天然氣處理廠消防系統(tǒng)改造效果評價

景元，高好潔，朱珠，王德龍，高欣，馬雙伏，趙彥女，王西龍，王軍妮

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林718100）

天然氣處理廠消防系統(tǒng)改造效果評價

景元，高好潔，朱珠，王德龍，高欣，馬雙伏，趙彥女，王西龍，王軍妮

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林718100）

消防系統(tǒng)是油氣田安全、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展的重要保障。本文通過對米脂天然氣處理廠消防系統(tǒng)運行現(xiàn)狀分析，針對現(xiàn)場存在的不足，結合現(xiàn)場工藝及設備條件提出工藝改造措施并實施。最后對米脂天然氣處理廠消防系統(tǒng)的變頻改造效果進行安全經(jīng)濟等方面的評價。

消防系統(tǒng)；消防泵；變頻控制；效果評價

消防系統(tǒng)是油氣田安全、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展的重要保障。現(xiàn)有油氣田消防系統(tǒng)功能相對簡單，遠距離溝通只能通過對講機、電話進行語音交流，沒有相對明確的數(shù)據(jù)傳輸及遠程啟?？刂疲嬖趫缶皶r率不高，滅火作戰(zhàn)無法迅速響應等亟待解決的難題。

1 消防系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

1.1 消防系統(tǒng)工藝

米脂天然氣處理廠消防系統(tǒng)由消防水罐、消防泵，泡沫泵、泡沫混合裝置、消防給水管道、固定式消防（泡沫）炮、消火栓組成。消防給水系統(tǒng)最高供水壓力0.8MPa，最大供水量為162 m3/h，滅火時由消防泵加壓，向消防管網(wǎng)供水，通過水龍帶、水槍對著火設施冷卻滅火。消防泡沫系統(tǒng)最高供水壓力1.2 MPa，最大供水量72 m3/h，負責對儲罐內(nèi)部及罐區(qū)外圍進行泡沫滅火。

1.2 消防響應運行現(xiàn)狀

目前消防系統(tǒng)響應流程為：中央控制室通過對講機、電話等方式將消防啟停指令傳達至消防崗位，消防崗員工通過人工啟停并調整消防系統(tǒng)供水壓力，從接到啟停指令到消防系統(tǒng)完全啟動大約需要4 min～6 min，響應速度較慢。

圖1 消防系統(tǒng)工藝流程圖

2 運行存在問題及原因分析

2.1 消防系統(tǒng)響應速度滯后

米脂天然氣處理廠現(xiàn)有消防水泵、消防泡沫泵各兩臺，由于設計原因，消防系統(tǒng)應急響應時需人工啟泵，且需要人為開啟回流閥控制消防供水壓力，造成響應速度滯后，員工操作不便，無法達到最佳運行效果。

2.2 遠程監(jiān)控存在不足

現(xiàn)有的中央控制室DCS系統(tǒng)僅有消防系統(tǒng)供水壓力的數(shù)據(jù)顯示，無法遠程控制消防系統(tǒng)啟停及監(jiān)控消防系統(tǒng)其他運行參數(shù)。消防系統(tǒng)與米脂天然氣處理廠FGS系統(tǒng)相對獨立無連鎖，未能進一步保障生產(chǎn)設施安全運行。

2.3 工頻運行造成能源浪費

現(xiàn)有消防水泵電機額定功率為75 kW，消防泡沫泵電機額定功率為45 kW，消防系統(tǒng)運行時機泵采取工頻運行，造成電能浪費，不符合節(jié)能降耗的理念與要求。

3 優(yōu)化改造措施

經(jīng)過對油氣田先進消防系統(tǒng)調研得知：消防系統(tǒng)的遠程監(jiān)控啟停、變頻調速運行的應用越來越廣泛，且監(jiān)控數(shù)據(jù)準確，應急響應迅速，運行效果良好。最終確定米脂天然氣處理廠消防系統(tǒng)改造方案：

（1）新增兩具變頻控制柜，分別將消防水泵、消防泡沫泵接入控制柜，并將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制室，實現(xiàn)消防系統(tǒng)遠程監(jiān)控啟停、壓力控制，并實現(xiàn)根據(jù)管網(wǎng)壓力、火警信號自動啟動消防系統(tǒng)等功能。

（2）新增一臺遠程集中控制柜，設置觸摸屏和通訊交換機，并將消防系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至消防崗值班室，實現(xiàn)崗位遠程監(jiān)控啟停消防系統(tǒng)功能。

3.1 遠程監(jiān)控控制原理

本次改造將消防泵引入變頻控制柜，可通過面板上按鈕現(xiàn)場手動啟停消防泵；變頻控制柜將運行數(shù)據(jù)傳輸至消防值班室遠程控制器，通過觸摸屏實現(xiàn)崗位遠程控制和監(jiān)控水泵的功能。同時將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制室通訊機柜即DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)中央控制室遠程啟停監(jiān)控消防系統(tǒng)；并與FGS系統(tǒng)連鎖，如FGS檢測到火災信號，消防系統(tǒng)將自動啟動。

3.2 機泵變頻控制原理

工程設計中，水泵選型一般根據(jù)最高設計流量和揚程選定的，在實際運行中，系統(tǒng)耗水量不斷變化，絕大部分實際耗水量小于最高設計流量，水泵運行時往往效率低下及揚程過剩，造成浪費。變頻泵根據(jù)需水量調節(jié)轉速，而泵的功率根據(jù)轉速而改變。其比例率函數(shù)公式為：

圖2 遠程監(jiān)控控制原理示意圖

其中，Q1、Q2分別為水泵調速前后流量；n1、n2分別為水泵調速前后轉速；H1、H2分別為水泵調速前后揚程；N1、N2分別為水泵調速前后功率。從（1）式看出，轉速變化，揚程比流量的響應更為靈敏，所以采用消防泵出口管線壓力信號作為反饋信號傳輸至遠處控制端。

圖3 變頻泵變頻調速控制原理圖

PD為壓力差分界點（見圖3），KK為快速響應斜率，KN為正常響應斜率；當實際壓力與設置壓力之差大于PD時，采用正常響應斜率，當實際壓力與設置壓力之差小于PD時，采用快速響應斜率。PD可根據(jù)實際的工藝要求進行調整。啟泵初期，變頻器采用快速響應斜率，迅速提升消防泵轉速，將消防水壓力提升至設定值；當消防泵運行基本穩(wěn)定時，變頻器采用正常響應斜率，運行較為緩和，控制消防系統(tǒng)的穩(wěn)定供水。

4 運行效果分析

4.1 安全性

消防系統(tǒng)改造后，實現(xiàn)消防系統(tǒng)遠程啟停、監(jiān)控功能，消防系統(tǒng)啟運時間由之前4 min～6 min縮短至2 min，消防響應時間大大減少，提升了消防系統(tǒng)安全可靠性。

4.2 智能性

消防系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控，崗位員工可第一時間查看消防系統(tǒng)運行情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理解決。同時消防控制系統(tǒng)與FGS系統(tǒng)連鎖，F(xiàn)GS系統(tǒng)檢測到火災報警后將信號傳輸至DCS系統(tǒng)，消防系統(tǒng)將自動啟運。

4.3 實用性

變頻控制柜可采用手動和自動兩種控制方式，可在觸摸屏上直接操作，控制系統(tǒng)具備自動切換、定期倒運、故障檢測等功能，方便日常生產(chǎn)操作。

4.4 經(jīng)濟性

消防水泵額定功率75 kW，泡沫泵額定功率45 kW，采取變頻運行后消防泵功率：

P1=I1U1=70×360×1.732×0.75=33 kW（一般運行時出水壓力設置0.5 MPa，測得平均電壓360 V、電流值70 A）。

每小時節(jié)約電量75-33=42度電量。

經(jīng)過計算得，消防泡沫泵變頻運行每小時節(jié)約23度電量。

5 認識結論

此次改造對消防系統(tǒng)高效安全運行具有重要的意義，相比原有的消防系統(tǒng)，成功實現(xiàn)中央控制室對消防系統(tǒng)的遠程監(jiān)控啟停功能，響應更迅速，提高了消防的效率，同時與FGS系統(tǒng)連鎖，發(fā)現(xiàn)險情消防系統(tǒng)自動啟動，為及時發(fā)現(xiàn)火情、快速反應搭建了一條高速通道，系統(tǒng)功能更加全面可靠和智能，滿足了現(xiàn)代油氣田消防系統(tǒng)的要求，應用價值重大。

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10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.031

TE937

B

1673-5285（2015）08-0120-03

2015－07-25

景元，男（1986－），油氣田開發(fā)工程師，2008年畢業(yè)于西安科技大學自動化專業(yè)，現(xiàn)任長慶油田第二采氣廠米脂天然氣處理廠技術員，負責米脂天然氣處理廠生產(chǎn)工藝。