯亮、应急发电系统启动，同时广播系统发出火警警报。

3、三级关断
三级关断是生产关断，三级关断由下列信号引起：①手动按钮；②仪表风故障；③火炬系统故障；④闭式排放罐液位高高；⑸主发电机故障；⑥分离器液位高高等。

根据信号来源不同，三级关断又分为2A级别、2B级别和2C级别（台风状态）。

4、四级关断
是指单元关断，由单个设备上的异常信号。

如压力低低、高高，液位低低、高高等引起的单个设备的关断，同时操作站中设有手动开关，可对单个设备进行手动关断。

第二节应用举例
渤南陆上终端处理厂火灾和可燃气体监测系统SIS
系统描述：
渤南陆上终端处理厂火灾和可燃气体监测系统，安全联锁系统SIS （Safety Interlock System）是由德国HIMA公司设计制造的，该公司是经过国际TUV集团的检测认证的。

控制系统的型号为H51QHRS，它具有完善的诊断测试手段，并采取有效措施保证其安全性，一旦安全系统自身发生故障，系统可以进入预置的故障保护方式。

安全联锁系统安全等级为SIL3级。

安全联锁系统用于人身及工艺设备的保护，将执行对终端设备的火气探测(F&G)及紧急关断(ESD)。

安全联锁系统能独立于过程控制系统之外工作。

为了防止现场有天然气泄漏和火灾发生故在装置区设置了22个红外线式可燃气探头和10个火焰探测器。

分别在中控安装了4个热探头，3个烟感探头；在高低压间安装了7个烟感探头；在柴油发电机房安装了2个热探头和1个烟感探头；在消防配电间安装了2个烟感探头。

以预防火灾的酿成。

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HES注意事项:
（1）静电防止
（2）防触电
（3）与CCR和现场操作人员保持联系
关断步骤：
安全联锁系统的最基本功能是给人身、设备、工厂提供安全保护。

该系统的可靠性和有效性是最重要的。

安全联锁系统的I/O卡输出为故障安全型并且所有卡件都是1：1冗余。

系统具有完善的诊断测试手段，并采取有效措施保证其安全性，一旦安全系统自身发生故障，系统可以进入预置的故障保护方式。

安全联锁系统安全等级为SIL3级。

1．ESD系统关断级别。

●一级关断（ESD-1），全厂关断。

●二级关断（ESD-2），火灾关断。

●三级关断（ESD-3），工艺关断。

●四级关断（EDS-4），单元关断。

2．ESD系统关断试验步骤。

一级关断为全厂紧急关断，触发手动按钮（HS-0001）和火灾按钮
HS-9201,HS-9202,HS-9203,HS-9204,HS-9207产生。

触发后同时产生以下结果：
（1）打开广播；
（2）膨胀压缩机进口紧急关断阀（ESDV-1451）关闭；
（3）膨胀压缩机（TE-1403）停；
（4）再生气压缩机A（C-1408A）停；
（5）再生气压缩机B（C-1408B）停；
（6）干气外输紧急关断阀（ESDV-1616）关；
(7) 重接触塔底增压泵A（P-1405A）停；
（8）重接触塔底增压泵B（P-1405B）停；
（9）脱丁烷塔顶回流泵A（P-1509A）停；
（10）脱丁烷塔顶回流泵B（P-1509B）停；
（11）导热油炉（H-7101）停；
（12）热媒循环泵A（P-7101A）停；
（13）热媒循环泵B（P-7101B）停；
（14）分子筛系统阀门（HOLD）;
(15) 原料气进站关断阀(ESDV-1102)关;
(16) 甲醇泵(P3201)停;
(17) 液化气装车泵A(P-2101A)停;
(18) 液化气装车泵B(P-2101B)停;
(19) 轻烃装车泵A(P-2202A)停;
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(20) 轻烃装车泵B(P-2202B)停;
(21) TK-2101A出口关断阀(ESDV-2111A)关;
(22) TK-2101B出口关断阀(ESDV-2111B)关;
(23) 进站安全放空阀(SBDV-1107)开;
(24) 干气外输紧急泻放阀(SBDV-1617)开;
(25) 锅炉燃料气紧急关断阀(ESDV-8131)关;
(26) 空气压缩机A(C-3305A)停;
(27) 空气压缩机B(C-3305B)停。

二级关断（ESD-2），由 HS-0002 全厂紧急关断（按钮HS-0002）和PSLL-3307仪表风低低压；PSHH-1104原料气进站压力高高产生。

触发后同时产生以下结果：
（1）打开广播；
（2）膨胀压缩机进口紧急关断阀（ESDV-1451）关闭；
（3）膨胀压缩机（TE-1403）停；
（4）再生气压缩机A（C-1408A）停；
（5）再生气压缩机B（C-1408B）停；
（6）干气外输紧急关断阀（ESDV-1616）关；
（7）重接触塔底增压泵A（P-1405A）停；
（8）重接触塔底增压泵B（P-1405B）停；
（9）-脱丁烷塔顶回流泵A（P-1509A）停；
（10）脱丁烷塔顶回流泵B（P-1509B）停；
（11）导热油炉（H-7101）停；
（12）热媒循环泵A（P-7101A）停；
（13）热媒循环泵B（P-7101B）停；
（14）分子筛系统阀门（HOLD）;
（15）原料气进站关断阀(ESDV-1102)关;
（16）甲醇泵(P-3201)停;
（17）液化气装车泵A(P-2101A)停;
（18）液化气装车泵B(P-2101B)停;
（19）轻烃装车泵A(P-2202A)停;
（20）轻烃装车泵B(P-2202B)停;
（21）TK-2101A出口关断阀(ESDV-2111A)关;
（22）TK-2101B出口关断阀(ESDV-2111B)关。

三级关断（ESD-3）由按钮HS-0003和LSHH-1301分子筛入口分离器液位低低；PSHH-1117原料气加热器入口压力高高；TSHH-1367再生气压缩机出口温度高高；PSHH-1366再生气压缩机出口压力高高产生以下结果：
（1）膨胀压缩机进口紧急关断阀（ESDV-1451）关闭；
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（2）膨胀压缩机（TE-1403）停；
（3）再生气压缩机A（C-1408A）停；
（4）再生气压缩机B（C-1408B）停；
（5）干气外输紧急关断阀（ESDV-1616）关；
（6）天然气处理装置切换阀（SDV-1116）关；
（7）事故装置切（SDV-1116）关；
（8）重接触塔底增压泵A（P-1405A）停；
（9）重接触塔底增压泵B（P-1405B）停；
（10）脱丁烷塔顶回流泵A（P-1509A）停；
（11）脱丁烷塔顶回流泵B（P-1509B）停；
（12）导热油炉（H-7101）停。

四级关断原因LSHH-1406低温分离器液位高高及UA-1428膨胀压缩机故障和LSLL-1451重接触塔液位低低发生后，产生以下结果：
（1）膨胀压缩机进口紧急关断阀（ESDV-1451）关闭；
（2）膨胀压缩机（TE-1403）停；
（3）重接触塔底增压泵A（P-1405A）停；
（4）重接触塔底增压泵B（P-1405B）停。

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