油氣站場可燃?xì)怏w探測器標(biāo)準(zhǔn)體系的對比分析

徐 亮 袁思恩 馬偉平

〔1 中國石油管道公司 河北廊坊 065000；2 中石油燃料油有限責(zé)任公司寧波大榭倉儲(chǔ)分公司浙江寧波 3158123 中國石油管道科技研究中心 河北廊坊 065000〕

“十三五”期間，我國長輸管道行業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。截止2016年12月，長輸油氣管道總長度為12.3萬km[1]。油氣站場工藝設(shè)施存儲(chǔ)易燃、易爆和有毒氣體，一旦發(fā)生泄漏和爆炸事故，會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失和環(huán)境污染?？扇?xì)怏w探測器廣泛應(yīng)用于油氣站場，可以連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控油氣站場工藝設(shè)施中可燃有毒氣體泄漏情況，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并啟動(dòng)停運(yùn)設(shè)備、疏散人員、通風(fēng)、滅火等應(yīng)急措施，降低環(huán)境危險(xiǎn)性，保障裝置和人身安全[2]。

針對可燃?xì)怏w探測器的設(shè)置場所、安裝位置、報(bào)警濃度、維護(hù)校驗(yàn)等技術(shù)問題，國內(nèi)管道企業(yè)做法不一致，有必要在標(biāo)準(zhǔn)層面進(jìn)行統(tǒng)一和規(guī)范。為此介紹了國外可燃?xì)怏w探測器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，闡述國外管道行業(yè)在可燃?xì)怏w探測器產(chǎn)品的選型、設(shè)置場所、報(bào)警設(shè)定值、運(yùn)行維護(hù)和培訓(xùn)方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對提高我國管道行業(yè)安全管理水平具有參考意義。

1 可燃?xì)怏w探測器標(biāo)準(zhǔn)體系

(1)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB 50493—2015《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(2)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY 6503—2016《石油天然氣工程可燃?xì)怏w檢測報(bào)警系統(tǒng)安全規(guī)范》；

(3)中石油標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 152—2012《油氣管道火災(zāi)和可燃?xì)怏w自動(dòng)報(bào)警 系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》、Q/SY GD 1053—2014《輸油氣站庫固定消防系統(tǒng)手冊》；

(4)美國標(biāo)準(zhǔn)ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012《爆炸性氣體環(huán)境 第29-2部分: 氣體探測器-易燃?xì)怏w和氧氣探測器的選型、安裝、使用和維護(hù)》；

(5)加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA C22.2 NO.152-M1984(Reaffirmed 2016)《Combustible Gas Detection Instruments/可燃?xì)怏w探測器》；

(6)俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)ВППБ 01-05-1999《干線輸油管道運(yùn)營消防安全規(guī)則》。

2 可燃?xì)怏w探測器產(chǎn)品選型

國內(nèi)可燃?xì)怏w探測器的產(chǎn)品選型原則是，烴類可燃?xì)怏w宜選用催化燃燒型或紅外吸收型氣體探測器，缺氧或高腐蝕性場所宜選用紅外吸收型氣體檢測器，還有電化學(xué)型、熱傳導(dǎo)型、半導(dǎo)體型和光致電離型氣體探測器等，其中催化燃燒型氣體檢測器應(yīng)用最廣泛。

美國標(biāo)準(zhǔn)ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012列舉了催化燃燒型、熱傳導(dǎo)型、紅外吸收型、半導(dǎo)體型、電化學(xué)型和光致電離型氣體探測器，在工作溫度、適用探測氣體種類/濃度范圍、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間和抗干擾性等方面，技術(shù)指標(biāo)參數(shù)與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基本一致。此外還介紹了火焰離子化探測器(FID) 和火焰溫度分析儀(FTA)，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)未見規(guī)定，國內(nèi)油氣站場也鮮有應(yīng)用案例，建議進(jìn)一步研究這兩種新型氣體探測器的適用性和應(yīng)用效果。

3 可燃?xì)怏w探測器設(shè)置場所及做法

可燃?xì)怏w檢測點(diǎn)應(yīng)根據(jù)地理?xiàng)l件、環(huán)境氣候、站場總體布局、氣體理化性質(zhì)、釋放源特性和操作巡檢路線等條件，選擇氣體易于積聚、便于采樣和適于安裝的位置布置。有關(guān)氣體探測器設(shè)置場所，中國標(biāo)準(zhǔn)較全面，但在不同層級標(biāo)準(zhǔn)中存在重復(fù)交叉，例如：

(1)GB 50493適用于石油化工行業(yè)，油氣站場可參考執(zhí)行。GB 50493規(guī)定壓縮機(jī)和離心泵密封處、液體/氣體采樣口、液體排放口和氣體放空口、液體儲(chǔ)罐防火堤、在線分析儀表間、工藝閥井、地坑及排污溝等場所應(yīng)設(shè)置氣體探測器。

(2)GB 50183 規(guī)定天然氣凝液、液化石油氣罐區(qū)和可燃?xì)怏w壓縮機(jī)房應(yīng)設(shè)氣體探測器。

(3)Q/SY GD 1053規(guī)定油氣站場的工藝閥井、地坑及排污溝應(yīng)設(shè)氣體探測器，原油、成品油、液化天然氣儲(chǔ)罐防火堤內(nèi)應(yīng)設(shè)氣體檢測器，如防火堤內(nèi)有隔堤且隔堤高度高于檢測器安裝高度時(shí)，隔堤分隔區(qū)域內(nèi)應(yīng)設(shè)氣體檢測器。

(4)SY 6503規(guī)定應(yīng)設(shè)置氣體探測器的位置與上述標(biāo)準(zhǔn)基本一致，差異在于設(shè)在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域 2 區(qū)范圍內(nèi)的分析間應(yīng)設(shè)可燃?xì)怏w檢測器，易積聚比空氣重的可燃?xì)怏w的工藝閥井等場所應(yīng)設(shè)檢測器。

設(shè)置氣體探測器的場所，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了場所類型，但未給出統(tǒng)一、規(guī)范的推薦做法，例如可燃?xì)怏w報(bào)警儀安裝距離、高度和設(shè)置數(shù)量等存在差異，各管道企業(yè)做法也不一致。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)ВППБ01-05-1999規(guī)定應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測儲(chǔ)罐區(qū)空氣介質(zhì)的可燃性，采樣點(diǎn)應(yīng)至少距離儲(chǔ)罐罐壁2 m、距離地面高度0.1 m；對于高含硫原油儲(chǔ)罐，可燃?xì)怏w檢測取樣點(diǎn)應(yīng)在距離儲(chǔ)罐10～12 m。對于浮頂罐，可燃?xì)怏w檢測點(diǎn)應(yīng)在距離儲(chǔ)罐5～10 m；空氣濃度檢測數(shù)據(jù)校核每4h不少于1次。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不同類型的儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w探測器的設(shè)置做法以及檢測頻率，具有借鑒意義。

4 露天場所設(shè)置可燃?xì)怏w探測器

GB 50183規(guī)定露天或棚式布置的甲類生產(chǎn)設(shè)施可不設(shè)可燃?xì)怏w檢測報(bào)警裝置。中石油設(shè)計(jì)文件《輸氣管道工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》規(guī)定：

(1)露天的天然氣工藝裝置區(qū)可不設(shè)置可燃?xì)怏w檢測器。

(2)控制室、UPS室、配電室等房間應(yīng)設(shè)置感煙、感溫探測器。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房、鍋爐房和密閉天然氣壓縮機(jī)廠房等可能因可燃?xì)怏w泄漏并聚集，產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)的密閉房間應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w檢測器。同時(shí)，站場應(yīng)配置一定數(shù)量的便攜式可燃?xì)怏w檢測儀，供現(xiàn)場巡檢使用。

針對露天場所是否設(shè)置可燃?xì)怏w探測器，國內(nèi)外做法存在差異。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定露天場所可以不設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器，但部分管道站場仍設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器，例如西氣東輸一線在工藝區(qū)過濾分離和清管收發(fā)球筒處等露天場所設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器。由于天然氣密度較輕，上升后難以檢測，導(dǎo)致在露天區(qū)域設(shè)置的可燃?xì)怏w報(bào)警器誤報(bào)情形較多。

調(diào)研美國TransCanada、Sunoco管道公司，不在露天場所設(shè)置可燃?xì)怏w檢測器，只在站場內(nèi)部設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器。針對露天場所設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器的設(shè)置，Kinder Morgan公司僅在工作人員在現(xiàn)場進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，才會(huì)在露天場設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器[3]。建議國內(nèi)單位嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5 可燃?xì)怏w探測器傳感器設(shè)計(jì)

氣體探測器工作的核心是傳感器。氣體探測器設(shè)計(jì)主要參照GB 50116，規(guī)定氣體探測器宜獨(dú)立設(shè)置，不應(yīng)接入火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的探測器回路。如可燃?xì)怏w報(bào)警信號需接入火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，應(yīng)用可燃?xì)怏w報(bào)警控制器接入；控制器在可燃?xì)怏w報(bào)警狀態(tài)下應(yīng)至少有兩組控制輸出。GB 50493和SY 6503規(guī)定氣體探測器故障、短路或斷路時(shí)，報(bào)警設(shè)備應(yīng)能發(fā)出與可燃?xì)怏w濃度報(bào)警信號有明顯區(qū)別的聲、光故障報(bào)警信號。

加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA C22.2 NO.152規(guī)定了進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)測的重要場所，氣體探測器的傳感器應(yīng)采用雙重或者三重冗余設(shè)計(jì)，或者采用“故障安全性”“自動(dòng)保護(hù)型”控制電路，避免由于氣體探測器的某個(gè)傳感器故障，或者控制電路元器件故障，導(dǎo)致不能發(fā)出報(bào)警信號。

我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了氣體探測器和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，以及控制器多線路輸出功能，但針對氣體探測器重要部件是否需要進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)無相關(guān)規(guī)定。建議我國標(biāo)準(zhǔn)針對人員限制進(jìn)入的作業(yè)場所或者受限空間場所，例如儲(chǔ)罐進(jìn)入和清洗作業(yè)，氣體探測器應(yīng)采用傳感器冗余設(shè)計(jì)理念，確保在傳感器故障條件下的環(huán)境安全監(jiān)測。

6 報(bào)警級別和濃度值

GB 50493和SY 6503規(guī)定可燃?xì)怏w探測器應(yīng)采用兩級報(bào)警，二級報(bào)警優(yōu)先于一級報(bào)警?？扇?xì)怏w的一級報(bào)警設(shè)定值小于或等于25 %爆炸下限；可燃?xì)怏w二級報(bào)警設(shè)定值小于或等于50 %爆炸下限。Q/SY 152規(guī)定遠(yuǎn)程開路對射式可燃?xì)怏w報(bào)警器一級報(bào)警小于或等于全量程的10 %，二級報(bào)警小于或等于全量程的20 %。

加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA C22.2 NO.152規(guī)定催化燃燒型氣體探測器甲烷報(bào)警的設(shè)定值不低于5 %LFL，丙烷和丁烷報(bào)警設(shè)定值不低于10 %LFL，易燃?xì)怏w-空氣混合物報(bào)警設(shè)定值不低于20 %LFL。針對氣體探測器報(bào)警設(shè)定值，加拿大標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，建議氣體探測器一級報(bào)警設(shè)定值小于20 %LEL。

7 可燃?xì)怏w探測器維護(hù)

國內(nèi)油氣站場設(shè)備維護(hù)側(cè)重于離心泵、壓縮機(jī)和加熱爐等，油庫消防系統(tǒng)維護(hù)側(cè)重消防泵、泡沫滅火裝置等，往往忽略了氣體探測器。由于維護(hù)不及時(shí)、防護(hù)措施不到位等導(dǎo)致的誤報(bào)警、設(shè)備老化等故障問題普遍存在[4]。針對氣體探測器防護(hù)措施，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)較簡略，例如Q/SY GD 1053規(guī)定氣體探測器周圍應(yīng)預(yù)留更換和標(biāo)定的空間，按照防爆要求施工，探測器在室外時(shí)應(yīng)有防塵和防雨設(shè)施。

美國標(biāo)準(zhǔn)ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012規(guī)定了復(fù)雜場所和惡劣氣候條件下氣體探測器應(yīng)采取的防護(hù)措施，具有借鑒意義，即在下列現(xiàn)場氣候和環(huán)境條件下，氣體探測器應(yīng)采取特殊防護(hù)措施:

(1)環(huán)境溫度低于-10℃，電化學(xué)型氣體探測器電解液可能凍結(jié)，應(yīng)采取防凍措施；

(2)安裝在機(jī)械設(shè)備上的氣體探測器應(yīng)采用防振或減振設(shè)計(jì)；

(3)腐蝕性空氣環(huán)境中的氣體探測器(如氨、酸霧、H2S等)，應(yīng)采取預(yù)防性的保護(hù)措施，避免嚴(yán)重腐蝕導(dǎo)致電氣故障；

(4)塵埃、潮氣、油脂和薄霧等空氣污染物可能導(dǎo)致氣體探測器元件故障。

8 氣體探測器故障時(shí)的替代措施

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) Q / SY 152和 Q / SY GD 1053規(guī)定氣體探測器在維修期間，應(yīng)采取可靠的替代措施，保證現(xiàn)場運(yùn)行安全，但未給出明確具體的替代措施，這對于油氣站場實(shí)際運(yùn)行管理可能造成不便和混淆，甚至形成安全隱患[5]。

美國標(biāo)準(zhǔn)ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012規(guī)定了氣體探測器故障時(shí)應(yīng)采取下列替代措施：氣體探測器故障時(shí)發(fā)送報(bào)警信號，使用便攜式可燃?xì)怏w檢測儀，啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備，消除點(diǎn)火源，釋放源封閉，停止設(shè)備運(yùn)行。建議借鑒美國標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)充完善國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中氣體探測器故障時(shí)的替代措施。

9 氣體探測器培訓(xùn)

針對氣體探測器的培訓(xùn)，管道企業(yè)執(zhí)行制造商或者產(chǎn)品說明書，主要針對氣體檢測器操作維護(hù)規(guī)程，而對氣體探測器運(yùn)行特性、檢定氣體介質(zhì)、零位漂移調(diào)整、讀數(shù)異常和報(bào)警滯后等特殊復(fù)雜問題較少涉及[6]。

美國標(biāo)準(zhǔn)ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012規(guī)定操作人員應(yīng)掌握氣體探測器基本知識(shí)，包括以下方面：

(1)氣體探測器只能探測周圍一定區(qū)域內(nèi)的氣體，氣體探測器不能探測可燃液體、可燃薄霧、 粉塵和纖維等。

(2)顯著濕度 /溫度變化可能導(dǎo)致液體產(chǎn)生蒸汽或者蒸汽凝結(jié)在探測器內(nèi)部，使探測器讀數(shù)顯示錯(cuò)誤、誤報(bào)警或者不能發(fā)出報(bào)警信號。

(3)氣體檢測器的靈敏度對不同種類的氣體略有差異， 如果被檢測氣體和儀器校準(zhǔn)所用氣體不一致，讀數(shù)顯示可能略高，屬于儀器正常工作范圍。

(4)讀數(shù)異常原因可能是儀器故障或者空氣擾動(dòng)，如存在讀數(shù)異常可能性，可用相同類型的檢測器進(jìn)行驗(yàn)證，疑似故障的檢測器應(yīng)檢查后才能繼續(xù)使用。

(5)連續(xù)性檢測低濃度可燃?xì)怏w可能導(dǎo)致讀數(shù)零位漂移，如存在這種情形，請用清潔空氣對儀器進(jìn)行重新校準(zhǔn)后方可繼續(xù)使用。

(6)任何出現(xiàn)讀數(shù)超出量程的情形，都應(yīng)假設(shè)存在爆炸性氣體，并采取必要處置措施，除非用相同類型探測器確認(rèn)不存在爆炸性氣體。

10 總結(jié)和建議

梳理了國內(nèi)外可燃?xì)怏w探測器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，針對國內(nèi)可燃?xì)怏w探測器的設(shè)置場所、安裝位置、報(bào)警濃度、維護(hù)校驗(yàn)等問題，介紹了國外標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和推薦做法，建議國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)借鑒完善。

(1)建議進(jìn)一步研究火焰離子化探測器和火焰溫度分析儀的適用性和應(yīng)用效果。

(2)借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定不同類型的儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w探測器的設(shè)置做法，包括安裝距離、高度和設(shè)置數(shù)量等。

(3)針對需要進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)測的重要場所，氣體探測器應(yīng)采用傳感器冗余設(shè)計(jì)，確保在傳感器故障條件下的環(huán)境安全監(jiān)測。

(4)在低溫環(huán)境、機(jī)械設(shè)備振動(dòng)超標(biāo)、強(qiáng)腐蝕性和潮濕環(huán)境等復(fù)雜場所和惡劣氣候條件下氣體探測器應(yīng)采取的防護(hù)措施

(5)建議氣體探測器一級報(bào)警設(shè)定值由<25% LEL提高到<20% LEL。

(6)補(bǔ)充氣體探測器故障時(shí)應(yīng)采取的替代措施。

(7)將氣體探測器運(yùn)行特性、檢定氣體介質(zhì)、零位漂移調(diào)整、讀數(shù)異常和報(bào)警滯后等問題納入氣體探測器培訓(xùn)。