空分裝置GDS工程設(shè)計(jì)探討

李方濤

(中國(guó)石油集團(tuán) 東北煉化工程有限公司，遼寧 大連 116023)

關(guān)鍵字： 石油化工；空分裝置；氣體檢測(cè)；工程設(shè)計(jì)

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)石油化工行業(yè)安全生產(chǎn)的重視程度越來(lái)越高，特別是涉及“兩重點(diǎn)一重大”企業(yè)，更是國(guó)家安全監(jiān)管部門重點(diǎn)的監(jiān)管對(duì)象。為了保證安全穩(wěn)定生產(chǎn)，許多石油化工企業(yè)的生產(chǎn)裝置、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施等都配備了分散控制系統(tǒng)(DCS)、安全儀表系統(tǒng)(SIS)、可燃和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)(GDS)等。GDS主要由現(xiàn)場(chǎng)氣體探測(cè)器、現(xiàn)場(chǎng)聲光警報(bào)器以及室內(nèi)報(bào)警控制設(shè)備等組成，是石油化工生產(chǎn)安全系統(tǒng)中重要的組成部分[1]。通常情況，空分裝置除了分析儀器配帶的氣瓶之外，幾乎沒(méi)有可燃或者毒性等危害氣體，因此有很多技術(shù)人員認(rèn)為沒(méi)有必要設(shè)置GDS，但事實(shí)并非如此。實(shí)際上，空分裝置除了火災(zāi)、爆炸、低溫凍傷等危害外，還存在著窒息傷害、氧氣中毒等重大危害[2]。所以，空分裝置的氣體檢測(cè)不容忽視。本文以1套新建的8×103m3/h石油化工空分裝置為例，通過(guò)對(duì)空分裝置的工藝特性及石油化工行業(yè)氣體檢測(cè)系統(tǒng)的工程應(yīng)用研究，提出了一種較為合理的GDS設(shè)計(jì)方案。

1 空分裝置GDS現(xiàn)場(chǎng)氣體探測(cè)器的設(shè)計(jì)

1.1 氣體探測(cè)器的選型

該空分裝置內(nèi)涉及的氣體檢測(cè)主要為密閉空間內(nèi)的氧氣檢測(cè)及分析小屋內(nèi)的氫氣檢測(cè)。由于空氣中的氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)不活躍，常溫下很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)氮?dú)庥质菍?duì)稱結(jié)構(gòu)無(wú)極型的雙原子分子，直接對(duì)空氣中的氮?dú)膺M(jìn)行測(cè)量難度較大。所以，空分裝置通常設(shè)置氧氣探測(cè)器，間接對(duì)空氣中的氮?dú)膺M(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于氫氣的檢測(cè)，方法較多，檢測(cè)原理相對(duì)簡(jiǎn)單，可直接測(cè)量。

氧氣濃度探測(cè)器根據(jù)檢測(cè)原理不同，一般分為電化學(xué)式、氧化鋯及熒光原理等；按照檢測(cè)方式不同，可分為擴(kuò)散式、管道式、泵吸式等；按照安裝方式不同，又可分為固定式和壁掛式、便攜式等。氫氣探測(cè)器按檢測(cè)原理不同可采用催化燃燒型、電化學(xué)式或傳導(dǎo)型。

對(duì)于空分裝置，從工藝介質(zhì)特性、儀表性價(jià)比及穩(wěn)定性等方面考慮，氧氣濃度探測(cè)器通常選用電化學(xué)檢測(cè)原理，并采用固定式安裝方式和擴(kuò)散式檢測(cè)方式的儀表。

1.2 氣體探測(cè)器布置

根據(jù)該空分裝置平面布置情況分析，容易產(chǎn)生窒息或者氧氣中毒的場(chǎng)所包括： 封閉式的氮?dú)鈮嚎s機(jī)房，封閉式的膨脹機(jī)室，冷箱及附近的密閉及半封閉空間，分析儀小屋內(nèi)，化驗(yàn)分析室室內(nèi)，其他封閉空間及場(chǎng)所。

為了充分發(fā)揮氣體探測(cè)器的作用，能夠第一時(shí)間檢測(cè)到該空分裝置氣體的泄漏，氧氣探測(cè)器的布置應(yīng)靠近釋放源，并且安裝高度盡量與釋放源的高度相同。若受安裝條件限制，則探測(cè)器的安裝高度可根據(jù)操作與維護(hù)人員的身高來(lái)確定，一般距離地面或平臺(tái)為1.5～2 m。裝置內(nèi)空間較大且釋放源多的廠房?jī)?nèi)氧氣探測(cè)器距離釋放源的距離均不應(yīng)大于5 m。

由于探測(cè)器采用電化學(xué)式，所以布置探測(cè)器時(shí)，應(yīng)注意避免放置在高溫設(shè)施附近，如果溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)發(fā)生物理變化，從而失去監(jiān)測(cè)功能[3]。

氫氣探測(cè)器通常僅設(shè)置在分析小屋內(nèi)部屋頂，對(duì)小屋內(nèi)分析儀器使用的氫氣是否發(fā)生泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 聲光報(bào)警器設(shè)置

在該空分裝置中，空間較大的密閉建筑物為壓縮機(jī)廠房，針對(duì)該廠房可采用獨(dú)立的區(qū)域性的聲光報(bào)警器，當(dāng)廠房?jī)?nèi)任意區(qū)域氧氣濃度超限，通過(guò)報(bào)警控制設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，發(fā)出聲光報(bào)警；空間較小的建筑物，例如： 膨脹機(jī)廠房，可采用單臺(tái)氧氣探測(cè)器配帶一體或者分體式的聲光報(bào)警器，聲光報(bào)警器直接由氧氣探測(cè)器驅(qū)動(dòng)。

現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器聲級(jí)應(yīng)根據(jù)周圍環(huán)境選定，通常應(yīng)大于85 dB(A)并至少高于環(huán)境噪聲15 dB(A)，聲級(jí)最大不應(yīng)超過(guò)115 dB(A)。區(qū)域性聲光報(bào)警器聲級(jí)應(yīng)高于110 dB(A)，且距離報(bào)警器1 m處，總聲級(jí)不應(yīng)超過(guò)120 dB(A)[4]。在較為安靜的場(chǎng)所(如控制室、化驗(yàn)分析室)，設(shè)備前方1 m處報(bào)警聲級(jí)不低于75 dB(A)，且聲級(jí)不宜大于85 dB(A)。聲光報(bào)警器的報(bào)警燈針對(duì)不同類型的報(bào)警有不同顏色指示，有利于現(xiàn)場(chǎng)操作人員和應(yīng)急處理人員迅速判斷出報(bào)警類型，采取相適應(yīng)的撤離和處理措施[5]。

聲光報(bào)警器主要布置在壓縮機(jī)廠房、膨脹機(jī)室、分析小屋等封閉房間的門口外部，并布置在易于巡檢人員觀察的地方。在人員未進(jìn)入室內(nèi)之前進(jìn)行預(yù)警，保證人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)GB/T 50493—2019《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》以及相關(guān)管理部分要求，GDS的報(bào)警控制設(shè)備應(yīng)獨(dú)立于DCS，SIS以及其他系統(tǒng)設(shè)置。目前國(guó)內(nèi)各個(gè)石油化工企業(yè)對(duì)報(bào)警控制設(shè)備的選擇卻不盡相同。有的企業(yè)采用DCS，有的企業(yè)則采用SIS，有的則采用專用的氣體報(bào)警控制器。對(duì)于GDS報(bào)警控制設(shè)備是采用DCS，還是SIS或者是其他形式的報(bào)警控制設(shè)備，還需要根據(jù)工程項(xiàng)目具體要求進(jìn)一步具體分析。例如： 氣體探測(cè)器數(shù)量較多的工藝裝置，或者是全廠性的分布式集中監(jiān)測(cè)，可采用DCS。規(guī)模較小的裝置或罐區(qū)等氣體檢測(cè)點(diǎn)數(shù)相對(duì)較少的場(chǎng)所，則采用性價(jià)比較高的專用氣體報(bào)警控制器或者小型PLC等。

綜上所述，鑒于該空分裝置氣體探測(cè)器數(shù)量較少，且檢測(cè)回路沒(méi)有安全儀表功能相關(guān)要求，使用性價(jià)比較高的專用氣體報(bào)警控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警控制功能。采用專用的報(bào)警控制器既能滿足業(yè)主節(jié)省投資的要求，又能從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)GDS應(yīng)有的安全功能。

采用專用氣體報(bào)警控制器，首先應(yīng)符合GB 16808—2008《可燃?xì)怏w報(bào)警控制器》相關(guān)要求；其次，建議氣體報(bào)警控制器的硬件和軟件配置還應(yīng)滿足原國(guó)家安全監(jiān)管總局頒布的AQ 3035—2010《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源安全監(jiān)控通用技術(shù)規(guī)范》對(duì)安全監(jiān)控的數(shù)據(jù)的采集、顯示和存儲(chǔ)、記錄等相關(guān)要求[6-7]。該裝置GDS設(shè)置結(jié)構(gòu)如圖1所示。隨著空分裝置規(guī)模的不斷增大，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及氣體探測(cè)器數(shù)量等都會(huì)發(fā)生較大的變化，設(shè)計(jì)人員可參考本文的設(shè)計(jì)原則，根據(jù)裝置特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出更為合理實(shí)用的GDS。

4 GDS應(yīng)用總結(jié)

在工程設(shè)計(jì)中，GDS應(yīng)是一個(gè)有機(jī)整體，氣體探測(cè)器、聲光報(bào)警器及報(bào)警控制設(shè)備的設(shè)置等都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。GDS工程設(shè)計(jì)中建議應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)自控專業(yè)應(yīng)根據(jù)工藝專業(yè)提供的危害氣體的二級(jí)釋放源進(jìn)行氣體探測(cè)器的布置[7]。

2)可燃?xì)怏w探測(cè)器平面布置設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)由安全專業(yè)、工藝專業(yè)、管道專業(yè)及自控專業(yè)等共同組織評(píng)審會(huì)議，對(duì)氣體探測(cè)器布置的合理性進(jìn)行論證，確保氣體探測(cè)器、聲光報(bào)警器的布置能有效發(fā)揮其監(jiān)測(cè)的作用。

3)GDS報(bào)警控制設(shè)備應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，并放置在有人值守的房間，如操作室、值班室等，保證人員能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)報(bào)警，避免危險(xiǎn)發(fā)生。

4)GDS的設(shè)計(jì)必須從本質(zhì)上完全獨(dú)立于其他系統(tǒng)。其中包括：獨(dú)立的氣體探測(cè)器、獨(dú)立的聲光報(bào)警器、獨(dú)立的報(bào)警控制設(shè)備、獨(dú)立供電及接地系統(tǒng)、獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸、獨(dú)立的維護(hù)及管理等。

5)GDS報(bào)警顯示站應(yīng)將裝置的氣體探測(cè)器平面布置按照氣體探測(cè)器平面布置圖繪制在上位機(jī)顯示器中，便于操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警，準(zhǔn)確定位報(bào)警位置，做出最快安全響應(yīng)。

6)除固定式氧氣探測(cè)器外，現(xiàn)場(chǎng)還應(yīng)配備便攜式氧氣探測(cè)器，便于操作人員在裝置內(nèi)巡檢時(shí)隨身攜帶使用[8]。

圖3 空分裝置GDS設(shè)置結(jié)構(gòu)示意

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)家安全相關(guān)部門對(duì)安全生產(chǎn)越來(lái)越重視，本著“以人為本，安全第一”的原則和“預(yù)防為主”的宗旨，加大了對(duì)安全事故的監(jiān)督和監(jiān)管力度，也提高了氣體檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求[8]。同時(shí)，石油化工領(lǐng)域的專家也在不斷完善GDS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。相信在不久將來(lái)，石油化工裝置GDS設(shè)置會(huì)越來(lái)越完善，GDS也將會(huì)在石油化工裝置中更好、更充分的發(fā)揮其應(yīng)有的作用。