圖1 傳統(tǒng)實體房屋閥室工藝閥組區(qū)及自動控制室
1、防爆控制小屋
1.1 設(shè)計思路
傳統(tǒng)一座帶實體房屋的閥室建設(shè)總工期大約需要11個月的時間，其中在實體房屋建設(shè)前手續(xù)辦理工作上大約需要8個月的時間；在后期施工過程中土建專業(yè)需配合工藝、電氣、儀表等專業(yè)施工并提供作業(yè)面，在實際施工過程中各專業(yè)施工隊伍間的協(xié)調(diào)給項目管理帶來了不少的困難；另外，由于部分閥室建設(shè)項目用地手續(xù)辦理困難使實體房屋無法建設(shè)，給傳統(tǒng)閥室建設(shè)工作帶來了更大的不確定性。
基于上述因素，加之天然氣長輸管道閥室工藝主要為一個主線路截斷閥和配套旁通管道和放散管道(和放散裝置)組成的工藝閥組區(qū)(見圖1)，工藝相對比較簡單，因此提出了不建設(shè)實體房屋，將工藝閥門管道、配電設(shè)備和自動控制設(shè)備等均露天建設(shè)的設(shè)想。由于天然氣長輸管道閥室建設(shè)項目多位于人跡較少的位置，無線網(wǎng)絡(luò)通訊不穩(wěn)定等因素，所以放棄了無線遠程控制的方案，堅持以有線網(wǎng)絡(luò)通訊為主、無線網(wǎng)絡(luò)為輔的網(wǎng)絡(luò)通訊方案，并以RTU控制系統(tǒng)為中心配置UPS不間斷電源、低壓配電箱，以及安防周界、視頻監(jiān)控等設(shè)備。又因設(shè)備配置較多，現(xiàn)場分散布置安裝調(diào)試工程量較大，且設(shè)備運行對環(huán)境有一定的要求，建設(shè)方向調(diào)整到將各種強弱電設(shè)備集成在撬裝式小屋內(nèi)，并開始進行小屋內(nèi)設(shè)備擺放布局，尺寸確定，配套功能設(shè)備新增等工作。
1.2 設(shè)計原則
由于天然氣是易燃易爆氣體，因而閥室屬于典型的易燃易爆生產(chǎn)場所，防爆控制小屋的設(shè)計應(yīng)遵循如下原則：
1)規(guī)范性。小屋整體防爆認證要滿足爆炸2區(qū)的使用要求，確保極端情況下小屋能夠放置在爆炸區(qū)域內(nèi)使用；小屋內(nèi)部設(shè)備的安裝和線路布置應(yīng)橫平豎直，滿足防爆要求并保證整齊美觀，確保符合國家標準、技術(shù)規(guī)范及行業(yè)標準。
2)安全性。防爆控制小屋需要全面的安全保護措施，不僅應(yīng)具有可燃氣體可燃檢測、氧氣含量實時監(jiān)測和火災(zāi)煙感探測報警設(shè)備及聯(lián)鎖防爆風(fēng)機和聲光報警器工作的功能，還應(yīng)滿足防雷擊、過流和漏電保護功能，保證防爆控制小屋的整體安全性能。
3)布局合理性。由于小屋內(nèi)部集成了多種設(shè)備，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮在滿足功能的前提下，充分降低集成復(fù)雜程度，減小各功能區(qū)設(shè)備的尺寸，并通過合理布局，兼顧后期使用操作和維修方便，盡可能減小小屋的占地面積。
4)可維護性。防爆控制小屋內(nèi)部設(shè)備均應(yīng)易操作、易維護，確保出現(xiàn)故障時能及時、快速地進行檢維修。
1.3 主要構(gòu)成
防爆控制小屋長×寬×高尺寸為2.5×2.5×2.4(m)，總占地面積不足7m2。小屋外墻板采用304不銹鋼板，內(nèi)墻板采用1.5mm厚的碳鋼噴塑，內(nèi)外墻及屋頂和房頂之間充填75mm厚的聚氨酯絕熱阻燃材料。整座小屋作為非第一類防雷建筑物，不銹鋼金屬屋面符合滿足設(shè)計規(guī)范要求作為接閃器使用，小屋無需再單獨設(shè)置防雷接閃裝置。小屋采用由工字鋼焊接而成的框架式結(jié)構(gòu)，側(cè)墻每0.5m加裝負重材料一根，進一步增強負重能力。
為了盡可能減少小屋的占地面積，小屋內(nèi)部設(shè)備布置在多次討論后，最終按如下方案布置：
圖2 防爆控制小屋內(nèi)部俯視圖及正面平視圖
1)低壓配電系統(tǒng)：防爆低壓電源進線箱(1)、防爆電源出線箱(2)、防爆公共配電箱(3)、防爆維修插座(8)。
2)RTU控制系統(tǒng)：防爆RTU控制柜(4)、防爆UPS電源柜(6)、防爆儀表接線箱(7)。
3)安防監(jiān)控及語音對講系統(tǒng)：防爆網(wǎng)絡(luò)視頻對講柜(5)、室內(nèi)防爆攝像機(13)、室外防爆攝像機(14)、防爆拾音器(15)、防爆告警器(16)、防爆電子門禁(17)、防爆電子門禁讀卡器(25)。
4)氣體火災(zāi)報警系統(tǒng)：防爆氧氣探測器(9)、防爆甲烷探測器(10)、防爆煙感探測器(11)、防爆聲光報警器(12)。
5)正壓通風(fēng)系統(tǒng)：正壓防爆風(fēng)機(19)、防爆風(fēng)機防爆開關(guān)(27)。
6)照明裝置：防爆應(yīng)急熒光燈(20)、室內(nèi)熒光燈防爆開關(guān)(26)。
7)防爆空調(diào)：防爆空調(diào)壁掛內(nèi)機(21)、防爆空調(diào)外機(22)、防爆空調(diào)遠程控制箱(23)。
8)其他：防爆控制小屋帶機械逃生鎖門(18)、逃生鎖機械鑰匙盒(28)和遮雨棚(24)。
1.4 主要功能及特點
1)低壓配電功能。接入外部380VAC低壓供電電源后，可將電源分配至天然氣閥室現(xiàn)場及小屋內(nèi)各用電設(shè)備，例如：室外照明燈、室外電動執(zhí)行機構(gòu)、室內(nèi)UPS電源、室內(nèi)防爆空調(diào)、室內(nèi)防爆檢修插座等。
2)自動控制功能?，F(xiàn)場RTU自動控制系統(tǒng)是天然氣SCADA生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中的重要組成部分，同時也是燃氣生產(chǎn)輸配設(shè)備三級控制中的現(xiàn)場遠程控制層面的系統(tǒng)。它接收現(xiàn)場壓力、溫度等儀表信號和閥門設(shè)備狀態(tài)反饋信號，在現(xiàn)場的觸摸屏上顯示并通過網(wǎng)絡(luò)遠傳至SCADA生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中心平臺展示，也可以接收SCADA生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中心平臺閥門控制命令或自行遠程控制現(xiàn)場燃氣生產(chǎn)設(shè)備，實現(xiàn)遠程控制功能。另外，除了常規(guī)的生產(chǎn)設(shè)備控制功能外，還可以遠程開關(guān)室外照明設(shè)施、室內(nèi)空調(diào)、防爆風(fēng)機、防爆聲光報警器等設(shè)備。
3)安防監(jiān)控及語音對講功能。防爆控制小屋內(nèi)外部各設(shè)置一個帶云臺功能的防爆攝像機，操作人員可以通過攝像機實時觀察室內(nèi)外設(shè)備安全情況監(jiān)視。另外通過功放機、防爆拾音器和防爆揚聲器可以實現(xiàn)現(xiàn)場與SCADA生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)語音對講，尤其是當(dāng)現(xiàn)場有人非法入侵后，及時將入侵報警信號上傳SCADA生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，值班監(jiān)控人員可以根據(jù)報警信息通過對現(xiàn)場喊話，語音警戒入侵者，達到震懾作用。
4)防爆控制小屋非法入侵報警功能。控制小屋進門處設(shè)有防爆電子門禁，信號遠傳至SCADA生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)提示值班監(jiān)控人員，以防他人未經(jīng)允許進入控制小屋，增加了控制小屋的安全性能。門上安裝了安全玻璃窗，操作人員進門前可透過玻璃觀察屋內(nèi)情況。小屋門也安裝了機械“緊急逃生鎖”，以便一旦鎖上能從里面打開。
5)小屋內(nèi)部環(huán)境安全聯(lián)鎖功能。根據(jù)相關(guān)規(guī)定及規(guī)范，分析小屋都配置了安全監(jiān)測報警設(shè)備。小屋內(nèi)部設(shè)置溫濕度傳感器，實時檢測內(nèi)部環(huán)境條件。并在RTU自動控制系統(tǒng)內(nèi)，通過設(shè)置聯(lián)鎖控制邏輯，可以實現(xiàn)小屋內(nèi)溫度超高(≥35℃)報警，自動開啟防爆空調(diào)進行制冷或制熱，使小屋內(nèi)部溫度保持在20℃～28℃之間，保障小屋內(nèi)設(shè)備正常工作；另外在小屋內(nèi)設(shè)置防爆煙感火災(zāi)探測器、甲烷氣體探測器、氧氣濃度探測器，根據(jù)煙感火災(zāi)報警、甲烷氣體濃度高報(≥25%LEL)、氧氣濃度低報(≤19.5%)3個實時信號，任一條件滿足即可自動開啟防爆風(fēng)機通風(fēng)，并聯(lián)動聲光報警器進行報警提示，保障生產(chǎn)人員安全。
6)撬裝式結(jié)構(gòu)集成。整座防爆控制小屋的所有設(shè)備集成在撬裝式鋼結(jié)構(gòu)上，設(shè)計緊湊，占地面積小。主要安裝及測試工作在工廠內(nèi)完成，現(xiàn)場安裝工作量和測試量少，僅需進行少量電力電纜、儀表控制線纜的接線并進行設(shè)備測試即可實現(xiàn)功能。小屋整體重量約3噸，吊裝安拆和遷移方便。
圖3 廬巢線槐林閥室?guī)Э刂泣c的工藝流程圖
7)防爆認證。防爆控制小屋具有整體Ex II CT4 Gc防爆認證，在閥室無法得到足夠的批復(fù)面積時，能夠放置在天然氣工藝裝置區(qū)爆炸2區(qū)域內(nèi)正常工作。
8)復(fù)制化程度高。由于天然氣長輸管道沿線配套建設(shè)閥室工藝簡單(如圖3所示)，管道壓力檢測儀表、可燃氣體探測儀表、企業(yè)聯(lián)動閥門及電動閥門數(shù)量變化幅度不大，防爆控制小屋制造方案一經(jīng)確定即可根據(jù)項目需要進行復(fù)制建造，可以進行多項目推廣應(yīng)用。
2、防爆控制小屋應(yīng)用實例
為推進天然氣管網(wǎng)建設(shè)，提升合肥、六安、無為等市天然氣供應(yīng)保障能力，優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，某公司大力推進新橋機場—金安東橋天然氣管道工程(以下簡稱“合六線”)、環(huán)巢湖天然氣高壓管線工程廬江—巢湖段(以下簡稱“廬巢線”)和合肥—巢湖段(以下簡稱“合巢線”)、合肥廬北至池州高壓天然氣管線工程(以下簡稱“廬池線”)、合肥天然氣繞城高壓管線工程(以下簡稱“繞城高壓管線”)項目建設(shè)，項目沿線建設(shè)若干調(diào)壓站、輸氣站及閥室。自2020年7月開始，陸續(xù)在繞城高壓管線龍?zhí)灵y室、南淝河閥室、錦繡大道閥室，合六線高店閥室、高升閥室、官亭閥室，廬巢線冶父山閥室、盛橋閥室、槐林閥室，共計9座閥室項目上應(yīng)用，并陸續(xù)在2021年完成投產(chǎn)，讓六安金寨革命老區(qū)和無為市人民用上了優(yōu)質(zhì)的管道天然氣，目前設(shè)備運行良好。下一步將持續(xù)推廣該防爆控制小屋在合巢線5座閥室項目、廬巢線剩余3座閥室項目及廬池線6座閥室項目建設(shè)中的應(yīng)用，進一步在省級天然氣主干網(wǎng)工程項目發(fā)揮防爆控制小屋的效益。部分已建成投產(chǎn)閥室防爆控制小屋如圖4所示。
圖4 部分已建成閥室圖片
3、防爆控制小屋應(yīng)用效益分析
3.1 建設(shè)工期方面
防爆控制小屋屬于設(shè)備，無需傳統(tǒng)閥室房屋建設(shè)的行政審批手續(xù)的辦理。小屋的集成制造均在工廠內(nèi)部，大幅減少了土建、工藝、電氣、儀表專業(yè)施工交叉作業(yè)和進度制約問題帶來的影響，現(xiàn)場小屋基礎(chǔ)具備承重條件即可吊裝至現(xiàn)場。該防爆控制小屋的應(yīng)用，相較傳統(tǒng)閥室建設(shè)至少節(jié)省9個月的工期。
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3.2 工程造價方面
以合六線高流閥室為例的傳統(tǒng)閥室房屋、低壓配電及儀表控制系統(tǒng)設(shè)備費用造價共計約80萬元；而以合六線高升閥室為例的防爆控制小屋和混凝土基礎(chǔ)的造價共計約32萬元，節(jié)省金額約48萬元，工程造價成本降幅達60%，經(jīng)濟效益顯著。
3.3 自動化程度方面
防爆控制小屋具備遠程開關(guān)照明燈、遠程開關(guān)空調(diào)及屋內(nèi)超溫自動開空調(diào)降溫等功能，相較傳統(tǒng)閥室的手動開照明、空調(diào)等方式，具有更高的自動化程度，值班監(jiān)控人員可以通過SCADA生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)遠程操作相關(guān)設(shè)備，查看設(shè)備反饋信號、視頻畫面核對即可了解閥室設(shè)備是否處在正常工況，減少人員前往閥室現(xiàn)場巡檢次數(shù)，提高了生產(chǎn)運營單位的運維效率，尤其是在閥室位置偏遠、環(huán)境惡劣的項目，尤其顯得重要。
3.4 應(yīng)急處置方面
防爆控制小屋為撬裝集成式，安裝拆卸簡單，吊裝運輸簡便。廬巢線部分閥室位于泄洪區(qū)或低洼地帶，如若后期遇到泄洪、持續(xù)強降雨等特殊情況，可提前將小屋外部的少量線纜拆除后吊裝運走，待水位下降后再行恢復(fù)安裝即可恢復(fù)生產(chǎn)運營。減少因設(shè)備被水浸泡損壞情況的發(fā)生，最大限度減少公司的損失，保障公司財產(chǎn)安全。
4、未來應(yīng)用改進方向
由于個別防爆控制小屋四周空曠，鏤空圍墻無法提供陽光遮擋的環(huán)境條件，在后期小屋建造中可根據(jù)項目現(xiàn)場實際條件和需要在小屋的頂部加裝可替代防雷接閃器的不銹鋼遮陽棚，減少夏季長時間陽光暴曬熱量傳導(dǎo)進小屋內(nèi)部，緩解小屋內(nèi)部持續(xù)高溫帶來空調(diào)長時間滿負荷工作的壓力，減少電能的消耗，降低生產(chǎn)運營成本。
另外，由于部分閥室用地批復(fù)面積足夠，控制小屋可放置在防爆區(qū)域以外，可新增不采用防爆產(chǎn)品集成的控制小屋方案，進一步降低控制小屋的建造成本，減少工程造價。
5、結(jié)束語
防爆控制小屋作為一個多種設(shè)備集成，可重復(fù)建造和利用的一體化設(shè)備，在某公司高壓天然氣管線工程建設(shè)上得到了較好的應(yīng)用。防爆控制小屋雖然是當(dāng)時工程建設(shè)需求的一個產(chǎn)物，但是凝聚了參與制造人員的知識和汗水，尤其是在第一座防爆控制小屋建造后進行了大幅度優(yōu)化和改良，最終確定了一套成熟的方案。但在工程建設(shè)管理過程中，沒有一成不變的解決方案，要根據(jù)不同的實際情況，采用不同的解決辦法。因此，防爆控制小屋在一定程度上可以作為一個建設(shè)理念，根據(jù)新的問題進行相應(yīng)調(diào)整和改變，但是宗旨都是為了給工程建設(shè)解決難題，給一線生產(chǎn)使用人員提供現(xiàn)代化自動化的管理工具，給企業(yè)節(jié)約工程項目建設(shè)期和運營期的成本支出，提高工程建設(shè)和生產(chǎn)運營的管理效率。
作者：張憲(合肥合燃華潤燃氣有限公司)
