淺談?；纺M真火實訓(xùn)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

謝天天

(中石化中原石油工程設(shè)計有限公司，河南濮陽457001)

近年來，國內(nèi)發(fā)生多起石化企業(yè)重特大火災(zāi)爆炸事故[1]，如： 2015年天津東疆保稅港區(qū)瑞海國際物流有限公司危險品倉庫爆炸事故、2013年山東青島中石化東黃輸油管道泄漏爆炸事故[2]、2010年中石油大連國際儲運有限公司輸油管道爆炸火災(zāi)事故，產(chǎn)生了極大的社會影響。在這些事故的搶險救災(zāi)中，大都暴露出現(xiàn)場應(yīng)急處置不力、人員培訓(xùn)不足、消防力量不足等問題。針對該現(xiàn)象，建設(shè)危化品應(yīng)急救援實訓(xùn)基地和石油化工真火模擬訓(xùn)練裝置，模擬石油化工事故發(fā)展過程，通過身臨其境的搶險過程，從而開展針對性的訓(xùn)練。

1 石油化工模擬真火訓(xùn)練裝置簡介

石油化工模擬真火訓(xùn)練裝置包括： 儲罐火災(zāi)處置技術(shù)裝備性能檢驗測試設(shè)施、煉化裝置事故處置實訓(xùn)裝置、壓力儲罐事故實訓(xùn)處置裝置、高含硫油氣事故應(yīng)急處置實訓(xùn)裝置、危險化學(xué)品集裝箱事故處置實訓(xùn)裝置、電氣火災(zāi)事故處置實訓(xùn)裝置、工藝管線事故處置實訓(xùn)裝置。

1)儲罐火災(zāi)技術(shù)裝備性能檢驗測試設(shè)施是模擬油品或液態(tài)有機(jī)物儲罐火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行滅火救援的訓(xùn)練設(shè)施，實現(xiàn)了模擬萬方浮頂原油罐早期密封圈火、中期全液面火、后期的罐壁流淌火和地面流淌火等環(huán)節(jié)，并可模擬火災(zāi)由小到大的發(fā)展過程以及伴隨模擬爆炸的發(fā)生等。

2)煉化裝置事故處置實訓(xùn)裝置是模擬化工煉化裝置高塔及附屬設(shè)備火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行滅火救援的訓(xùn)練設(shè)施，實現(xiàn)了裝置中化工介質(zhì)從泄漏到燃燒及伴隨爆炸的模擬火災(zāi)發(fā)生過程。

3)壓力儲罐事故實訓(xùn)處置裝置是模擬丙烷、丁烷等化工產(chǎn)品壓力儲罐火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行滅火救援的訓(xùn)練設(shè)施，實現(xiàn)了完全可視性燃燒至無焰段燃燒的環(huán)節(jié)，并模擬燃燒過程中介質(zhì)壓力變化的過程。

4)高含硫油氣事故應(yīng)急處置實訓(xùn)裝置是模擬油(氣)井發(fā)生井噴事故[3]、有毒氣體(H2S)泄漏事故、火災(zāi)事故等現(xiàn)場進(jìn)行滅火救援的訓(xùn)練設(shè)施，實現(xiàn)了從井噴發(fā)生到有毒氣體的泄漏以及火災(zāi)發(fā)生的過程。

5)危險化學(xué)品集裝箱事故處置實訓(xùn)裝置模擬危險化學(xué)品集裝箱泄漏、火災(zāi)等事故現(xiàn)場進(jìn)行滅火救援的訓(xùn)練設(shè)施，實現(xiàn)了模擬油桶火災(zāi)和貨架火災(zāi)由小到大并伴隨煙霧發(fā)生的過程。

6)電氣火災(zāi)事故處置實訓(xùn)裝置是模擬變壓器、配電柜、電纜溝現(xiàn)場火災(zāi)進(jìn)行滅火救援的訓(xùn)練設(shè)施，實現(xiàn)了模擬常見的變壓器火災(zāi)、配電柜火災(zāi)、電纜溝火災(zāi)的場景。

7)工藝管線事故處置實訓(xùn)裝置是以石油化工裝置高架管廊、埋地管道、管溝等仿真場景為依托，模擬出各類泄漏、火災(zāi)等事故現(xiàn)場進(jìn)行滅火救援的訓(xùn)練設(shè)施，實現(xiàn)了從介質(zhì)泄漏到火災(zāi)的整個過程。

利用模擬真火設(shè)施為消防隊員提供身臨其境的培訓(xùn)場景，開展從早期泄漏、堵漏到后期火災(zāi)撲滅的整個救援過程的訓(xùn)練。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計

石油化工模擬真火訓(xùn)練裝置以“分散安裝、集中控制”的原則進(jìn)行設(shè)計[4]，按照各個真火區(qū)域的分布及特點，控制系統(tǒng)采用集中控制、就地控制和遙控控制，真火實訓(xùn)裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 真火實訓(xùn)裝置、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2.1 集中控制

集中控制包含以下方面內(nèi)容：

1)設(shè)計原則。統(tǒng)一管理，安全操作。

2)設(shè)計方案。在中心控制室安裝1套基于可編程序控制器(PLC)的控制系統(tǒng)[5]，該控制系統(tǒng)由PLC、工程師站、操作員站、緊急停止按鈕等組成。中心控制室的PLC通過光纖網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場各區(qū)域裝置的PLC進(jìn)行通信，發(fā)出控制指令并接收現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)；訓(xùn)練過程中，操作員通過操作站的HMI軟件和視頻監(jiān)控系統(tǒng)完成現(xiàn)場模擬真火系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控和日常訓(xùn)練操作；緊急關(guān)斷保護(hù)通過緊急停止按鈕實現(xiàn)模擬真火設(shè)施的緊急關(guān)閉保護(hù)操作；系統(tǒng)維護(hù)通過工程師站及配套的基于網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)軟件完成中心控制室PLC和就地控制PLC的日常系統(tǒng)維護(hù)、組態(tài)工作。

2.2 就地控制

就地控制包含以下方面內(nèi)容：

1)設(shè)計原則。通過自動化的手段，分階段模擬出真實火災(zāi)發(fā)生時的情況，為?；沸袠I(yè)救援訓(xùn)練提供真實場景。

2)設(shè)計方案。在每個訓(xùn)練區(qū)域設(shè)置1臺區(qū)域控制PLC，區(qū)域控制PLC作為該區(qū)域的大腦，可獨立完成相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的所有模擬真火設(shè)施工藝控制和安全聯(lián)鎖，并與中心控制室的PLC交換數(shù)據(jù)，接受其遠(yuǎn)程控制；同時與遙控系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，執(zhí)行教練員的控制指令。下面以儲罐火災(zāi)技術(shù)裝備性能檢驗測試設(shè)施為例，介紹其工藝及控制過程：

a)萬方浮頂原油儲罐的火災(zāi)通常是由密封圈老化、雷電引起的密封圈火，密封圈火擴(kuò)大后會引起罐頂全液面火，若火勢控制不當(dāng)，原油將順罐壁流淌而下，形成罐壁流淌火，原油流到地面后形成地面流淌火。

b)為了能夠模擬出接近真實的火災(zāi)效果，按照火災(zāi)發(fā)展趨勢設(shè)置密封圈火、全液面火、罐壁流淌火、地面流淌火4套模擬子系統(tǒng)。每套模擬子系統(tǒng)由噴淋保護(hù)系統(tǒng)、點火流程和燃燒流程組成[6]；噴淋保護(hù)系統(tǒng)主要由噴淋水管路、電磁閥和噴頭組成，用于保護(hù)周圍的裝置和背景設(shè)備；點火流程由電磁閥、阻火器、點火器組成，其中點火器由電動點火裝置、燃料噴頭和離子火焰探測器組成；燃燒流程由電磁閥、調(diào)節(jié)閥和燃燒器組成，燃燒器根據(jù)模擬火災(zāi)的具體參數(shù)進(jìn)行針對性的設(shè)計；整套系統(tǒng)采用噴嘴燃燒加水域式燃燒方式，模擬真火燃燒系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 模擬真火燃燒系統(tǒng)流程示意

c)訓(xùn)練開始，首先打開噴淋保護(hù)系統(tǒng)，接著開始點燃密封圈火，密封圈火的點火流程電磁閥和電動點火裝置同時打開，點火器發(fā)出持續(xù)燃燒的火焰，當(dāng)離子火焰探測器檢測火焰穩(wěn)定燃燒3 s后，自動打開密封圈火模擬真火流程電磁閥，由點火器火焰引燃燃燒器，形成初期密封圈火；接著以10%的增幅連續(xù)調(diào)大密封圈火模擬真火流程調(diào)節(jié)閥開度，增加燃料量，使火焰逐漸增大，模擬出密封圈火燃燒由小變大的整個過程；再依次以同樣的控制方式點燃全液面火、罐壁流淌火和地面流淌火，作為消防演練的背景。

2.3 遙控控制

遙控控制包含以下方面內(nèi)容：

1)設(shè)計原則。輔助教學(xué)，便捷操作。

2)設(shè)計方案。遙控控制具有操作方便、工作效率高、可以有效地保護(hù)操作人員等優(yōu)點，因此選擇遙控控制作為日常培訓(xùn)訓(xùn)練的主要操作方式。

遙控控制由遙控系統(tǒng)實現(xiàn)，遙控系統(tǒng)由遙控器和遙控接收器組成[7]，遙控器發(fā)出指令，遙控接收器通過天線接收指令，內(nèi)部處理后將指令傳輸給區(qū)域控制PLC，由區(qū)域控制PLC控制現(xiàn)場儀表和設(shè)備，完成模擬真火訓(xùn)練設(shè)施的日常操作訓(xùn)練。

3 安全保護(hù)設(shè)計

在烈火、濃煙、高溫的背景下，要保證每位受訓(xùn)人員的絕對安全，必須做到在緊急狀態(tài)和異常狀態(tài)下人員和設(shè)備的安全[8]。針對設(shè)備的特點，采用如下五個方面的保護(hù)：

1)熄火保護(hù)。在離子火焰探測器檢測出火焰異常熄滅時，聯(lián)鎖關(guān)閉該區(qū)域所有燃料電磁閥[9]，防止燃料泄漏到空氣中產(chǎn)生安全隱患。

2)緊急停車按鈕保護(hù)。設(shè)置訓(xùn)練通道出入口處的緊急制動開關(guān)、區(qū)域裝置PLC機(jī)柜上的緊急制動開關(guān)、遙控緊急制動開關(guān)和中心控制室內(nèi)緊急制動開關(guān)[10]，確保從訓(xùn)練、操作到遠(yuǎn)程監(jiān)控均可以緊急關(guān)閉系統(tǒng)，保護(hù)人員安全。

3)可燃?xì)怏w泄漏保護(hù)。通過在燃料閥組區(qū)設(shè)置點式可燃?xì)怏w探測器，當(dāng)檢測出閥組區(qū)異常泄漏時，聯(lián)鎖關(guān)斷該區(qū)域系統(tǒng)，保護(hù)人員的安全。

4)超溫保護(hù)。在煉化裝置事故處置實訓(xùn)裝置模擬煉化塔的模擬真火燃燒器附近設(shè)置熱電偶，實時檢測塔體溫度，超溫關(guān)閉該區(qū)域系統(tǒng)，防止塔體溫度過高產(chǎn)生不可逆的損害。

5)斷電保護(hù)。所有燃料控制電磁閥均選用失電關(guān)閉型[11]，確保系統(tǒng)在異常斷電后，第一時間自動切斷燃料，防止燃料泄漏到空氣中產(chǎn)生安全隱患，保護(hù)人員和設(shè)備的安全。

4 結(jié)束語

在模擬真火實訓(xùn)裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，采用液態(tài)丙烷作為燃料，形成了液態(tài)丙烷供應(yīng)工藝包、模擬真火訓(xùn)練設(shè)施工藝包等核心技術(shù)，控制系統(tǒng)作為工藝包的核心內(nèi)容，設(shè)計了集中控制、現(xiàn)場控制、遙控控制三種控制方式，通過熄火保護(hù)、緊急停車按鈕保護(hù)、可燃?xì)怏w泄漏保護(hù)、超溫保護(hù)、斷電保護(hù)，既滿足了現(xiàn)場工藝系統(tǒng)的需求，也滿足了統(tǒng)一管理、安全可靠、便捷操作的管理和操作要求，同時也做到了保護(hù)訓(xùn)練人員和設(shè)備的目的。目前，訓(xùn)練設(shè)施已應(yīng)用到了中石化內(nèi)部消防培訓(xùn)中，并完成了文萊國消防隊員的培訓(xùn)，取得了非常好的效果。