戴正文+++毕洲武

摘 要：天然气计量分析小屋（以下简称“分析小屋”）作为天然气计量系统设施重要组成部分，其内部安装的天然气气体分析设施起着对在线计量天然气进行组分分析，且分析结果直接参与天然气计量标准转换，所以其重要性不言而喻。但是由于分析小屋属于空间相对密闭性场所，由于天然气本身具有易燃易爆性，所以在该空间内就存在着可燃气体潜在爆炸性危害。故文章旨在对天然气分析小屋可燃气体潜在爆炸性危害及现有防范措施进行摸底调查，并在调查的基础上提出更合理的方案性解决办法。

关键词：天然气；分析小屋；爆炸性

引言

当今，天然气作为一次能源的重要组成部分，已成为不可或缺的经济支柱，无论是作为工业“发动机”保障，还是关系到民生大计，其重要性都是无可厚非的。如今天然气对于我国经济发展来说更是显得尤为重要，所以才出现了诸如“西气东输”工程以及中俄天然气管道工程等建设与实现。而天然气计量更是天然气运输行业的重中之重，因为它直接关系到天然气的销售，无论是对于上游产方、管道运输方还是下游接收方，都是如此；如若存在计量问题，轻则产生计量贸易纠纷，重则产生国际贸易摩擦，所以它扮演着一个重要而敏感的角色。由于分析小屋内部的设施直接分析贸易计量天然气组分，其分析结果参与贸易计量计算。因此，它的正常安全平稳运行是天然气贸易计量的顺利成功的保障。然而当今无论是艾默生的丹尼尔（英文：DANIEL）、阿尔斯特（英文：ELSTER）还是ABB公司所以及其他厂商生产的天然气分析系统设备都是安装在分析小屋内，而该分析小屋属于空间相对密闭性场所，且内部由众多管件及重要设备连接，一旦出现泄漏，就存在着可燃性保证危险。

1 分析小屋可燃气体爆炸性危害调查

1.1 分析小屋简介

分析小屋内部设施有天然气气体分析仪、标气容器装置（如标气瓶）及各种管件及附属装置，主要承担着从运输管道中采集被分析气体并进行过滤、除湿等处理，然后通过阀门控制、管件输送至气体分析仪中进行分离分析组分，然后通过排气装置排除到大气中。标气容器装置主要盛装标准天然气（注：已知气体组分），参与分析计量天然气的组分数值分析计算。

1.2 爆炸潜在性危害因素调查

分析小屋内部存在爆炸性危害因素主要有空间结构性因素、内部存在相关气体物化性质因素以及内部存在的诱发因素，具体分析调查分析如下：

1.2.1 空间结果性因素方面

根据分析小屋的空间大小及内部设施布局，总结出它存在以下特点：一是空间有限且相对密闭；二是设备、管件众多且密集；三是内部空间气体与外界空气流通交换不畅。

1.2.2 内部可能存在相关气体物化性质

分析小屋内部可能存在的相关气体主要有空气和天然气；其中，空气是一种由大约78%VOL氮气（N2）、21%VOL氧气（O2）及1%的其他气体组成的混合气体，其中具有爆炸性潜在危险因素为空气中的氧气，具有助燃性，它是化学燃烧反应中的氧化助燃剂。而天然气是一种由烷烃（主要是甲烷、乙烷）及其他气体如氮气（N2）等混合物，其具有易燃易爆性，爆炸范围为5%-15%，是化学燃烧反应的燃烧剂。

1.2.3 内部存在的诱发因素

对于分析小屋而言，能诱发内部发生爆炸的因素有二：其一是天然气和空气形成混合物从而形成的外部环境条件；二是能发生燃烧爆炸的火源，根据其实际运行环境分析，存在的火源因素主要是由电气火源，如分析小屋电气设备、电气线路短路或静电引发的火花。

2 针对分析小屋潜在爆炸性危害防范措施及缺陷

2.1 防范措施调查

针对目前天然气贸易计量系统分析小屋普遍存在可燃气体潜在爆炸性危害，各个天然气在线组分分析生产厂商也纷纷对其产品采取了较有针对性的措施，本文根据现场实际调查情况，普遍的情况是在分析小屋内安装可燃气体检测仪（如深圳特安ESD200、无锡格林通IR200），通过可燃气体检测仪实时对分析小屋空间内的可燃气体浓度进行检测，并将浓度信号转换成4-20mA的标准电流信号，输入现场就地控制器（如現场小型PLC或其他控制器），通过逻辑判断后一方面控制就地排风扇启动，排除内部的气体；另一方面则是输出控制信号关闭采样进气电磁阀，待内部可燃气体排除后再自动化控制排风风机和电磁阀的恢复，其控制系统结构图具体如图1。

2.2 防范措施缺陷

从2.1的介绍来看，目前各场站虽然针对性地采取了一些相关措施，但是从自动化系统高度来看，其存在重大的缺陷，其缺陷是分析小屋就是一个“自动化信息孤岛”[1]，具体含义是分析小屋内的可燃气体检测系统是一个独立的系统，没有与整个SCADA系统（注：SCADA系统全称是数据采集与监控系统）有任何信息交换，即运行监控人员无法实时掌握内部的可燃气体浓度信息，一旦这个独立系统任何环节出现了问题（如系统故障等），无法知晓并采取任何人为措施。

3 解决分析小屋可燃气体潜在爆炸性危害的合理性方案

3.1 方案合理性研究

针对2.2提出的对重大缺陷，经过对现场实际情况摸底调查，在此提出了更加合理性的解决方案，方案总体思想是通过线缆传输，将现场可燃气体检测仪检测到的可燃气体浓度转换的电信号及整个系统运行状态（如设备故障开关信号）传输至SCADA系统中，并在上位机HMI（注：HMI为人机交互界面）进行显示，同时在上位机HMI界面可以进行人为远程强制操作现场输出设备（如排风扇、电磁阀），这样分析小屋内的可燃气体监测系统不再是一个“自动化信息孤岛”，而是纳入到整个SCADA系统，这样提高了分析小屋安全运行的可靠性，其方案的控制网络拓扑结构如图2。

3.2 具体方案实施

3.2.1 可燃气体浓度信息获取

通过对现场可燃气体检测仪进行功能和结构性分析，可以通过对可燃气体检测仪检测转换后的4-20mA信号，通过信号分配器一分为二，一路继续作为现场控制设备的模拟量输入（AI量），另一路去向SCADA系统的大型PLC设备，作为模拟量（AI）输入，通过对PLC设备内部程序修改，通过逻辑判断，获取报警信号上传至上位机的HMI界面显示。

3.2.2 分析小屋可燃气体检测系统状态信息获取

通过现有设备（注：如果现有设备不满足，则更换相应设备）的故障辅助触点，通过仪表电缆接入SCADA系统的大型PLC系统，通过相关程序编写判断，并与上位机HMI界面形成对应。

3.2.3 上位机手动强制远程控制输出

增加上位机HMI界面操作点，通过远程控制大型PLC相应程序，并通过输出进一步分析小屋内的排风风机和电磁阀状态控制。

4 结束语

根据文章提出的方案实施，经过现场实践，该合理性解决方案具有重要的现实意义，并具有很好的可行性，能满足要求。一方面，施工可行性具有操作性，因为分析小屋内的气体分析仪与计量系统是一个整体，在前期施工时，一般都留有足够的预留仪表电缆，且本文提出的方案所用的仪表电缆芯数也足够少。另一方面，效果明显，成功解决了分析小屋可燃气体检测系统“自动化信息孤岛”缺陷，且在现实中消除了潜在的危害。对后期其他系统的改造具有一定的参考价值。

参考文献

[1]吴誉，朱克强，愈晓光，等.一种自动化“信息孤岛”问题的解决办法[J].石油化工自动化，2004（6）：1-2.