探討氨氣探測(cè)與水噴霧聯(lián)動(dòng)控制的合理性及可行性

趙燕萍 呂雙波 楊軒

摘 要：目前有關(guān)液氨泄漏事故的預(yù)警、事故處理中關(guān)鍵環(huán)節(jié)大多還未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。在這樣的處理方法中，人員需要穿戴防護(hù)服，并從控制室到達(dá)泄漏點(diǎn)。一方面是貽誤事故處理的時(shí)機(jī);另一方面是現(xiàn)場(chǎng)極易發(fā)生中毒事故。本文基于掌握有毒氣體探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)以及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)等相關(guān)規(guī)范要求的前提下，探索對(duì)泄漏點(diǎn)周圍進(jìn)行有毒氣體濃度自動(dòng)檢測(cè)，基于PLC原理，應(yīng)用有毒氣體濃度探測(cè)信號(hào)，與集中火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行報(bào)警并聯(lián)鎖啟動(dòng)水噴霧系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：氨;泄漏;水噴霧;火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警;PLC;聯(lián)動(dòng)

1 基于PLC控制原理，氨氣檢測(cè)與水噴霧聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)方案的工藝流程介紹

雖然液氨在各類企業(yè)中應(yīng)用較多，但目前有關(guān)液氨泄漏事故的預(yù)警、事故處理中關(guān)鍵環(huán)節(jié)大多還未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。常用的做法是通過(guò)在氨泄漏點(diǎn)附近設(shè)置氨有毒氣體檢測(cè)報(bào)警探頭，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)泄漏檢測(cè)和報(bào)警的功能，并將報(bào)警信號(hào)傳輸?shù)紻CS控制室和現(xiàn)場(chǎng)操作室，人員接到報(bào)警信號(hào)后，通過(guò)手動(dòng)啟動(dòng)消防栓、水炮或者自動(dòng)噴水、水噴霧系統(tǒng)進(jìn)行處理。在這樣的處理方法中，人員需要穿戴防護(hù)服，并從控制室到達(dá)泄漏點(diǎn)。一方面是貽誤事故處理的時(shí)機(jī)，造成影響范圍擴(kuò)大;另一方面是現(xiàn)場(chǎng)的事故處理人員極易發(fā)生中毒事故。如能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的手動(dòng)水噴霧裝置的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，和氨有毒氣體檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)鎖，在自動(dòng)控制的情況下，可以節(jié)省事故處理時(shí)間和降低傷亡。自動(dòng)聯(lián)鎖控制的工藝介紹如下：

1.1 氨有毒氣體探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

利用PLC原理，進(jìn)行氨有毒氣體探測(cè)報(bào)警的設(shè)計(jì)理念為：發(fā)生氨氣泄漏時(shí)，安裝在保護(hù)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)的氨有毒氣體探測(cè)器，利用氣敏傳感器原理，將探測(cè)到的氨氣的濃度參數(shù)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，傳輸?shù)桨庇卸練怏w報(bào)警控制器，控制器對(duì)接收到的氨有毒氣體濃度參數(shù)與設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)處理后，經(jīng)判斷，如為一級(jí)濃度報(bào)警（100%OEL或5%IDLH）[6]，則顯示并記錄發(fā)出報(bào)警信號(hào)的部位、報(bào)警時(shí)間、報(bào)警濃度信息等，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的聲光警報(bào)裝置，發(fā)出聲光警報(bào)。如為二級(jí)濃度報(bào)警（200%OEL或10%IDLH）[6]，且同區(qū)域同時(shí)有2個(gè)及以上相互獨(dú)立的報(bào)警信號(hào)外，則除了一級(jí)濃度報(bào)警情況下的控制外，氨有毒氣體探測(cè)報(bào)警控制器將報(bào)警信號(hào)傳輸?shù)郊谢馂?zāi)報(bào)警控制器。[7]。

1.2 水噴霧系統(tǒng)聯(lián)鎖啟動(dòng)控制流程

氨球罐屬于室外場(chǎng)所，結(jié)合《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的要求》，本文探討以電動(dòng)啟動(dòng)方式進(jìn)行自啟的水噴霧系統(tǒng)。其控制過(guò)程為：

集中火災(zāi)報(bào)警控制器結(jié)合接收到的報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行邏輯分析后，輸出電信號(hào)打開水噴霧系統(tǒng)雨淋閥前的電磁閥，電磁閥開啟后，雨淋閥出水側(cè)壓力開關(guān)遠(yuǎn)程啟動(dòng)水泵。水流經(jīng)雨淋閥，充滿末端管道，經(jīng)水霧噴頭噴出。[4]

1.3 聯(lián)鎖控制的工藝流程

聯(lián)鎖控制過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)，是將氨有毒氣體探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中探測(cè)報(bào)警控制器的輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)試，使之符合火災(zāi)報(bào)警控制器對(duì)接收信號(hào)要求。氨有毒氣體探測(cè)器推薦使用的為紅外氣體探測(cè)器[2][4]。從原理上，其聯(lián)鎖控制過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)。聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)方案的工藝流程如下：

2 PLC聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)上文所述，聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由2個(gè)子系統(tǒng)組成：（1）氨有毒氣體探測(cè)報(bào)警控制系統(tǒng);（2）聯(lián)動(dòng)開啟水噴霧的控制系統(tǒng)。

2.1 PLC聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的基本組成

PLC聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的基本組成如下：

2.2 PLC聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式及PLC的機(jī)型選擇

PLC的硬件結(jié)構(gòu)有整體式和模塊式，按照應(yīng)用環(huán)境分，又可分為集中式和分布式。[1]根據(jù)適用范圍，氨有毒氣體探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)和集中火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)均選用整體集中式結(jié)構(gòu)形式。

在機(jī)型選擇方面，生產(chǎn)PLC的廠家很多（國(guó)內(nèi)外均有），可根據(jù)點(diǎn)數(shù)、容量、功能需求進(jìn)行選擇。在本文論述的2個(gè)子系統(tǒng)中，PLC1選擇西門子S7-200系列。而需要聯(lián)動(dòng)水噴霧啟動(dòng)的集中火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，PLC2選擇西門子S7-300系列。

2.3 硬件構(gòu)成

采用S7-200和S7-300系列PLC組成控制系統(tǒng)的硬件。

S7-200的CPU模板需要完成氨有毒氣體泄漏檢測(cè)數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)比較、報(bào)警、定位和人機(jī)界面交互功能，實(shí)現(xiàn)模式為自動(dòng)模式。

S7-300的CPU模板需要接收S7-200的報(bào)警輸出信號(hào)和定位信號(hào)，并完成對(duì)相應(yīng)位置的水噴霧滅火系統(tǒng)的控制功能，以及人機(jī)界面交互功能。實(shí)現(xiàn)模式有手動(dòng)和自動(dòng)模式。

手動(dòng)模式下，操作人員需到達(dá)電磁閥處，旋轉(zhuǎn)電磁閥的手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，將電磁閥打開即可。此種操作模式只是水噴霧系統(tǒng)的一種手動(dòng)模式，除了在電磁閥選型時(shí)，選用帶手動(dòng)功能的電磁閥外，其他方面均不產(chǎn)生影響，不再分析。

自動(dòng)模式下，S7-300的CPU模板完成信號(hào)處理和對(duì)水噴霧系統(tǒng)的控制。

CPU模板通過(guò)內(nèi)部總線與輸入/輸出模塊箱實(shí)現(xiàn)通信。CPU接收?qǐng)?bào)警信號(hào)，并將需要開啟的位置信息通過(guò)總線傳遞給輸出模塊箱，經(jīng)變送后輸出，通電開啟電磁閥。并接收電磁閥、電磁閥后的壓力開關(guān)和水泵出口管上壓力開關(guān)的反饋信息，以判斷水噴霧吸收防護(hù)系統(tǒng)的執(zhí)行情況。

2.4 程序設(shè)計(jì)

PLC的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。采用整體式結(jié)構(gòu)形式的PLC，在出廠時(shí)，對(duì)于不同的品牌、型號(hào)，生產(chǎn)廠家對(duì)系統(tǒng)軟件已經(jīng)編制、打包。用戶只需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的控制目標(biāo)，運(yùn)用廠家提供的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編制應(yīng)用軟件即可，也可將自身的目標(biāo)控制需求，由廠家編制應(yīng)用軟件，進(jìn)行安裝、調(diào)試后使用。

S7系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡(jiǎn)易型和智能型。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語(yǔ)言編程，由廠家的安裝人員進(jìn)行編寫、調(diào)試后可以投入使用。

3 結(jié)論

液氨作為一種危險(xiǎn)化學(xué)品，是很多行業(yè)的生產(chǎn)原料，對(duì)其可能發(fā)生的泄漏和毒害事故進(jìn)行預(yù)警和自動(dòng)化防護(hù)，在目前主要依靠手動(dòng)報(bào)警和事故處理的實(shí)際情況下，不失為一種有效的事故預(yù)防和處理措施的進(jìn)步與提升。本文立足于PLC控制系統(tǒng)的原理，認(rèn)為氨有毒氣體探測(cè)與水噴霧吸收防護(hù)自動(dòng)化聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)，而在實(shí)際應(yīng)用中，企業(yè)需要實(shí)現(xiàn)的功能可能更復(fù)雜、具體，且該系統(tǒng)的核心——集中火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，作為企業(yè)全廠消防系統(tǒng)的控制中心，需要聯(lián)鎖控制更多的消防系統(tǒng)，因此，在進(jìn)行全廠性設(shè)計(jì)和應(yīng)用的時(shí)候，還需進(jìn)行全局化考慮和設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周亞軍，張衛(wèi).電氣控制及PLC原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2016.

[2]楊揚(yáng)，陳亮.有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的研究.科技風(fēng)，2019.

[3]涂建煌，朱鵬.火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要電子設(shè)備探討.探索與觀察，2017.

[4]張曄.可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警器安裝使用注意事項(xiàng).中國(guó)計(jì)量，2015.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（GB50219-2014）.

[6]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GBT50493-2019）.

[7]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50116-2013）.

作者簡(jiǎn)介：趙燕萍（1985—），女，漢族，河南鄭州人，本科，中級(jí)工程師，安全評(píng)價(jià)師。