圖1 傳統(tǒng)實(shí)體房屋閥室工藝閥組區(qū)及自動(dòng)控制室
1、防爆控制小屋
1.1 設(shè)計(jì)思路
傳統(tǒng)一座帶實(shí)體房屋的閥室建設(shè)總工期大約需要11個(gè)月的時(shí)間，其中在實(shí)體房屋建設(shè)前手續(xù)辦理工作上大約需要8個(gè)月的時(shí)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(shí)際施工過程中各專業(yè)施工隊(duì)伍間的協(xié)調(diào)給項(xiàng)目管理帶來了不少的困難；另外，由于部分閥室建設(shè)項(xiàng)目用地手續(xù)辦理困難使實(shí)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(gè)主線路截?cái)嚅y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(shí)體房屋，將工藝閥門管道、配電設(shè)備和自動(dòng)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(xiàng)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(yuǎn)程控制的方案，堅(jiān)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(yùn)行對環(huán)境有一定的要求，建設(shè)方向調(diào)整到將各種強(qiáng)弱電設(shè)備集成在撬裝式小屋內(nèi)，并開始進(jìn)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(jì)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(jì)應(yīng)遵循如下原則：
1)規(guī)范性。小屋整體防爆認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
2)安全性。防爆控制小屋需要全面的安全保護(hù)措施，不僅應(yīng)具有可燃?xì)怏w可燃檢測、氧氣含量實(shí)時(shí)監(jiān)測和火災(zāi)煙感探測報(bào)警設(shè)備及聯(lián)鎖防爆風(fēng)機(jī)和聲光報(bào)警器工作的功能，還應(yīng)滿足防雷擊、過流和漏電保護(hù)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(jì)時(shí)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(hù)性。防爆控制小屋內(nèi)部設(shè)備均應(yīng)易操作、易維護(hù)，確保出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)、快速地進(jìn)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(jì)規(guī)范要求作為接閃器使用，小屋無需再單獨(dú)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(fù)重材料一根，進(jìn)一步增強(qiáng)負(fù)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(jìn)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(jī)(13)、室外防爆攝像機(jī)(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(bào)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(bào)警器(12)。
5)正壓通風(fēng)系統(tǒng)：正壓防爆風(fēng)機(jī)(19)、防爆風(fēng)機(jī)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(jī)(21)、防爆空調(diào)外機(jī)(22)、防爆空調(diào)遠(yuǎn)程控制箱(23)。
8)其他：防爆控制小屋帶機(jī)械逃生鎖門(18)、逃生鎖機(jī)械鑰匙盒(28)和遮雨棚(24)。
1.4 主要功能及特點(diǎn)
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(dòng)執(zhí)行機(jī)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(dòng)控制功能。現(xiàn)場RTU自動(dòng)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(shí)也是燃?xì)馍a(chǎn)輸配設(shè)備三級(jí)控制中的現(xiàn)場遠(yuǎn)程控制層面的系統(tǒng)。它接收現(xiàn)場壓力、溫度等儀表信號(hào)和閥門設(shè)備狀態(tài)反饋信號(hào)，在現(xiàn)場的觸摸屏上顯示并通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳至SCADA生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中心平臺(tái)展示，也可以接收SCADA生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中心平臺(tái)閥門控制命令或自行遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場燃?xì)馍a(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(yuǎn)程開關(guān)室外照明設(shè)施、室內(nèi)空調(diào)、防爆風(fēng)機(jī)、防爆聲光報(bào)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(gè)帶云臺(tái)功能的防爆攝像機(jī)，操作人員可以通過攝像機(jī)實(shí)時(shí)觀察室內(nèi)外設(shè)備安全情況監(jiān)視。另外通過功放機(jī)、防爆拾音器和防爆揚(yáng)聲器可以實(shí)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(shí)將入侵報(bào)警信號(hào)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(bào)警信息通過對現(xiàn)場喊話，語音警戒入侵者，達(dá)到震懾作用。
4)防爆控制小屋非法入侵報(bào)警功能。控制小屋進(jìn)門處設(shè)有防爆電子門禁，信號(hào)遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)門前可透過玻璃觀察屋內(nèi)情況。小屋門也安裝了機(jī)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(bào)警設(shè)備。小屋內(nèi)部設(shè)置溫濕度傳感器，實(shí)時(shí)檢測內(nèi)部環(huán)境條件。并在RTU自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)，通過設(shè)置聯(lián)鎖控制邏輯，可以實(shí)現(xiàn)小屋內(nèi)溫度超高(≥35℃)報(bào)警，自動(dòng)開啟防爆空調(diào)進(jìn)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(bào)警、甲烷氣體濃度高報(bào)(≥25%LEL)、氧氣濃度低報(bào)(≤19.5%)3個(gè)實(shí)時(shí)信號(hào)，任一條件滿足即可自動(dòng)開啟防爆風(fēng)機(jī)通風(fēng)，并聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)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(jì)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(jìn)行少量電力電纜、儀表控制線纜的接線并進(jìn)行設(shè)備測試即可實(shí)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(diǎn)的工藝流程圖
7)防爆認(rèn)證。防爆控制小屋具有整體Ex II CT4 Gc防爆認(rèn)證，在閥室無法得到足夠的批復(fù)面積時(shí)，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?xì)怏w探測儀表、企業(yè)聯(lián)動(dòng)閥門及電動(dòng)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(xiàng)目需要進(jìn)行復(fù)制建造，可以進(jìn)行多項(xiàng)目推廣應(yīng)用。
2、防爆控制小屋應(yīng)用實(shí)例
為推進(jìn)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(fèi)結(jié)構(gòu)，某公司大力推進(jìn)新橋機(jī)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(xiàng)目建設(shè)，項(xiàng)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(jì)9座閥室項(xiàng)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(yùn)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(xiàng)目、廬巢線剩余3座閥室項(xiàng)目及廬池線6座閥室項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用，進(jìn)一步在省級(jí)天然氣主干網(wǎng)工程項(xiàng)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(jìn)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(gè)月的工期。
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3.2 工程造價(jià)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(fèi)用造價(jià)共計(jì)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(jià)共計(jì)約32萬元，節(jié)省金額約48萬元，工程造價(jià)成本降幅達(dá)60%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
3.3 自動(dòng)化程度方面
防爆控制小屋具備遠(yuǎn)程開關(guān)照明燈、遠(yuǎn)程開關(guān)空調(diào)及屋內(nèi)超溫自動(dòng)開空調(diào)降溫等功能，相較傳統(tǒng)閥室的手動(dòng)開照明、空調(diào)等方式，具有更高的自動(dòng)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(yuǎn)程操作相關(guān)設(shè)備，查看設(shè)備反饋信號(hào)、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(yùn)營單位的運(yùn)維效率，尤其是在閥室位置偏遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣的項(xiàng)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(yùn)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(qiáng)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(yùn)走，待水位下降后再行恢復(fù)安裝即可恢復(fù)生產(chǎn)運(yùn)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(cái)產(chǎn)安全。
4、未來應(yīng)用改進(jìn)方向
由于個(gè)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(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)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(shí)間陽光暴曬熱量傳導(dǎo)進(jìn)小屋內(nèi)部，緩解小屋內(nèi)部持續(xù)高溫帶來空調(diào)長時(shí)間滿負(fù)荷工作的壓力，減少電能的消耗，降低生產(chǎn)運(yùn)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(jìn)一步降低控制小屋的建造成本，減少工程造價(jià)。
5、結(jié)束語
防爆控制小屋作為一個(gè)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(shí)工程建設(shè)需求的一個(gè)產(chǎn)物，但是凝聚了參與制造人員的知識(shí)和汗水，尤其是在第一座防爆控制小屋建造后進(jìn)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(shí)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(gè)建設(shè)理念，根據(jù)新的問題進(jìn)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(dòng)化的管理工具，給企業(yè)節(jié)約工程項(xiàng)目建設(shè)期和運(yùn)營期的成本支出，提高工程建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)營的管理效率。
作者：張憲(合肥合燃華潤燃?xì)庥邢薰?
