可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)在粉煤加壓氣化裝置中的應(yīng)用

郭宏遠(yuǎn)，李冰

（航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司 電控室，北京 101111）

0 引言

可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是用來(lái)檢測(cè)可燃或有毒氣體泄露并發(fā)出報(bào)警的儀表系統(tǒng)。煤氣化是發(fā)展新型煤化工的重要單元技術(shù)，HT-L粉煤加壓氣化是我國(guó)自主研發(fā)的一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有效實(shí)用的煤氣化工藝，其工藝主要有以下幾個(gè)工段：磨煤及干燥系統(tǒng)、煤加壓輸送系統(tǒng)、氣化及合成氣洗滌、渣及灰水處理。整個(gè)過(guò)程裝置中，存在著一些易燃易爆、有毒有害的氣體，例如：磨煤及干燥單元中使用的隋性氣體發(fā)生器裝置由于引入了燃料氣，容易發(fā)生CO、H2氣體的泄露；氣化爐合成氣出口處、粉煤燒嘴處等也容易發(fā)生可燃有毒氣體的泄露或積聚。因此根據(jù)SH3063-1999《石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50493-2009《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》，有必要在粉煤加壓氣化生產(chǎn)裝置中設(shè)置性能可靠的氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，以保障生產(chǎn)和人身安全。

1 氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的配置

氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)最基本的構(gòu)成應(yīng)包括報(bào)警器和檢測(cè)器，或由檢測(cè)器和指示報(bào)警器組成，也可以是專用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與檢測(cè)器組成的檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)[1-2]。

1.1 現(xiàn)階段常用配置

現(xiàn)階段可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的配置構(gòu)成主要有以下幾種：

1）檢測(cè)器+報(bào)警控制器。

2）檢測(cè)器+報(bào)警控制器+DCS。

3）檢測(cè)器+GDS+DCS。

4）檢測(cè)器+DCS。

方案1）配置簡(jiǎn)單，投入小，操作方便，使用較廣泛；方案2）與3）功能完善，且系統(tǒng)可靠性高，目前比較常用。方案4）簡(jiǎn)單易實(shí)施，但是GB50493-2009第3.0.9條規(guī)定：可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)宜獨(dú)立設(shè)置，所以筆者在此并不推薦[3]。

1.2 粉煤加壓氣化裝置中的配置

煤化工項(xiàng)目一般由多個(gè)工藝裝置組成，規(guī)模較大，流程較長(zhǎng)，各項(xiàng)目有不同的控制系統(tǒng)配置，常常會(huì)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間。針對(duì)不同的控制系統(tǒng)方案布置，可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置也相應(yīng)不同。

1.2.1 控制柜位于中控室

以某乙二醇項(xiàng)目氣化裝置為例，現(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)電纜直接接至中控室，未設(shè)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間。可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的配置采用：檢測(cè)器+報(bào)警控制器，如圖1所示。現(xiàn)場(chǎng)氣體檢測(cè)器的信號(hào)送至報(bào)警控制器，每一個(gè)檢測(cè)器對(duì)應(yīng)一臺(tái)報(bào)警控制器，組成一個(gè)回路。報(bào)警控制器安裝在可燃有毒控制機(jī)柜中，此機(jī)柜位于中控室內(nèi)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到氣體泄露，將數(shù)據(jù)傳至報(bào)警控制器并達(dá)到其報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警控制器便發(fā)出聲光報(bào)警，位于操作站的工作人員能夠很快聽到并定位泄露點(diǎn)，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。這樣的配置簡(jiǎn)單便捷，但也有不足之處，即不具備數(shù)據(jù)記錄功能。因此可以為其在中控室內(nèi)設(shè)立一個(gè)獨(dú)立的上位控制系統(tǒng)，滿足歷史事件記錄、報(bào)表、查詢等功能。

圖1 “檢測(cè)器+報(bào)警控制器”結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 控制柜位于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間

在某年產(chǎn)60萬(wàn)噸合成氨項(xiàng)目中，氣化裝置距離中控室較遠(yuǎn)，設(shè)置了氣化現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間。安裝有報(bào)警控制器的可燃有毒控制系統(tǒng)機(jī)柜位于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間內(nèi)，因此必須將報(bào)警信息傳送至中控室內(nèi)。此項(xiàng)目的可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可以采用兩種配置。

檢測(cè)器+報(bào)警控制器+DCS，如圖2所示。位于機(jī)柜間的氣體報(bào)警控制器將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器采集到的數(shù)據(jù)，以RS485的通訊方式上傳給DCS，在DCS中實(shí)現(xiàn)顯示、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄等功能，并能進(jìn)行流程圖組態(tài)，直觀地顯示出氣體檢測(cè)器的分布圖，便于操作人員快速定位氣體泄露點(diǎn)[4]。

圖2 “檢測(cè)器+DCS”結(jié)構(gòu)圖

2）檢測(cè)器+GDS（+DCS），如圖3所示。與上述與DCS通訊不同，報(bào)警控制器將數(shù)據(jù)傳送給單獨(dú)設(shè)置的可燃有毒上位機(jī)，即GDS（Gas Detect System）。GDS是以PLC為核心的可燃有毒氣體檢測(cè)專用系統(tǒng)，通過(guò)配置專用的上位機(jī)及控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄等功能[5]。

圖3 “檢測(cè)器+GDS（+DCS）”結(jié)構(gòu)圖

2 檢測(cè)器與報(bào)警控制器的選型

有毒及可燃?xì)怏w檢測(cè)器是常用的精密檢測(cè)分析儀表，為了保證現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的可靠性，應(yīng)根據(jù)被測(cè)氣體的性質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件，選擇滿足性能要求的檢測(cè)器。并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特征，考慮檢測(cè)器的防塵、防爆、防腐、防潮、防水和抗防電磁干擾等要求。

在現(xiàn)階段，可燃?xì)怏w檢測(cè)器以催化燃燒式、紅外線式最為常見。對(duì)氫氣的檢測(cè)應(yīng)選用專用的催化燃燒型氫氣檢測(cè)器或采用熱傳導(dǎo)型檢測(cè)器或半導(dǎo)體型檢測(cè)器[6]。有毒氣檢測(cè)器比較常用的有電化學(xué)、金屬氧化半導(dǎo)體（固態(tài)）、紅外式等。

有毒可燃?xì)怏w報(bào)警器應(yīng)至少具備信號(hào)設(shè)定、信號(hào)顯示、聲光報(bào)警三個(gè)基本功能，并能為其所連接的可燃有毒氣體檢測(cè)器供電，并且應(yīng)具有開關(guān)量輸出功能。對(duì)于報(bào)警器的選擇，GB50493-2009第5.3條有詳細(xì)的規(guī)定。

2.1 檢測(cè)器的選型

粉煤加壓氣化工藝流程中，熱風(fēng)爐燃料氣入口處、氣化爐的粗合成氣出口處、合成氣洗滌塔合成氣入口處、粉煤燒嘴、高壓閃蒸汽提塔、高壓閃蒸分離罐等處都容易發(fā)生氣體泄露，主要可能產(chǎn)生的有毒可燃?xì)怏w有氫氣、甲烷、一氧化碳、硫化氫、丙烷、丁烷等。根據(jù)各檢測(cè)器的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，選型如表1所示。GB50493-2009第3.0.1條中規(guī)定：同一種氣體，既屬可燃?xì)怏w又屬有毒氣體時(shí)，應(yīng)只設(shè)置有毒氣體檢測(cè)器，故CO氣體應(yīng)選用有毒氣體檢測(cè)器。

此外還要求檢測(cè)器滿足下列要求：具有較高的測(cè)量精度與靈敏度，精度應(yīng)小于±5%滿量程；具有較高的靈敏度；檢測(cè)元件應(yīng)不受可燃有毒氣體中其它組份的影響；穩(wěn)定性高，正常工作時(shí)應(yīng)很少產(chǎn)生零點(diǎn)漂移；應(yīng)具有自檢功能；其防爆等級(jí)不應(yīng)低于ExdⅡCT4，防護(hù)等級(jí)不應(yīng)低于IP65；應(yīng)能適用于惡劣的露天工作環(huán)境，檢測(cè)器探頭、防水膜等易受侵蝕的主要部件材質(zhì)應(yīng)采用不銹鋼[7]。如表1 所示。

表1 煤氣化中氣體檢測(cè)器選型

2.2 報(bào)警控制器的選型

根據(jù)GB50493-2009中要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，要求報(bào)警器必須滿足以下要求：

1）報(bào)警器對(duì)報(bào)警信號(hào)的檢測(cè)及顯示精度應(yīng)優(yōu)于±0.1%。

2）為便于安裝及配置靈活，控制器應(yīng)選用單通道或雙通道模塊式結(jié)構(gòu)，每一臺(tái)檢測(cè)器與一臺(tái)報(bào)警器組成一個(gè)報(bào)警回路。

3）有公共聲報(bào)警及單路光報(bào)警功能，其報(bào)警的聲音應(yīng)與其它類型報(bào)警器的報(bào)警聲音有所區(qū)別，報(bào)警音量≥70dB。

4）具有自檢功能，并有相應(yīng)的故障信號(hào)輸出。

5）采用LCD或LED顯示方式，顯示內(nèi)容為數(shù)字式，可顯示氣體濃度值、報(bào)警信息及自檢信息，應(yīng)優(yōu)先顯示濃度報(bào)警信息。

6）具有各種功能測(cè)試、聲光報(bào)警測(cè)試及報(bào)警復(fù)位功能。

7）能通過(guò)內(nèi)置的軟件進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)與量程設(shè)定。

8）具有存儲(chǔ)記錄功能，存儲(chǔ)時(shí)間應(yīng)不少于30天。

9）具有掉電保護(hù)功能。

10）至少應(yīng)能輸出2個(gè)報(bào)警信號(hào)，用于低濃度和高濃度報(bào)警。

3 布置與安裝

3.1 檢測(cè)器的布置與安裝

檢測(cè)器的布置選點(diǎn)對(duì)于有毒可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)是非常重要的。遵循GB50493-2009中的要求，根據(jù)被測(cè)氣體的特性（類別、密度等）、場(chǎng)地、釋放源、氣候環(huán)境等選擇氣體易于泄露、積累的點(diǎn)來(lái)布置檢測(cè)器。并合理地設(shè)計(jì)其安裝位置，為以后的維護(hù)、使用、檢定提供方便。粉煤加壓氣化裝置框架有封閉與露天敞風(fēng)兩種，針對(duì)這兩種框架，檢測(cè)器的布置有所不同。

3.1.1 露天框架

對(duì)于煤氣化露天敞開式框架，應(yīng)針對(duì)每一個(gè)釋放源的主要?dú)怏w成分，設(shè)置對(duì)應(yīng)的氣體檢測(cè)器，且檢測(cè)器的探頭均應(yīng)設(shè)置防雨罩。如熱風(fēng)爐燃料氣的主要成分為：CO+H2，則應(yīng)分別設(shè)置有毒（CO）、可燃（H2）氣體檢測(cè)器。其中，對(duì)于比重小于空氣的氣體，如H2、CH4、CO，檢測(cè)器安裝在釋放源上方0.5m處，且保證可燃?xì)怏w檢測(cè)點(diǎn)（H2、CH4）與釋放源的距離不大于5m，有毒氣體檢測(cè)點(diǎn)（CO）與釋放源的距離不大于1m，檢測(cè)器安裝于釋放源的全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，且因?yàn)镃O密度與空氣相近，其檢測(cè)器探頭應(yīng)盡量接近泄漏點(diǎn)。如圖4所示。

圖4 露天框架檢測(cè)器布置示意圖

3.1.2 封閉框架

根據(jù)GB50493-2009第4.2.2條與SH3063-1999第4.1.3條規(guī)定，可燃?xì)怏w釋放源在封閉或通風(fēng)不良的情況下，每隔15m可設(shè)置一臺(tái)檢測(cè)器，且檢測(cè)器與任一釋放源的距離不宜大于7.5m。有毒氣體檢測(cè)器與釋放源間距不宜大于1m。因此，對(duì)于封閉框架除了按上述露天框架一樣布置可燃有毒氣體檢測(cè)器外，還應(yīng)在封閉區(qū)域內(nèi)每隔15m布置一個(gè)可燃?xì)怏w檢測(cè)器。封閉空間內(nèi)可燃?xì)怏w檢測(cè)器的有效覆蓋水平半徑約為7.5m，即以檢測(cè)點(diǎn)為圓心，7.5m為半徑，所覆蓋的范圍必須將整個(gè)封閉區(qū)域囊括在內(nèi)。此外，還應(yīng)在封閉區(qū)域的最高點(diǎn)易于積聚可燃?xì)怏w處設(shè)置檢測(cè)器。如圖5所示。

圖5 封閉空間檢測(cè)器布置示意圖

3.2 報(bào)警器的布置與安裝

每一臺(tái)報(bào)警器對(duì)應(yīng)一臺(tái)檢測(cè)器，所有的報(bào)警器應(yīng)安裝在同一標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)警器機(jī)架上，放置在可燃有毒控制機(jī)柜中，位于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間或中控室內(nèi)。

4 問(wèn)題及改進(jìn)

綜合幾個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況，可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)存在著一些典型問(wèn)題，主要原因不外乎是如下三點(diǎn)。筆者在此進(jìn)行歸納分析，并提出相應(yīng)的措施。

4.1 報(bào)警值設(shè)置不當(dāng)

報(bào)警值是在報(bào)警控制器中預(yù)先設(shè)置的，只有當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器檢測(cè)到的氣體濃度達(dá)到此設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器才會(huì)發(fā)出報(bào)警。報(bào)警值設(shè)置得過(guò)低，會(huì)發(fā)生誤報(bào)警；設(shè)置得過(guò)高，會(huì)發(fā)生漏報(bào)警。所以報(bào)警值設(shè)置失當(dāng)，反而會(huì)引起安全隱患。GB50493-2009與SH3063-1999中規(guī)定的報(bào)警值是以LEL或TLV為單位，而大多數(shù)產(chǎn)品出廠設(shè)置時(shí)都是按ppm為單位，因此大部分都選用ppm報(bào)警值來(lái)設(shè)定報(bào)警器。比如檢測(cè)CO時(shí)，一般設(shè)置30ppm左右為一級(jí)報(bào)警值，50～60ppm左右為二級(jí)報(bào)警值。而檢測(cè)H2S在設(shè)定時(shí)，一般設(shè)置一級(jí)報(bào)警值為10ppm，二級(jí)報(bào)警值為20ppm。所以不同的氣體所設(shè)定的報(bào)警值是不同的，應(yīng)根據(jù)不同的檢測(cè)氣體設(shè)定適當(dāng)?shù)膱?bào)警值。

4.2 施工安裝不當(dāng)

4.2.1 施工中更改檢測(cè)器布置

雖然國(guó)標(biāo)規(guī)定為保障生產(chǎn)安全和人身安全，有必要設(shè)立可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，但某些現(xiàn)場(chǎng)，可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)依然得不到必要的重視。在項(xiàng)目施工過(guò)程中，可能會(huì)由于安裝難度或者裝置設(shè)備阻礙等原因，施工作業(yè)工人在安裝時(shí)，不慎改動(dòng)了氣體檢測(cè)器的位置，造成氣體檢測(cè)器的靈敏度降低、檢測(cè)位置重復(fù)、或者有檢測(cè)不到的地方即出現(xiàn)檢測(cè)死角。檢測(cè)點(diǎn)的位置是根據(jù)氣體特性、裝備設(shè)施、釋放源、氣候環(huán)境等綜合確定的。因此，在施工過(guò)程中，不得隨意更改檢測(cè)器的布置設(shè)計(jì)圖，以免造成安全隱患[8]。

4.2.2 安裝不當(dāng)

可燃有毒氣體檢測(cè)器是精密儀器，其安裝位置、角度及布線等方面應(yīng)注意防電磁干擾。一旦檢測(cè)器受到電磁干擾，必將影響電壓，其檢測(cè)數(shù)據(jù)將會(huì)不準(zhǔn)確，所以可燃有毒氣體檢測(cè)器施工過(guò)程中應(yīng)設(shè)置可靠接地。

檢測(cè)器安裝于露天區(qū)域或有水淋區(qū)域時(shí)，必須安裝透氣防水罩，以防止水進(jìn)入檢測(cè)器而導(dǎo)致測(cè)量誤差或損壞檢測(cè)器。并對(duì)透氣防水罩定期清洗，確保被測(cè)氣體能正常進(jìn)入檢測(cè)器的探頭。

檢測(cè)器安裝時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離暖通空調(diào)等設(shè)備，因?yàn)槔?、暖氣流?huì)造成檢測(cè)器的探頭電阻率發(fā)生變化而出現(xiàn)誤差，因此應(yīng)在安裝中注意。

4.3 管理維護(hù)不當(dāng)

可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警器屬于精密儀器，應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行管理維護(hù)。

由于煤氣化裝置現(xiàn)場(chǎng)含有大量煤粉雜質(zhì)，所以無(wú)法避免會(huì)有煤粉或積塵進(jìn)入檢測(cè)器的探頭，造成探頭氣體通道被堵，檢測(cè)器不能準(zhǔn)確地測(cè)出氣體的濃度，造成較大的誤差。因而經(jīng)常檢查探頭的使用情況，定期對(duì)探頭進(jìn)行清潔、維護(hù)保養(yǎng)是防止故障發(fā)生的一個(gè)重要工作。

對(duì)于有自檢功能的儀器，應(yīng)每周按動(dòng)一次“自檢”按鈕，檢查指示報(bào)警系統(tǒng)是否正常；每周進(jìn)行一次外觀的檢查，檢查連接部件、可動(dòng)部件、顯示器、控制按鈕等。每2個(gè)月檢查標(biāo)定一次零點(diǎn)和量程，要采用經(jīng)計(jì)量部門認(rèn)證的與被測(cè)氣體相匹配的標(biāo)準(zhǔn)氣體。建立完善的可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)管理使用規(guī)范，對(duì)系統(tǒng)的維修保養(yǎng)、檢定結(jié)果等進(jìn)行記錄存檔[9]。

5 結(jié)束語(yǔ)

可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)粉煤氣化裝置是極為必要的，設(shè)計(jì)合理的可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，可以有效預(yù)防火災(zāi)與爆炸事故的發(fā)生，從而保障生產(chǎn)人員的人身安全和化工裝置的生產(chǎn)安全?！?/p>

[1] 王懷義,王毓斌,王子平.SH3063-1999石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,1999.

[2] 中國(guó)石化集團(tuán)洛陽(yáng)石油化工工程公司.GB50493-2009石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[3] 蘇岸廷.在《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》下的氣體檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[J].輕工科技,2012,(5):129-130.

[4] 張韶煜.可燃（有毒）氣體檢測(cè)系統(tǒng)上層結(jié)構(gòu)的探討[J].石油化工自動(dòng)化,2011,47(2):60-63.

[5] 劉春，張平.可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討[J]. 石油化工自動(dòng)化,2006,(6):1-4.

[6] 祝晉.化工過(guò)程中可燃有毒氣體檢測(cè)儀的設(shè)置及選型[J].化工自動(dòng)化及儀表,2012,39(5):585-586.

[7] 中華人民共和國(guó)公安部.GB16808-2008可燃?xì)怏w報(bào)警控制器[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[8] 張妍妍,楊韜.簡(jiǎn)述石油化工裝置中可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2010,27(7):258.

[9] 馮省利.石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范的應(yīng)用體會(huì)[J].石油化工自動(dòng)化，2012北京：中國(guó)電力出版社,2001:122-126.