天然氣處理廠火氣報(bào)警系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

陳宗宇 侯 山 蔣昌星 劉宇坤 梁 坤

(中國石油長慶油田第三采氣廠，內(nèi)蒙古自治區(qū) 鄂爾多斯 017300)

蘇里格第四天然氣處理廠采用的 DCS系統(tǒng)由相對(duì)獨(dú)立并互相聯(lián)系的過程控制系統(tǒng)(PCS站)、緊急停車系統(tǒng)(ESD站)和火氣系統(tǒng)(FGS站)共同組成。按控制功能或區(qū)域?qū)⒖刂普具M(jìn)行分散配置，用多個(gè)控制站組合，控制整個(gè)生產(chǎn)過程，從而實(shí)現(xiàn)控制功能分散和危險(xiǎn)分散。

FGS系統(tǒng)包括可燃?xì)怏w檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)。FGS系統(tǒng)的主要功能是在火災(zāi)和可燃?xì)怏w泄漏的情況下能及時(shí)準(zhǔn)確地探測(cè)出所保護(hù)區(qū)域范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的火災(zāi)、可燃?xì)怏w或有毒氣體，迅速做出判斷，立即采取正確的措施，確保設(shè)備和人員的安全。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，蘇里格第四天然氣處理廠FGS系統(tǒng)的主要功能要求包括：連續(xù)探測(cè)并早期發(fā)現(xiàn)可能聚集的可燃?xì)怏w或有毒氣體；連續(xù)探測(cè)并早期發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的火焰或存在的火災(zāi)；提供為滅火而設(shè)置的手動(dòng)和自動(dòng)消防裝置；設(shè)置聲光報(bào)警裝置，通過不同的聲音和顏色報(bào)警使操作人員能區(qū)分不同的危險(xiǎn)類型；傳送相關(guān)的I/O狀態(tài)和儀表設(shè)備及故障信號(hào)到中央控制室的DCS系統(tǒng)，F(xiàn)GS系統(tǒng)與PCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，當(dāng)有報(bào)警信號(hào)時(shí)，能準(zhǔn)確地切換到相應(yīng)畫面，顯示出報(bào)警部位；FGS系統(tǒng)向ESD系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，ESD系統(tǒng)做相應(yīng)的緊急停車控制；提供事件順序記錄報(bào)告。

1 FGS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案①

設(shè)備在運(yùn)行過程中存在著各種危害因素。天然氣處理廠內(nèi)各主要設(shè)備和生產(chǎn)、裝卸、儲(chǔ)存區(qū)域都存在火災(zāi)、爆炸和中毒的潛在危險(xiǎn)，包括以下幾個(gè)方面：

a. 集配氣區(qū)、增壓站、脫油脫水裝置區(qū)、燃料氣區(qū)、凝析油穩(wěn)定裝置區(qū)、甲醇回收裝置區(qū)、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施區(qū)、污水處理區(qū)、放空火炬區(qū)、供水站及供熱站等區(qū)域在自然環(huán)境條件下(風(fēng)、雪、雨、霧、雷、電、地震、極低溫度及極高溫度等)可能導(dǎo)致天然氣泄漏、出現(xiàn)火災(zāi)情況；

b. 設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障(超壓、失電、自身故障、附件的故障及自控系統(tǒng)故障等)也可能導(dǎo)致天然氣泄漏、出現(xiàn)火災(zāi)情況；

c. 各區(qū)域設(shè)備還存在著一定的潛在危險(xiǎn)(誤操作、排液閥門沒未關(guān)緊、開關(guān)閥門過猛、管線振動(dòng)、超壓、裝車不接地線、裝車溢車以及易燃易爆化驗(yàn)藥品存放等)都可能導(dǎo)致天然氣泄漏、出現(xiàn)火災(zāi)情況。

按照FGS系統(tǒng)的整體要求和功能要求，可以確定設(shè)置以BB控制器為中心的集可燃、有毒氣體探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)和火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)為一體的FGS系統(tǒng)。FGS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案主要包括：

a. 設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)器和聲光報(bào)警設(shè)備；

b. 設(shè)置手動(dòng)報(bào)警和聲光報(bào)警設(shè)備；

c. 設(shè)置火焰探測(cè)器和聲光報(bào)警設(shè)備；

d. 增壓站設(shè)置聯(lián)鎖風(fēng)機(jī)組；

e. 中心控制室設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)；

f. FGS系統(tǒng)與緊急停車系統(tǒng)ESD系統(tǒng)的通信。

2 FGS系統(tǒng)儀表選型與應(yīng)用

2.1 可燃?xì)怏w變送器

處理廠的天然氣中主要成分是甲烷及乙烷等碳?xì)浠衔?。第四處理廠可燃?xì)怏w檢測(cè)變送器采用點(diǎn)型紅外氣體檢測(cè)器，其分布如圖1所示。處理廠共有108個(gè)可燃?xì)怏w檢測(cè)變送器，構(gòu)成了全廠的可燃?xì)怏w檢測(cè)網(wǎng)。

圖1 可燃?xì)怏w探測(cè)器分布

可燃?xì)怏w探測(cè)器在不同的區(qū)域里數(shù)量和分布位置都有不同的要求，從圖1中可以觀察到各個(gè)不同區(qū)塊都相應(yīng)布置了氣體檢測(cè)變送器。主要設(shè)備和管線附近設(shè)計(jì)安裝可燃?xì)怏w探測(cè)器對(duì)氣體泄漏等意外情況有很好的監(jiān)測(cè)功能。對(duì)于供熱區(qū)域，燃料氣導(dǎo)熱油爐間內(nèi)應(yīng)適當(dāng)增加可燃?xì)怏w探測(cè)器，保證氣體泄漏時(shí)能及時(shí)檢測(cè)到。空氮站內(nèi)無氣體泄漏檢測(cè)裝置，對(duì)于設(shè)備泄漏情況不能及時(shí)檢測(cè)，對(duì)生產(chǎn)造成影響。

2.2 火焰探測(cè)器

處理廠采用FV282f+點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器主要檢測(cè)在3個(gè)不同的波段發(fā)出的光輻射。全廠共有70個(gè)火焰探測(cè)器(分布如圖2所示)，構(gòu)成了全廠的火焰檢測(cè)網(wǎng)。可以看到各個(gè)不同區(qū)塊里，都相應(yīng)布置了火焰檢測(cè)變送器。主要設(shè)備和管線附近設(shè)計(jì)安裝火焰探測(cè)器，出現(xiàn)火災(zāi)等意外情況時(shí)有很好的監(jiān)測(cè)功能。對(duì)于供熱區(qū)域，導(dǎo)熱油爐區(qū)域?qū)儆谝兹家妆瑓^(qū)域，該區(qū)域無火焰檢測(cè)儀，對(duì)現(xiàn)場火災(zāi)不能及時(shí)報(bào)警。建議在導(dǎo)熱油爐附近增加火焰探測(cè)器，保證現(xiàn)場及時(shí)檢測(cè)到火災(zāi)隱患。

2.3 防爆聲光報(bào)警器

聲光報(bào)警器是一種用在危險(xiǎn)場所，通過聲音和各種光來向人們發(fā)出示警信號(hào)的一種不會(huì)引燃易燃易爆性氣體的報(bào)警信號(hào)裝置。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生事故或火災(zāi)等緊急情況時(shí)，火災(zāi)報(bào)警控制器送來的控制信號(hào)啟動(dòng)聲光報(bào)警電路，發(fā)出聲和光報(bào)警信號(hào)，完成報(bào)警目的。28個(gè)FSG103型聲光報(bào)警器構(gòu)成了全廠的聲光報(bào)警網(wǎng)，其分布如圖3所示。

圖2 火焰探測(cè)器分布圖

圖3 聲光報(bào)警分布

2.4 防爆操作接線柱

該廠共設(shè)有62個(gè)防爆操作接線柱(圖4)構(gòu)成了全廠的手動(dòng)報(bào)警網(wǎng)?？梢杂^察到各個(gè)不同區(qū)塊里，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)及氣體泄漏等意外情況時(shí)，掰開手動(dòng)按鈕上的保護(hù)外殼，旋轉(zhuǎn)并按下按鈕，即可實(shí)現(xiàn)該區(qū)域報(bào)警。

3 FGS系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 FGS系統(tǒng)框架

FGS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，現(xiàn)場來的儀表線進(jìn)入機(jī)柜的接線端子。系統(tǒng)電源采用UPS供電；FGS系統(tǒng)采用冗余控制器，完成數(shù)據(jù)采集、處理和控制；FGS系統(tǒng)設(shè)置工程師站/服務(wù)器/操作員站，完成組態(tài)和實(shí)時(shí)監(jiān)視。

3.1.1在線式UPS電源(B4033)

在線式UPS在市電正常時(shí)，由市電進(jìn)行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負(fù)載提供交流電，在市電異常時(shí)，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證無間斷輸出。

圖4 防爆操作接線柱分布

圖5 FGS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

UPS為FGS系統(tǒng)機(jī)柜、工程師站、服務(wù)器和操作員站提供不間斷電源。UPS電源由雙UPS并聯(lián)供電，輸出電壓380V，轉(zhuǎn)換時(shí)間0ms，額定容量80kVA。

3.1.2冗余控制器

冗余控制器的功能：實(shí)現(xiàn)CPU、通信的冗余，雙CPU、雙電源，自動(dòng)故障檢測(cè)，自動(dòng)切換到熱備份控制器，報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)的備份，組態(tài)方便。

3.1.3EPKS系統(tǒng)

EPKS系統(tǒng)主要包括：全局?jǐn)?shù)據(jù)庫、全局在線文檔、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和先進(jìn)的系統(tǒng)框架，有良好的開放性和安全性。

3.2 FGS系統(tǒng)的應(yīng)用

3.2.1火情報(bào)警

任何一個(gè)生產(chǎn)區(qū)域的手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警或全廠停車時(shí)，輸出至供水站值班室語音報(bào)警儀報(bào)警。圖6是全廠火災(zāi)手動(dòng)報(bào)警原理圖。全廠手動(dòng)報(bào)警連接至中心控制室的FGS系統(tǒng)，按動(dòng)手動(dòng)報(bào)警，傳輸至中控DI模塊，經(jīng)控制器由DO模塊傳輸信號(hào)至供水站語音報(bào)警儀，同時(shí)語音報(bào)警儀報(bào)警。

3.2.2聲光報(bào)警

1#裝置區(qū)停車時(shí)(HS_001=false OR HS_000=false),1#裝置聲光報(bào)警器 (NS_3101：=TURE;NS_3102：=TURE;)報(bào)警。當(dāng)2#裝置區(qū)停車時(shí)(HS_002=false OR HS_000=false),2#裝置聲光報(bào)警器 (NS_3201：=TURE;NS_3202：=TURE;)報(bào)警。3#裝置區(qū)停車時(shí)(HS_003=false OR HS_000=false),3#裝置聲光報(bào)警器 (NS_3301：=TURE;NS_3302：=TURE;)報(bào)警。全廠停車時(shí)(HS_000=false),聲光報(bào)警器都報(bào)警。

3.2.3中心控制室報(bào)警

FGS系統(tǒng)與PCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫。當(dāng)區(qū)域中的可燃?xì)怏w變送器或火焰探測(cè)變送器檢測(cè)到的信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，該區(qū)域指示燈亮同時(shí)報(bào)警。當(dāng)有報(bào)警信號(hào)時(shí)，能準(zhǔn)確地切換到相應(yīng)畫面，顯示出報(bào)警部位及報(bào)警性質(zhì)等。

中心控制室臺(tái)上安裝有輔助操作臺(tái)鳴蜂器，現(xiàn)場可燃?xì)怏w檢測(cè)器或火焰探測(cè)器檢測(cè)到的信號(hào)達(dá)到報(bào)警限時(shí)，輔助操作臺(tái)鳴蜂器對(duì)應(yīng)的燈閃爍，并發(fā)出聲響報(bào)警。14個(gè)區(qū)域輔助操作臺(tái)火焰報(bào)警燈編號(hào)FAL_01、FAL_02、...、FAL_13、FAL_22。14個(gè)區(qū)域輔助操作臺(tái)可燃?xì)怏w報(bào)警燈編號(hào)GAL_01、GAL_02、…、GAL_13、GAL_22。

圖6 手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕原理

當(dāng)區(qū)域內(nèi)的任何一個(gè)可燃?xì)怏w變送器檢測(cè)到的信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，該區(qū)域的可燃?xì)怏w報(bào)警燈亮，且鳴蜂器報(bào)警。當(dāng)區(qū)域內(nèi)的任何一個(gè)火焰探測(cè)器BT檢測(cè)到的信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，該區(qū)域的火焰報(bào)警燈亮，且鳴蜂器報(bào)警。

3.2.4中心控制室火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制

中央控制室安裝有感溫變送器和感煙變送器，能夠及時(shí)地檢測(cè)室內(nèi)的火災(zāi)情況。當(dāng)感溫或感煙變送器檢測(cè)到的信號(hào)達(dá)到報(bào)警限時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)聲光報(bào)警器報(bào)警。4100U火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器還包含手動(dòng)報(bào)警，通過操作控制器操作面板上的手動(dòng)報(bào)警或者操作中心控制室樓道中的手動(dòng)報(bào)警按鈕均可以實(shí)現(xiàn)中控樓火災(zāi)報(bào)警。

3.2.5增壓站可燃?xì)怏w啟、停聯(lián)鎖啟風(fēng)機(jī)組

壓縮機(jī)可燃?xì)鉂舛瘸瑘?bào)警限時(shí)聯(lián)鎖啟風(fēng)機(jī)組。各個(gè)風(fēng)機(jī)組所對(duì)應(yīng)的分機(jī)數(shù)和號(hào)碼，程序中各AT的編號(hào)組所對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行情況。當(dāng)可燃?xì)怏w檢測(cè)中有任何一個(gè)濃度檢測(cè)大于設(shè)定值，風(fēng)機(jī)組啟動(dòng)；當(dāng)所有可燃?xì)怏w檢測(cè)儀檢測(cè)濃度都小于設(shè)定值，風(fēng)機(jī)組不啟動(dòng)。

3.2.6向ESD系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)

當(dāng)火災(zāi)或者泄漏發(fā)生，F(xiàn)GS系統(tǒng)檢測(cè)到氣體泄漏或火災(zāi)情況時(shí)，F(xiàn)GS系統(tǒng)向ESD系統(tǒng)發(fā)出緊急停車信號(hào)。ESD系統(tǒng)相應(yīng)的二級(jí)火氣停車?；饸馔＼嚂r(shí)，人工觸發(fā)關(guān)斷按鈕，啟動(dòng)火氣關(guān)斷程序，關(guān)斷所有的天然氣進(jìn)、出處理廠緊急截?cái)嚅y，同時(shí)給撬裝設(shè)備發(fā)送緊急停車命令?；饸怅P(guān)斷為泄壓，需人工確認(rèn)開啟泄壓閥以保障全廠工作人員和設(shè)備的安全。

4 結(jié)束語

蘇里格第四天然氣處理廠部分區(qū)域需要增設(shè)可燃?xì)怏w檢測(cè)儀和火焰探測(cè)器，使全廠有完整的氣體檢測(cè)和火焰探測(cè)網(wǎng)。FGS系統(tǒng)采用UPS供電及冗余控制器等先進(jìn)設(shè)備保證了系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)、控制和監(jiān)測(cè)的可靠性。FGS系統(tǒng)向ESD系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，ESD系統(tǒng)做相應(yīng)的緊急停車控制,實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)的目標(biāo)。