科技创新 ２０１６年第３５期Ｉ科技创新与应用 天然气计量分析小屋可燃气体潜在爆炸性 危害调查和合理性解决方案研究 戴正文 毕洲武 （中石油东部管道有限公司浙江管理处仪表自动化，浙江杭州３１００００） 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；住转换，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。无论足作为 ：业“发动机”保障，还是关系剑民生大汁， 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 得尤为重要，所以才 现了诸如“两气东输”Ｔ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，轻则产乍计 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ｍ 敏 感的角色 由于分析小屋内部的设施直接分析贸易汁量天然气组 分，其分析结果参与贸易计量汁算。闪此，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． 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没备 连接，一旦ｍ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 ｌ＿１分析小屋简介 况足在分析小屋内安装可燃气体榆测仪（盘ｌ１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 审问内的可燃 气体浓度进行检测．并：将浓度信号转换成４—２０ｒｎＡ的标７伟电流信 号，输入现场就地控制器（如现场小型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；另一斤面 则是输｝｝Ｊ控制信号父闭采样进气电磁阀，待内部Ｉ『燃气体排除后再 １］动化控制排风风机和电磁阀的恢复，其控制系统结构罔具体如罔 １、 就地控制器／ＰＬ（ 圈■ 广———］ ｌＩ 排ｌ 扇 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 图ｌ控制系统结构图 气瓶）及各种管件及附属装置，主要承担着从运输管道『１１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、管什输送至气 ２．２防范措施缺陷 从２．１的介绍来看，臼前各场站虽然针对性地采取了一些桐关 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Ｉ｝１ 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 措施，但是从自动化系统高度来看．其存在重大的缺陷，其缺Ｉ；ｆ１是分 计量天然气的组分数值分析计算 析小屋就是一个“自动化信息孤岛”…，具体 义是分析小屋内的可 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【夭１素主要有空间结构性闪素、ｌ＾】 部存在相关气体物化性质因素以及内部存在的诱发凶素，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ｍ它存 以下 特点：一是空间有限且相对密闭；二是设备、管件众多月．密集； 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，空气是一种南大约７８％ＶＯＬ氮气（Ｎ ）、２１％ＶＯｌ 氧气（Ｏ！）及ｌ％ 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。『町天然 气是一种由烷烃（主要是甲烷、乙烷）及其他气体如氮气（Ｎ ）等混合 物，其具有易燃易爆性，爆炸范围为５％一１５％，是化学燃烧反应的燃 烧剂。 ｌ＿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：其一足 天然气和空气形成混合物从而形成的外部环境条件；二足能发生燃 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足 南电气火源，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 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 燃气体榆测系统是一个的系统．没有与骼个ＳＣＡＩ）Ａ系统（注： ＳＣＡＤＡ系统全称是数据采集与监控系统）行仟何信息交换．即运行 豳… …… ｚ宇 监控人员无法实时掌握内部的可燃气体浓度信息，一旦这个系 统任何环 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 性方案 ３．１方案合 性研究 ： Ｉ颦 ≮■－ 一ｒ ●■ ＃ｌ 二 一 ｌ １ 一 ｌ ，一● 。＿暑 Ｉ 一ｔｔ镛ＰＬＣ— ｌＩ一 图２控制网络拓扑结果 科技创新与应用Ｉ ２０１６年第３５期 科技创新 综合系统可靠性评估和效益成本分析的 电力设备退役更新策略研究 邓世聪 周荣林 章彬 陈法池 广东深圳５１８０１０） （深圳供电局有限公司， 摘要：针对当前电力公司采用的按固定年限安排设备退役策略中存在的问题，文章采用了一种综合系统可靠性评估和效益成 本分析的电力设备退役更新策略。针对老化设备，同时考虑设备的可修复失效不可用率和老化失效不可用率，结合蒙特卡洛模拟 和最优化潮流模型评估系统可靠性，确定规划年内每年的期望损失费用；再根据效益成本分析，计算推迟设备更新获得的收益； 最后构造净收益函数，并求解最优值获得最佳退役年份。文章以某地区输电网络为例，利用提出的方法研究某老化线路的退役更 新，结果表明，该方法可以使资产的价值得到充分利用，为电力企业带来最大收益。 关键词：退役更新；可靠性；效益成本分析 引言 固定资产是电力企业赖以维持简单生产和持续经营的物质基 础¨ｌｌ。据统计，省级电力企业的固定资产占总资产的５０％以上口。因 此，固定资产的管理是企业管理中一项极其重要的内容。 随着早期投运的电力设备日趋老化，系统可靠性逐年降低，设 备的维修成本越来越高，如何在保证电网安全运行的同时，合理安 排老化设备退役，使资产的投入产出比最优，是当前电力企业面临 的一大难题［２１。当前，电力公司通常采用根据事先设定的退役年龄更 新设备的策略。这种退役更新方式没有充分考虑设备的实际健康状 况，对于健康状况较差的设备，可能在其寿命终止时仍未安排退役 而对系统可靠性造成影响，而对于健康状况较好的设备，则可能在 到退役年龄时仍有较好的状态，过早退役会引起不必要的提前投 资，导致资产的价值得不到充分利用。在实际运行的电网中，对老化 设备退役更新的根本目的是控制系统风险，将老化设备的总不可用 率对电网的影响降到最低。因此，不能只考虑老化设备自身的状态， 还要考虑设备对整个系统可靠性的影响 。 文章采用了一种综合系统可靠性评估和效益成本分析的电力 设备退役更新策略。针对老化线路，首先利用历史统计数据和状态 监测数据，根据威布尔模型计算考虑可修复失效和老化失效的总不 可用率；然后，采用蒙特卡洛模拟分析系统故障状态并进行最优化 潮流计算，评估系统可靠性水平，得到规划期内每年老化线路的期 望损失费用；最后，采用效益成本分析法，对比老化线路造成的期望 损失费用和推迟设备更新获得的收益，确定老化线路的最佳退役时 问，使资产的价值得到充分利用，为电力企业带来最大收益。 １基本方法介绍 设备，收集投运年份数据。 （ｂ）统计收集数据并列表。第１列为服役年份；第２列为服役年 份对应的设备存活概率。对于已退役的设备，其服役年份为退役年 份与投运年份之差。对于在役设备，其服役年份为当前年份与投运 年份之差。由步骤（ａ）收集的数据，可以方便地得到每个年份的在役 设备数和退役设备数。每个年份的离散失效概率为该年的退役设备 数除以对应的在役设备数。每个年份的存活概率等于ｌ与该年的累 积失效概率之差。 （ｃ）威布尔分布模型的可靠性函数为 ～ 圳 ｔ㈩ 式中：０／．和Ｂ分别为尺度参数和形状参数，Ｒ为存活概率，ｔ为 年龄。步骤（ｂ）建立的存活概率表中，共有Ｍ行数据，每行数据对应 的Ｒ和ｔ以一定误差满足式（２），则可得到这Ｍ对Ｒ和ｔ所对应的 误差平方和为： Ｍ Ｌ ］ （２） １．１威布尔分布模型 根据可靠性理论，确定设备的老化失效模型时常常采用威布尔 分布。威布尔分布由尺度参数 和形状参数Ｂ确定，参数估计方式 如下ｌ引： （ａ）收集相同运行条件下同类设备的数据，包括已退役设备和 在役设备。对于已退役设备，收集其投运年份和退役年份；对于在役 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。 当Ｌ取得最小值时，ｄ和Ｂ的估计值为最优估计值。可用最优 化方法求解该模型。由上述模型可见，已退役的设备和在役设备对 参数估计的值均有贡献，因此，需要收集相同运行条件下同类设备 的数据，包括已退役设备和在役设备。 １．２元件不可用率 评估老化设备对电力系统风险的影响时，不仅需要考虑设备 的可修复失效不可用率，还需要考虑因老化引起的老化失效不可 用率Ｐ１。 设备的可修复失效不可用率为： ， ：—ｆ．ＭＴＴＲ ８７６０ —（３）＼Ｊ／ 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，通过仪表电缆接人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『ＪＩ．石油化工自动化，２００４（６）：１－２． ３．２．２分析小屋可燃气体检测系统状态信息获取
