石油化工模擬真火訓(xùn)練系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

王向陽 張建強(qiáng) 劉冬林 謝天天 蔡曉霞

摘要：國家危化品應(yīng)急救援實(shí)訓(xùn)濮陽基地通過石油化工模擬真火訓(xùn)練裝置對(duì)指揮員和消防員等進(jìn)行專業(yè)化訓(xùn)練，有效解決了?；饭I(yè)事故應(yīng)急救援處置方案不力和人員培訓(xùn)不足等問題。中石化中原石油工程設(shè)計(jì)有限公司通過對(duì)模擬真火訓(xùn)練裝置的燃料單元、火焰調(diào)節(jié)單元、自動(dòng)控制單元進(jìn)行設(shè)計(jì)、比選、優(yōu)化，形成了先進(jìn)的模擬真火訓(xùn)練系統(tǒng)的核心技術(shù)，確保了項(xiàng)目的如期完工，達(dá)到了工程預(yù)期的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：?；? 模擬真火; 燃料; 火焰調(diào)節(jié); 自動(dòng)控制

近年來，我國石油和化學(xué)工業(yè)總量規(guī)模迅速擴(kuò)張，石油化學(xué)工業(yè)已是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)之一，但石油化學(xué)工業(yè)危險(xiǎn)性極大，其原料、中間產(chǎn)品、產(chǎn)品大多數(shù)是易燃、易爆、有毒有害的化學(xué)品，其生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，存在高溫、高壓、深冷等不安全因素，極易發(fā)生事故。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，造成了特別重大的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染，產(chǎn)生了極大的社會(huì)影響，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(duì)出現(xiàn)的問題，建設(shè)石油化工真火模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，模擬事故發(fā)生現(xiàn)場，通過身臨其境的訓(xùn)練，提高消防和應(yīng)急救援能力。

1 ? 石油化工模擬真火訓(xùn)練系統(tǒng)簡介

石油化工模擬真火訓(xùn)練系統(tǒng)是模擬石油化工在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^程中出現(xiàn)的火災(zāi)、泄漏、爆炸等典型事故發(fā)生的裝置，主要由煉化裝置事故處置實(shí)訓(xùn)裝置、壓力儲(chǔ)罐事故實(shí)訓(xùn)裝置、井噴事故處置訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)裝置、儲(chǔ)罐火災(zāi)處置技術(shù)裝備性能檢驗(yàn)測試設(shè)施、高含硫油氣事故應(yīng)急處置訓(xùn)練區(qū)、危險(xiǎn)化學(xué)品集裝箱事故處置實(shí)訓(xùn)裝置、電氣火災(zāi)事故處置實(shí)訓(xùn)裝置、工藝管線事故處置實(shí)訓(xùn)裝置這七部分組成。

2 ? 設(shè)計(jì)方案及優(yōu)選

2.1 ?燃料系統(tǒng)

2.1.1 ?燃料優(yōu)選

目前，模擬真火實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，其燃料主要有柴油（霧化柴油）、液化石油氣、丙烷這三種燃料。

柴油（霧化柴油）應(yīng)用最早，在成都、上海等訓(xùn)練基地有著較廣的應(yīng)用，技術(shù)成熟，其運(yùn)輸、裝卸、儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)較為安全。但是其組分重，燃燒不充分，燃燒時(shí)伴隨著大量濃煙，模擬效果最為真實(shí)。

液化石油氣是近幾年才開始使用的燃料，國內(nèi)應(yīng)用較少，技術(shù)基本成熟，其運(yùn)輸、裝卸、儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。其主要由丙丁烷組成，燃燒充分，燃燒室火焰顏色發(fā)黃帶青，白天訓(xùn)練時(shí)火焰顏色不夠真實(shí)。

丙烷是近幾年來提出的一種燃料，國內(nèi)沒有大型的應(yīng)用，技術(shù)難度大，其運(yùn)輸、裝卸、儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。燃燒充分，燃燒時(shí)火焰顏色發(fā)黃，效果相對(duì)較為真實(shí)。

近些年來，環(huán)境保護(hù)成為我們面臨的重要課題，柴油雖然模擬效果真實(shí)，但其燃燒時(shí)排放大量濃煙，不能滿足環(huán)境保護(hù)的要求，液化石油氣的火焰不夠真實(shí)，只有丙烷燃料既能夠滿足日益苛刻的環(huán)保要求，又能模擬出相對(duì)較好的效果，所以我們最終選擇技術(shù)難度最高的丙烷作為燃料。

2.1.2 ?燃料供應(yīng)系統(tǒng)方案

燃料供應(yīng)系統(tǒng)采用撬裝設(shè)計(jì)，主要由丙烷供應(yīng)橇、丙烷卸車橇組成，具體設(shè)備包含有丙烷儲(chǔ)罐、丙烷增壓泵、卸車鶴管、配套流量計(jì)、儲(chǔ)罐聯(lián)合平臺(tái)等。

工藝設(shè)計(jì)分為卸車流程和外輸流程。

卸車流程：卸車時(shí)，將卸車臂氣液兩相接管連接到丙烷槽車上，啟動(dòng)丙烷增壓泵給丙烷儲(chǔ)罐A進(jìn)行充裝;當(dāng)丙烷儲(chǔ)罐A液位計(jì)高報(bào)或卸車完成時(shí)關(guān)停丙烷增壓泵。

外輸流程：儲(chǔ)罐A做為存儲(chǔ)儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐B作為增壓供給儲(chǔ)罐，通過增壓泵將儲(chǔ)罐A內(nèi)的丙烷加壓到儲(chǔ)罐B，使儲(chǔ)罐B達(dá)到一定的壓力。當(dāng)燃料丙烷外輸時(shí)，通過儲(chǔ)罐B罐內(nèi)自身壓力，將燃料丙烷通過外輸管線輸送到模擬真火裝置。

2.2 ?火焰調(diào)節(jié)系統(tǒng)

為模擬出火災(zāi)發(fā)生時(shí)火情的真實(shí)效果，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)從小到大的發(fā)展過程，需針對(duì)性地進(jìn)行火焰調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種方案來實(shí)現(xiàn)控制，具體如下：

方案一：在燃料總管路上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)閥門開度完成火焰的大小的調(diào)節(jié)。此方案管路設(shè)置較為簡單，控制過程簡單，能夠連續(xù)模擬出火災(zāi)由小到大變化的過程，但造價(jià)較高。

方案二：將燃?xì)夤苈贩譃槿分?，每路設(shè)置電磁閥，通過控制電磁閥開啟個(gè)數(shù)，控制燃料的流量，完成火焰的大小的調(diào)節(jié)。此方案增加了支管路的設(shè)置，控制過程簡單，但是只能階梯型地增加燃料的供給量，火焰大小的調(diào)節(jié)不連續(xù)，適用于小型火災(zāi)的模擬，造價(jià)較低。如果用于大型火災(zāi)，三路燃?xì)庵凡蛔阋灾握麄€(gè)火災(zāi)連續(xù)發(fā)生的過程，需要增加支管路，增加設(shè)備，造價(jià)會(huì)成倍增長。

考慮到本次的石油化工模擬真火設(shè)備規(guī)模較大，模擬火災(zāi)發(fā)生需由小到大連續(xù)發(fā)生，故采用方案一。

2.3 ?控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)選擇基于PLC的控制系統(tǒng)，PLC具有使用靈活、通用性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、接口簡單、維護(hù)方便、體積小、功耗小、性價(jià)比高等特點(diǎn)，既可以滿足現(xiàn)場的控制需求，又可以節(jié)約投資，完成控制任務(wù)。我們?cè)O(shè)計(jì)了基于PLC系統(tǒng)的控制方案，具體如下：

方案一：采用“中心控制PLC（小型）+單元控制PLC（小型）+現(xiàn)場儀表”的控制方案，在現(xiàn)場七個(gè)區(qū)域分別設(shè)置獨(dú)立的單元控制PLC，單元控制PLC作為該區(qū)域的大腦，獨(dú)立完成區(qū)域內(nèi)的工藝控制和安全聯(lián)鎖，并與中心控制PLC交換數(shù)據(jù)，接受其遠(yuǎn)程控制;在中心控制室設(shè)置1套中心控制PLC，中心控制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(yùn)行數(shù)據(jù)。

方案二：采用“中心控制PLC（中型）+現(xiàn)場儀表”的控制方案，在中心控制室設(shè)置1套中心控制PLC作為整個(gè)訓(xùn)練場的大腦，現(xiàn)場儀表通過電纜連接到中心控制PLC，完成下發(fā)的動(dòng)作指令。

方案一采用分散控制，單元系統(tǒng)相對(duì)較小，可逐個(gè)開展單元調(diào)試，與中心控制室數(shù)據(jù)通訊采用光纜通信，大大減少電纜敷設(shè)工作量，造價(jià)低。方案二采用集中控制，中心控制PLC完成所有控制，系統(tǒng)較大，需全部調(diào)試完成后才能投入使用，調(diào)試持續(xù)周期長，另需敷設(shè)大量電纜，工作量大，造價(jià)高。最終采用方案二。

3 ? 結(jié)語

在真火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，中石化中原石油工程設(shè)計(jì)有限公司采用液態(tài)丙烷作為燃料，燃料供應(yīng)單元采用儲(chǔ)罐+增壓罐的工藝，火焰調(diào)節(jié)采用調(diào)節(jié)閥控制方式，控制系統(tǒng)采用“中心控制PLC（小型）+單元控制PLC（小型）+現(xiàn)場儀表”的控制方案，形成了丙烷燃料工藝包，模擬真火訓(xùn)練設(shè)施工藝包等核心技術(shù)，既滿足了現(xiàn)場模擬真火工藝系統(tǒng)的需求，也滿足了現(xiàn)場管理和操作要求，建成了集演示、訓(xùn)練、比賽為一體的全國最大、最先進(jìn)、最全面的?；穼?shí)訓(xùn)基地。目前，該系統(tǒng)已應(yīng)用到了中石化內(nèi)部消防培訓(xùn)中，并完成了上海、內(nèi)蒙、海口等地方，長慶油田、延長油礦等企業(yè)，以及文萊國消防隊(duì)員的培訓(xùn)，取得了非常好的應(yīng)用效果。

作者簡介：

王向陽（1974―），男，漢族，1996年畢業(yè)于西北大學(xué)電子信息專業(yè)，就職于中石化中原石油工程設(shè)計(jì)有限公司，主要從事油氣田及長輸管道儀表自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)及研究工作，任副總工程師。

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