淺析液體散貨碼頭控制系統(tǒng)的設(shè)計要點

隋秋實

摘 要：隨著我國對油品、液體化學品原料及產(chǎn)品的需求增加，沿海港口加快了液體散貨碼頭的建設(shè)速度，液體散貨碼頭控制系統(tǒng)的設(shè)計對于裝卸工藝輸運、消防系統(tǒng)的自動控制及可靠運行起到了關(guān)鍵作用。本文結(jié)合作者多年的液體散貨碼頭工程設(shè)計經(jīng)驗，探討液體散貨碼頭控制系統(tǒng)的設(shè)計要點及解決方案。

關(guān)鍵詞：液體散貨碼頭;輸運控制系統(tǒng);火災(zāi)報警系統(tǒng);消防控制系統(tǒng)

中圖分類號：[U653.5]? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）03-0083-03

液體散貨碼頭的控制系統(tǒng)是根據(jù)碼頭總平面布置、裝卸工藝、給排水消防等對控制系統(tǒng)的要求，并結(jié)合整個港區(qū)的規(guī)劃、建設(shè)方案進行設(shè)計的?？刂葡到y(tǒng)本著技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟合理的原則，采用經(jīng)過實際工程檢驗的成熟系統(tǒng)及設(shè)備。同時，碼頭控制系統(tǒng)需結(jié)合碼頭及庫區(qū)的控制管理要求，與庫區(qū)建立一體化、可靠、集中的控制管理系統(tǒng)。液體散貨碼頭控制系統(tǒng)包括輸運控制系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)和消防控制系統(tǒng)。本文從控制系統(tǒng)各組成部分的設(shè)計要點出發(fā)，結(jié)合實際工程遇到的問題，探討控制系統(tǒng)的設(shè)計思路和解決方案。

1輸運控制系統(tǒng)

液體散貨碼頭輸運控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)碼頭及庫區(qū)的工藝流程以及操作管理要求，與庫區(qū)建立一體化、可靠、集中的控制管理系統(tǒng)。碼頭輸運控制系統(tǒng)通常采用DCS系統(tǒng)分站或PLC分站+現(xiàn)場遠程I/O站的形式，根據(jù)平面方案布置、碼頭庫區(qū)一體化控制系統(tǒng)的建設(shè)及客戶需求統(tǒng)籌考慮，確定系統(tǒng)設(shè)備選型。

輸運控制系統(tǒng)包括（見圖1）：控制站（DCS或者PLC控制器）、接口單元、操作員站、工程師站、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、系統(tǒng)及應(yīng)用軟件等，通過對系統(tǒng)關(guān)鍵單元和部件冗余配置，提高系統(tǒng)運行的可靠性。碼頭控制系統(tǒng)與遠程I/O分站、后方罐區(qū)控制中心均采用光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)進行通信?？刂葡到y(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備主要包括壓力變送器、溫度變送器、閥門電動執(zhí)行器、緊急停車按鈕及第三方設(shè)備成套的電控柜（箱）等。

在深入分析裝卸工藝流程和給排水消防控制要求的基礎(chǔ)上，合理選擇現(xiàn)場儀表及控制系統(tǒng)設(shè)備，落實受控設(shè)備信號類型及接口條件，制定自控系統(tǒng)方案。同時，與庫區(qū)設(shè)計單位、客戶使用部門及相關(guān)監(jiān)管部門建立設(shè)計聯(lián)絡(luò)溝通機制，落實碼頭與庫區(qū)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計接口，明確控制管理模式及功能等，形成一套功能完整、控制流程順暢、系統(tǒng)運行安全可靠的一體化管控系統(tǒng)。

輸運控制系統(tǒng)的操作方式包括（見圖2）：現(xiàn)場操作、碼頭控制室操作控制和庫區(qū)中控室遠程監(jiān)控及集中管理。碼頭輸運控制系統(tǒng)作為后方庫區(qū)儲運控制系統(tǒng)的相對獨立的一個部分，完成碼頭裝卸輸運過程的閥門控制及狀態(tài)顯示，管道壓力、溫度等的數(shù)據(jù)采集、顯示和報警，輸油臂、登船梯、船岸對接裝置、管線電伴熱及碼頭照明等設(shè)施的狀態(tài)監(jiān)控等功能，具有超限報警、緊急停車（急停按鈕，緊急關(guān)閉閥門）等控制功能。

2 火災(zāi)報警系統(tǒng)

2.1 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)置

液體散貨碼頭火災(zāi)報警控制器設(shè)置于碼頭控制樓控制室，接收碼頭區(qū)域的火災(zāi)報警信號;在碼頭平臺及引橋上設(shè)置防爆型帶地址碼手動報警按鈕和聲光報警器，控制樓內(nèi)設(shè)置點型感煙火災(zāi)探測器、手動報警按鈕和聲光報警器等，當控制樓內(nèi)設(shè)置有柴油發(fā)電機房時，房間內(nèi)宜設(shè)置點型感溫火災(zāi)探測器。

當確認火災(zāi)發(fā)生時，火火災(zāi)報警控制器將輸出火災(zāi)報警信號至庫區(qū)消防控制中心，由庫區(qū)火災(zāi)報警及消防控制系統(tǒng)啟動消防泵，并將消防泵的運行狀態(tài)信號回送碼頭控制室。

《油氣化工碼頭設(shè)計防火規(guī)范》中8.2.4.3條，規(guī)定了碼頭工作平臺的任何位置至最近的手動報警按鈕通行距離不大于30米，手動報警按鈕可沿工藝管架人行通道一側(cè)均勻布置，相鄰兩個手動報警按鈕的間距約40～50m。當某個裝卸區(qū)范圍較大時，需考慮操作人員處于裝卸區(qū)內(nèi)距離最近手動報警按鈕的步行距離，如超過規(guī)范距離，需在相應(yīng)位置補充手動報警按鈕設(shè)置。聲光報警器通常與手動報警按鈕共同設(shè)置，安裝于各裝卸區(qū)及主要通道出入口處，提醒人員及時安全疏散。

2.2可燃及有毒氣體檢測系統(tǒng)的設(shè)置

可燃及有毒氣體報警控制器設(shè)置于碼頭控制室，接收碼頭現(xiàn)場可燃及有毒氣檢測報警信號，并將報警信號分別送至碼頭輸運控制系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)問題，及早采取相應(yīng)措施或停止作業(yè)，以確保生產(chǎn)及人員安全。

現(xiàn)場可燃氣體及有毒氣體探測器的選型與布置，是根據(jù)工藝裝卸介質(zhì)的特性（屬于可燃氣體還是有毒氣體，相對密度大于空氣、小于空氣還是接近于空氣）、釋放源位置、有效檢測半徑等綜合分析后確定。在碼頭裝卸臂法蘭接口、閥組區(qū)、油氣回收裝置管道連接處、機泵密封處等可能泄露可燃及有毒氣體的釋放源附近，布置固定式可燃及有毒氣體檢測器，并為操作人員配備便攜式可燃及有毒氣體檢測器。

需要注意的是《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計標準》（GB/T 50493-2019）的修訂對有毒氣體劃分范圍進行了擴展，參見2.0.2條文說明中列舉的參考目錄，主要依據(jù)《高毒物品目錄》（衛(wèi)法監(jiān)發(fā)【2003】142號）中所列的氣體或蒸氣;現(xiàn)行國家標準GB 30000.18-2013《化學品分類和標簽規(guī)范 第18部分：急性毒性》中，急性毒性危害類別為l 類及2類的急性有毒氣體。其中，現(xiàn)行國家職業(yè)衛(wèi)生標準《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設(shè)置規(guī)范》中列出的56種有毒氣體，現(xiàn)行國家職業(yè)衛(wèi)生標準《工作場所有害因章職業(yè)接觸限值第1 部分化學有害因素》中列出的339種化學有害氣體是否可作為判斷有毒氣體的依據(jù)，仍存有異議，需結(jié)合安全及工藝專業(yè)條件、介質(zhì)特性、石油化工安全標準、職業(yè)健康衛(wèi)生標準、產(chǎn)品檢測原理及相關(guān)安全審查意見等綜合分析進行設(shè)置。

3消防控制系統(tǒng)

液體散貨碼頭消防控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇，目前國內(nèi)相關(guān)工程的碼頭消防控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式主要有兩種，多線制硬接線和總線制方案。多線制硬接線方案因采用點對點硬接線，通過集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制操作，各受控設(shè)備傳輸線路相互獨立，系統(tǒng)可靠性高?？偩€制方案因采用分布式布置，控制室控制操作設(shè)備與現(xiàn)場控制設(shè)備通過冗余光纜進行通信，因此總線制在控制室與碼頭消防炮設(shè)備距離較遠時優(yōu)勢明顯。在青島、日照及盤錦區(qū)域多個油品及化工品碼頭工程運用的是多線制硬接線方案;在獲得當?shù)叵乐鞴懿块T認同的前提下，在寧波等液體散貨碼頭工程中運用過總線制方案。同時，也了解到國內(nèi)類似工程總線制方案的應(yīng)用已日趨成熟。

設(shè)計過程中需根據(jù)碼頭消防設(shè)備的布置情況、控制線纜路由長度，合理選擇消防控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。同時，結(jié)合碼頭與庫區(qū)消防系統(tǒng)的一體化操作管理需求，碼頭消防控制系統(tǒng)通過光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)與后方庫區(qū)消防控制系統(tǒng)進行通信，碼頭消防控制系統(tǒng)本地操作為優(yōu)先，消防炮還可以實現(xiàn)150m范圍內(nèi)的遙控操作，庫區(qū)中控室亦可以遠程監(jiān)控，多方位保障消防控制系統(tǒng)的靈活、可靠運行，實現(xiàn)對碼頭泡沫-水消防炮、水幕及消防供水管線上的相應(yīng)控制閥門、碼頭泡沫原液罐等進行集中控制。

碼頭控制室內(nèi)設(shè)置消防集中控制操作臺，通常尺寸為1000mmx650mmx1100mm（寬x深x高）的消防集中控制操作臺，可對2座消防炮塔上的所有炮及電動閥門進行遠程集中控制，消防集中控制操作臺及泡沫裝置電控箱由消防設(shè)備廠家成套提供。無線遙控器接收控制箱的設(shè)置需考慮無線覆蓋范圍、炮塔位置及操作人員安全疏散等因素。

設(shè)計過程中需結(jié)合國家及行業(yè)的規(guī)范標準、當?shù)叵乐鞴懿块T的要求及相關(guān)地方標準等進行綜合分析，例如現(xiàn)行《油氣化工碼頭設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定了消防控制和火災(zāi)報警系統(tǒng)的線纜應(yīng)選用耐火銅芯電纜，遼寧地方標準《石油化工儲存場所消防安全技術(shù)規(guī)范》中，消防控制線路在地上電纜橋架敷設(shè)時，應(yīng)采用礦物絕緣類不燃性電纜。通常，消防系統(tǒng)設(shè)計本著“就高不就低”的原則。

4碼頭控制室及機柜室的布置

碼頭控制室及機柜室通常設(shè)置于碼頭控制樓二層，控制室面向碼頭裝卸區(qū)，布置需符合視線開闊、便于監(jiān)視和操作的要求。碼頭控制室內(nèi)設(shè)置工藝流程操作臺、消防集中控制操作臺、火災(zāi)報警控制器、可燃及有毒氣體報警控制器、消防電源箱等，工藝流程操作臺上安裝輸運控制系統(tǒng)操作/工程師站、工業(yè)電視監(jiān)控顯示器、輔助靠泊工作站、溢油監(jiān)測工作站等;機柜室毗鄰控制室，其內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)機柜、UPS主機、配電柜、電池柜等，機柜顏色尺寸需統(tǒng)一美觀，當UPS規(guī)格容量超過10kVA，宜單獨設(shè)置UPS室。碼頭控制室的面積取決于工藝操作臺及消防集中控制臺的大小，通常約60㎡～70㎡;機柜室的面積取決于機柜數(shù)量，通常約40㎡～45㎡?？刂剖遗c機柜室地面鋪設(shè)防靜電地板，電纜橋架安裝于防靜電地板下。

5 控制系統(tǒng)管線路由的設(shè)計

碼頭控制系統(tǒng)線纜的主路由通常沿工藝管架外側(cè)或頂層安裝的電纜橋架內(nèi)敷設(shè)，至裝卸區(qū)、人行橋、消防炮塔設(shè)備處等通常采用電纜橋架落地安裝，至快速脫纜鉤、輸油臂液壓站電控柜、登船梯及其他末端設(shè)備常采用穿鍍鋅鋼管暗敷或明敷。路域部分的管線采用電纜排管埋地或電纜橋架沿工藝管架敷設(shè)，局部穿鍍鋅鋼管暗敷或明敷。

碼頭控制電纜橋架主路由通常采用2層，1層用于輸運控制系統(tǒng)線纜敷設(shè)，1層用于消防控制系統(tǒng)線纜的敷設(shè)，電纜橋架內(nèi)加裝隔板，用于強弱電線纜的分隔。

控制系統(tǒng)管線路由的設(shè)計需結(jié)合工藝、消防、建筑、供電等專業(yè)的布置方案，合理確定路由走向，避免與其他專業(yè)管線干涉、影響人員及車輛通行等情況。同時，需考慮未來遠期預(yù)留管線容量等。

6 結(jié)論

液體散貨碼頭工程設(shè)計的不同階段，需綜合分析總平面布置方案、工藝裝卸流程及輸運介質(zhì)特性、消防系統(tǒng)方案、供電系統(tǒng)方案、建筑方案、控制系統(tǒng)操作管理模式、相關(guān)國家及地方規(guī)范標準、客戶使用需求、庫區(qū)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計等，合理確定碼頭控制系統(tǒng)及設(shè)備的選型、系統(tǒng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信接口、供電及傳輸線路的方案設(shè)計，使系統(tǒng)達到易于操作、維護、擴展、安全可靠的目的，提升液體散貨碼頭的流程控制管理水平和安全作業(yè)保障。

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