天祿能源油庫消防工程中自動化系統(tǒng)設(shè)計與實施

吳海權(quán)

摘 要：隨著我國工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國家對能源資源的需求量日益增大，我們國家在大力興建大型油庫，油庫設(shè)計過程中都配套消防工程，消防工程的安全可靠運行對油庫的日常生產(chǎn)起著關(guān)鍵的作用。本文針對天祿能源油庫消防工程中自動化設(shè)計及實現(xiàn)的設(shè)計方案、功能特性、運行等方面的內(nèi)容進(jìn)行論述，說明自動化在油庫消防工程中的重要性。

關(guān)鍵詞：消防；自動化；PLC（可編程控制器）；報警

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.081

1 引言

在油庫工程中所配套的消防工程起著至關(guān)重要的作用，根據(jù)天祿能源油庫消防工程中的項目經(jīng)驗，本文對消防工程中自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行論述，體現(xiàn)消防工程中自動化系統(tǒng)可靠性和安全性。油庫消防工程的投運和驗收是國家消防部門重點關(guān)注和有強(qiáng)制性要求的工程，早期油庫工程中的消防系統(tǒng)都由人工手動操作，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)和險情的緊急情況下，只能人工手動啟動消防水泵、打開消防閥和打開泡沫閥進(jìn)行滅火，響應(yīng)時間較慢并且操作繁瑣，容易誤操作，不能在最短時間和有效時間內(nèi)采取緊急措施進(jìn)行處理，該項目特點是消防系統(tǒng)工程采用全自動化設(shè)計，無需現(xiàn)場人工手動操作相關(guān)設(shè)備，運行值班人員在中央控制室的上位機(jī)（計算機(jī)）就能實現(xiàn)自動滅火的全過程。上位機(jī)設(shè)計有多種靈活的操作方式，“點操”啟動、“程序自動啟動”以及“一鍵啟動”的三種啟動方式，項目消防自動化系統(tǒng)的投運得到了業(yè)主和消防管理部門的一致認(rèn)可，現(xiàn)作為樣本工程進(jìn)行推廣。

2 自動化系統(tǒng)概述

天祿油庫消防自動化系統(tǒng)包括一期和二期罐區(qū)的系統(tǒng)，為了確保油庫能夠安全穩(wěn)定運行，項目采用了消防自動化和信息化兩化融合的整體解決方案。油庫自動化系統(tǒng)是建立在良好的儀表控制技術(shù)、可靠的總線控制技術(shù)、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備及綜合的信息管理平臺之上的一套完善的自動控制與管理的系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)核心是上位機(jī)監(jiān)控軟件和PLC系統(tǒng)來完成，當(dāng)罐區(qū)發(fā)生異?；蚧馂?zāi)時系統(tǒng)能夠根據(jù)操作人員的指令手動或自動一鍵完成滅火過程，主要目的是提高油庫自身保障能力和保障效率、安全防衛(wèi)效能，科學(xué)縮短處理時間，快速解決消防問題并且減少損失。

消防自動化和信息化系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式，分別為設(shè)備層、控制層和信息層所組成。設(shè)備層由現(xiàn)場總線和硬接線兩種方式，可燃?xì)怏w探測儀表、火焰探測儀表和電動閥門采用現(xiàn)場總線，泵和風(fēng)機(jī)采用硬接線。儀表和閥門采用工業(yè)現(xiàn)場總線為PROFIBUS和MODIBUS總線；控制層由計算機(jī)與PLC系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，信息層與上級管理部門采用普通以太網(wǎng)進(jìn)行連接。

消防自動化系統(tǒng)采用分散控制集中監(jiān)控統(tǒng)一管理，罐區(qū)設(shè)計多個PLC子站，各子站與主站之間通過光纖進(jìn)行信號傳輸。每個子站帶2個或3個罐組，每個罐組設(shè)計5條總線，2條儀表現(xiàn)場總線和3條閥門現(xiàn)場總線，每1條現(xiàn)場總線帶6臺氣體檢測儀表和6個電動閥門，各自將信號送至各個子站PLC系統(tǒng)。

3 消防自動化罐區(qū)探測系統(tǒng)

為了能夠最早發(fā)現(xiàn)險情，把事故消滅在萌芽狀態(tài)，良好及時的報警機(jī)制是必不可少的。在罐區(qū)安裝可燃?xì)怏w探測儀表報警器、溫度傳感器以及手動報警系統(tǒng)。可燃?xì)怏w報警器實時監(jiān)測著整個庫區(qū)的可燃?xì)怏w濃度，并且將濃度信號實時傳送給各個子站系統(tǒng)，通過光纖以太網(wǎng)傳送至中央控制室上位機(jī)系統(tǒng)，濃度高報警時提示操作人員做出正確的處理?？扇?xì)怏w探測對火災(zāi)的預(yù)防起到了至關(guān)重要的做用，庫區(qū)一般都會儲存原油、柴油和汽油。汽油是一種極易揮發(fā)的油品，在輸送的時候都有可能會有油氣的產(chǎn)生，儲罐或管線泄漏的地方都有可能揮發(fā)出油氣。高濃度的油氣極易發(fā)生爆炸或者火災(zāi)，及時發(fā)現(xiàn)及時處理是避免火災(zāi)發(fā)生的有效手段。

柴油、汽油以及揮發(fā)出來的油氣都是極易燃燒的，可燃點都很低，所以要保持適宜的溫度，在我國大部分地區(qū)的夏秋季節(jié)中午的溫度都很高，被陽光直接照射的油罐溫度更高，及早的發(fā)現(xiàn)高溫適時將油罐降溫也是避免火災(zāi)發(fā)生的必要條件，每個油罐上的溫度傳感器可以把每個油罐的溫度實時傳送到消防自動化系統(tǒng)，溫度高報警時提示操作人員做出正確處理，溫度高高報警時消防系統(tǒng)自動打開消防水閥噴水降低油罐的溫度。庫區(qū)安裝手動報警器，對可燃?xì)怏w報警器和溫度傳感器更進(jìn)一步起到保護(hù)作用，當(dāng)巡檢人員發(fā)現(xiàn)異常，通過手動報警器將信號傳送給消防自動化系統(tǒng)，手動報警時提示操作人員做出正確處理，一鍵啟動按鈕能夠及時將罐區(qū)滅火系統(tǒng)自動啟動。

4 消防自動化罐區(qū)滅火系統(tǒng)

罐區(qū)發(fā)生異?；蚧馂?zāi)時消滅就要用到滅火系統(tǒng)，主要設(shè)備是消防水和泡沫液，這部分內(nèi)容大體上分為三部分，一是消防泵站和消防水罐，二是消防泡沫站，三是消防管線和閥門。

4.1 消防泵站和消防水罐

消防泵站為消防系統(tǒng)提供壓力穩(wěn)定的水源，一般要配備幾個水罐。消防水泵啟動的數(shù)量將根據(jù)自動化系統(tǒng)壓力程序判斷自動啟動，由壓力來自動控制，保證消防管線有足夠的壓力。只有壓力足夠大才能保證在用水時有足夠的水量。對于多臺水泵將設(shè)計成不同壓力等級下不同水泵工作的工況。壓力越低啟動的泵的數(shù)量就越多，隨著管道壓力的不斷升高消防水泵依次停止。對于臨界壓力下將啟動備用水泵，管道壓力采用壓力變送器進(jìn)行測量，將信號送至PLC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)自動控制水泵啟停，這樣才能保證緊急情況下做到萬無一失了。

4.2 消防泡沫站

消防泡沫站是生產(chǎn)泡沫液的地方，在使用時由泡沫站輸出化學(xué)藥品，由消防水的壓力帶動水輪機(jī)自動運轉(zhuǎn)，將消防泡站的沫液輸出到泡沫管線。油庫分布有三個泡沫站，各個泡沫站的管線與罐區(qū)全部連通。

4.3 消防管線和閥門

消防管線包括主管線和進(jìn)罐管線。在泡沫主管線和各個進(jìn)罐管線上都安裝電動閥，保證在用泡沫液時能夠保證泡沫閥自動打開向事故發(fā)生地噴灑。在正常情況下泡沫主管線上的電動閥都是常開的，各個進(jìn)罐的泡沫管線和消防水管線上的電動閥都是關(guān)閉的。在罐區(qū)外圍上每隔一段距離還配有消防水栓和泡沫液消防栓用于手動消滅火災(zāi)或其他消防事故。

5 消防自動化系統(tǒng)控制方式

中央控制室上位機(jī)的消防自動化系統(tǒng)監(jiān)控主畫面主要由罐區(qū)系統(tǒng)監(jiān)控畫面、消防水系統(tǒng)監(jiān)控畫面和泡沫站系統(tǒng)監(jiān)控畫面三部分內(nèi)容組成，各畫面設(shè)備布置與現(xiàn)場設(shè)備布置完全一致直觀清晰。

為了保障消防自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，系統(tǒng)設(shè)計有就地控制和遠(yuǎn)程控制兩種控制方式，就地控制指操作人員在就地手動控制閥門的開關(guān)，水泵的啟停，遠(yuǎn)程控制指操作人員在控制室自動控制閥門的開關(guān)，水泵的啟停，或程序根據(jù)罐區(qū)火災(zāi)地點自動控制閥門的開關(guān)，水泵的啟停。就地控制指在電動閥門就地控制柜和閥門本體上進(jìn)行手動操作，水泵在電氣MCC柜面板上面進(jìn)行啟、停操作。遠(yuǎn)程控制指在中央控制室上位機(jī)進(jìn)行操作，遠(yuǎn)程控制有2種方式，點操控制和自動控制。點操指鼠標(biāo)點擊監(jiān)控畫面的閥門彈出對話窗口進(jìn)行操作。自動控制指TK1罐發(fā)生火災(zāi)，鼠標(biāo)點擊TK1罐“啟動“按鈕，彈出對話窗口”TK1發(fā)生火災(zāi)了嗎“，點擊“否”按鈕對話窗口關(guān)閉，如果點擊“是”按鈕將彈出對話窗口，“真的確認(rèn)TK1發(fā)生火災(zāi)了嗎”，將進(jìn)行二次確認(rèn)，點擊“否”按鈕對話窗口關(guān)閉，點擊“是”按鈕，系統(tǒng)自動打開進(jìn)水閥和泡沫閥同時自動關(guān)閉相鄰罐組的總管泡沫閥及啟動消防泡沫站系統(tǒng)。系統(tǒng)運行狀態(tài)通過顏色進(jìn)行顯示，當(dāng)TK1罐進(jìn)水閥開到位TK1罐顯示綠色，TK1罐泡沫閥開到位TK1罐顯示紅色，如果進(jìn)水閥和泡沫閥都開到位TK1罐顯示紅色。其它罐組顏色顯示一致。閥門監(jiān)視狀態(tài)“紅色”開到位，“綠色”關(guān)到位，”黃色”故障報警，”蘭色“開或關(guān)信號均無狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)計聯(lián)鎖嚴(yán)謹(jǐn)，避免誤操作。

6 消防自動化分系統(tǒng)調(diào)試和驗收

自動化系統(tǒng)安裝、調(diào)試和驗收完成經(jīng)過3個月的周期、整套自動化系統(tǒng)經(jīng)過2個月的調(diào)試和1個月的試運行，以及經(jīng)過多次模擬和在線試驗后順利驗收，滿足設(shè)計和運行要求。安全和保護(hù)裝置動作正確，符合技術(shù)規(guī)范和合同要求。其中儀表投入率達(dá)到100%，聯(lián)鎖保護(hù)投入率達(dá)到100%，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行達(dá)到當(dāng)初設(shè)計要求。消防系統(tǒng)自動化程度高，減少人員的投入，提高工作效率和準(zhǔn)確率。現(xiàn)場各儀表檢測參數(shù)異常和設(shè)備參數(shù)指標(biāo)超標(biāo)，系統(tǒng)根據(jù)儀表測量數(shù)據(jù)，通過PLC中央處理器快速計算，及時作出反應(yīng)，當(dāng)有異常時根據(jù)參數(shù)的安全等級，提供聲光報警給運行人員采取相應(yīng)的措施，或者根據(jù)參數(shù)報警的重要性系統(tǒng)自動計算、比較和判斷作出靈活的處理并作出響應(yīng)，讓設(shè)備安全的停運，運行人員的手動操作系統(tǒng)設(shè)置有操作記錄文件，供系統(tǒng)出現(xiàn)誤操作引起設(shè)備故障時可提供記錄查詢。

7 結(jié)語

油庫的消防自動化系統(tǒng)經(jīng)過監(jiān)理公司、業(yè)主主管部門和國家消防部門聯(lián)合下的多次離線、在線啟動檢測和聯(lián)鎖試驗驗收，直至投運生產(chǎn)運行，實踐證明自動化系統(tǒng)為油庫的安全生產(chǎn)發(fā)揮了很大作用，能夠保障罐區(qū)設(shè)備安全生產(chǎn)，減少運行人員配置減輕人力資源成本，系統(tǒng)安全可靠，自動化程度高，無需人工干預(yù)一鍵啟動能夠解決油罐降溫和發(fā)生安全事故狀態(tài)及火災(zāi)的滅火過程。

參考文獻(xiàn)：

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