油罐區(qū)消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計

吳懿瑾

摘要：文章針對石化油罐區(qū)火災特點及原因，對油罐區(qū)火災安全監(jiān)測及消防監(jiān)控需解決的問題進行了說明，分別對石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則、硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計、通信傳輸進行了闡述。

關(guān)鍵詞：可燃氣體；易燃液體；油罐區(qū)；泄漏監(jiān)測；消防監(jiān)控

中圖分類號：TE972文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0043-02

隨著我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)各地煉油廠、石油化工廠、石油庫、液化氣庫等易燃易爆場所的數(shù)量和規(guī)模都相當可觀。油品和化工成品儲罐區(qū)。這些場所皆有爆炸危險，易導致大范圍火災而造成撲救困難和人身重大傷亡及財產(chǎn)的重大損失，同時也帶來了廣泛的油罐區(qū)消防安全問題。鑒于油罐區(qū)特殊的火災危險性，在罐區(qū)內(nèi)設(shè)計安裝監(jiān)測與消防安全監(jiān)控系統(tǒng)具有實際意義，其目的在于將罐區(qū)內(nèi)諸多的危險因素及環(huán)境和工藝參數(shù)給予實時監(jiān)測、報警和監(jiān)控，分析判斷儲罐區(qū)的安全狀態(tài)，及時預測可能的事故后果和消除事故隱患，避免火災事故發(fā)生[1]。

一、油罐區(qū)火災特點及原因

石化儲罐區(qū)儲存的物質(zhì)主要是油品及液化氣等可燃、易燃液體，可燃液體常溫下遇點火源易起火燃燒，且具有流淌性，裝盛可燃、易燃液體的容器、管道一旦發(fā)生泄漏，會產(chǎn)生可燃氣體及易燃液體蒸氣，尤其是蒸氣壓較高的可燃液體，在流淌過程中液體蒸發(fā)速度加快，不斷地從液面散發(fā)可燃蒸氣，一旦接觸火源，即使是極其微小的火花，都有引起燃燒爆炸的危險。石油產(chǎn)品的火災有以下特點及原因：

1．著火速度快，火勢兇猛。按一般規(guī)律，燃燒可分為初起階段、發(fā)展階段、猛烈階段。而石油產(chǎn)品著火，分三個階段，亦不明顯，而且在極短的時間內(nèi)，甚至在一瞬間，就形成了火海，其速度之快，火勢之兇猛，是石化儲罐火災特點之一。由于石油產(chǎn)品易燃燒的特性，主要是以其閃點、燃點、自然點來衡量的。一般石油產(chǎn)品的閃點與燃點相差約1℃～5℃；即使閃點在100℃以上的石油產(chǎn)品，其燃點比閃點僅高30℃。例如：汽油的閃點是-50℃～30℃，爆炸極限上限6.48，下限1.58，自然點是415℃～530℃，一旦泄漏，迅速變?yōu)橛驼羝c空氣混合，形成易燃、易爆氣體。它被氣流推動、擴散，其漂移距離一般在45.7左右，這時，哪怕是遇到閃電一樣的火花，剎那間也會引起一場火災，其火勢就在整個油蒸汽范圍內(nèi)猛烈燃燒。所以，閃點越低的石油產(chǎn)品，其火災危險性越大，燃燒速度越快，火勢兇猛。

2．火焰高，輻射強。例如一個5000 M3油罐燃燒時，若直徑為11.5 M3時，其輻射熱度平均值為1400大卡/平方米·小時；若直徑為23m時，則為3000～4000大卡/平方米·小時。

3．煙霧大，毒氣重。石油產(chǎn)品一旦著火，其煙霧和有毒氣體，比其他物質(zhì)高出34倍，特別是部分原料其本身就有毒性，如二氧化硫、硫化氫、一氧化碳、環(huán)氧乙烷等。如果火場中有這些有毒物料，其有毒氣體會更濃。

4．爆炸危險性大，連鎖反應(yīng)快。石化儲罐區(qū)一旦有易燃液體、氣體泄漏，遇火星，即可閃燃或因超溫超壓引起爆炸，如果撲救措施不力，則易引起連鎖反應(yīng)，造成損失。

5．沖擊波力大，破壞性強。石化儲罐區(qū)生產(chǎn)裝置一旦發(fā)生火災爆炸事故，其沖擊波在瞬間可摧毀設(shè)備和廠房。

6．受熱膨脹快，流動范圍廣，擴散快。石油產(chǎn)品受熱后體積膨脹快，同時蒸汽壓力增強，若物料儲存于密閉的容器中，就會造成容器的膨脹，甚至炸裂；一旦發(fā)生破裂，液體泄漏出，就會流動擴散；而液體流動擴散的強弱取決于油品本身的黏度，黏度低則流動擴散性強，會向四周流散，造成大面積燃燒。

7．容易蒸發(fā)，火災難以控制。石油產(chǎn)品尤其是輕質(zhì)油品具有易蒸發(fā)特性，比重越輕的油品其蒸發(fā)越快，閃點亦越低，火災危險性越大。石油產(chǎn)品的蒸發(fā)有兩種狀態(tài)：靜止蒸發(fā)是指在比較嚴密的容器內(nèi)的油在空氣不太流通情況下，液面發(fā)生的蒸發(fā)現(xiàn)象；流動蒸發(fā)是指油品在進行泵送或灌裝時，油品或周圍的空氣處于流動情況下，或二者都處在流動情況下所發(fā)生的蒸發(fā)現(xiàn)象。石油產(chǎn)品的蒸發(fā)速度與溫度、蒸發(fā)面積、液體表面空氣流動速度、液面承受的壓力、比重等因素有關(guān)；蒸發(fā)速度較快的油品，其蒸發(fā)油氣在空氣中的濃度易超過爆炸下限而形成爆炸性混合物，且其比重一般在1.59～4.00之間[2]，往往在作業(yè)區(qū)空間、地面彌漫飄蕩，在低洼處聚積不散，大大增加了火災危險性。

8．容易沸騰突溢。儲存重質(zhì)油品的油罐著火后，由于輻射熱作用、熱波作用和水蒸氣作用，有時會引起油品沸騰突溢，使燃燒的油品大量外溢，甚至從罐內(nèi)猛烈噴出，擴大災情。

9．容易產(chǎn)生靜電。石油產(chǎn)品的電阻率一般在1012Ω·cm左右，當沿管道流動與管壁摩擦和在運輸過程中因震蕩與車、船管壁沖擊，以及在裝卸、灌裝、泵送等作業(yè)過程中，都會產(chǎn)生靜電且電位高達2～3萬伏。靜電的主要危害是靜電放電；當靜電放電產(chǎn)生的火花能量達到或大于油品蒸氣的最小點火能量時，會立刻引起燃燒或爆炸。

二、油罐區(qū)火災安全監(jiān)測及消防監(jiān)控需解決的問題

石化消防安全的核心問題是通過監(jiān)控手段保障生產(chǎn)過程安全。在石化生產(chǎn)過程體系中某一環(huán)節(jié)的消防安全問題，應(yīng)與石化生產(chǎn)體系及生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合、與企業(yè)發(fā)展決策緊密結(jié)合。因此，石化儲罐區(qū)可燃氣體及易燃液體泄漏檢測與消防監(jiān)控與消防監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計中需解決下列問題：

充分考慮生產(chǎn)過程復雜的工藝安全因素、被保護對象火災特殊性、或蔓延和連鎖反應(yīng)問題，實現(xiàn)消防安全與生產(chǎn)工藝相結(jié)合。

通過計算機通信、控制與信息的有機結(jié)合，實現(xiàn)不同消防安全單元或區(qū)域、不同消防安全監(jiān)控設(shè)備的纖細交互。

進行消防安全信息化管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的圖形化及可透視性、消防安全信息共享和消防安全事故分析診斷。

顯然，實現(xiàn)石化儲罐區(qū)的消防安全具有強烈的針對性，應(yīng)綜合考慮石化生產(chǎn)體系安全要求和實際生產(chǎn)工藝狀況，形成相關(guān)設(shè)計、施工指導原則和方法。

三、儲罐區(qū)可燃氣體及易燃液體消防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

（一）系統(tǒng)設(shè)計原則

石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路，是根據(jù)石化儲罐區(qū)消防安全監(jiān)測要求，采用系統(tǒng)集成方法設(shè)計構(gòu)造系統(tǒng)，實現(xiàn)石化儲罐區(qū)安全參數(shù)實時監(jiān)測處理和安全狀態(tài)分析，及時預測可能的災害事故后果，并通過聯(lián)動控制裝置有效啟動現(xiàn)場消防設(shè)備或滅火設(shè)施。

根據(jù)上述思路，系統(tǒng)設(shè)計遵循兩項原則：一是管理軟件與系統(tǒng)硬件相結(jié)合，根據(jù)實際情況制定安全管理規(guī)則和事故處置預案，將安全管理要求和事故處置預案與硬件系統(tǒng)有機結(jié)合起來，確保設(shè)備監(jiān)測可靠性和聯(lián)動有效性；二是生產(chǎn)監(jiān)測與安全監(jiān)控相結(jié)合，通過連鎖控制、自動停車及其他參數(shù)控制等措施，使罐區(qū)進出料生產(chǎn)過程控制與靜態(tài)安全參數(shù)監(jiān)測協(xié)調(diào)互補，達到安全生產(chǎn)的目的。

（二）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖1石化儲罐區(qū)火災監(jiān)測與滅火聯(lián)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)石化儲罐區(qū)的特點，考慮到工藝參數(shù)和火災參數(shù)的監(jiān)測要求，石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)采用圖1示結(jié)構(gòu)形式，以兼顧工藝監(jiān)測參數(shù)DC4～20mA傳輸和火災參數(shù)頻率量傳輸?shù)牟煌?，以及滅火設(shè)備聯(lián)動控制所需的信號要求。

圖1系統(tǒng)中，火災參數(shù)探測一般采用防爆型火災探測器，如選用防爆型火焰光探測器、防爆型電子感溫探測器、線纜感溫探測裝置等；工藝參數(shù)監(jiān)測則根據(jù)數(shù)據(jù)通信協(xié)議要求，設(shè)計構(gòu)造防爆型DDZ轉(zhuǎn)換器，接受處理儀表輸出信號，如可燃氣體濃度、氣體成分、儲罐溫度、液位、壓力等工藝參數(shù)探測器的輸出信號[2]；監(jiān)控主機主要完成對工藝安全參數(shù)及火災參數(shù)的連續(xù)采集處理和狀態(tài)分析，及時預測事故并采取處理措施，有效啟動現(xiàn)場消防設(shè)備，實施滅火操作。

（三）系統(tǒng)軟件設(shè)計

按照系統(tǒng)集成方法，石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件采用模塊化編程，主要包括系統(tǒng)主控模塊、事故處理模塊、信息通信模塊、消防管理模塊等，功能如下：

1．系統(tǒng)主控模塊。主要完成數(shù)據(jù)采集處理、報警判斷與聯(lián)動控制輸出、自動與手動控制方式切換、系統(tǒng)管理。

2．事故處置模塊。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)完成對監(jiān)測區(qū)域安全狀態(tài)的事故狀態(tài)分析預測，對工藝安全進行操作控制和處置緊急情況，實施救災方案。

3．信息通信模塊。主要完成通信協(xié)議管理、數(shù)據(jù)通信控制、異地遠程聯(lián)網(wǎng)

4．消防管理模塊。主要完成系統(tǒng)操作管理、設(shè)備工況管理、防火管理與數(shù)據(jù)存儲。

按上述模塊劃分，系統(tǒng)應(yīng)用軟件可采用Windows環(huán)境下編程語言，面向?qū)ο笤O(shè)計應(yīng)用界面和數(shù)據(jù)庫，全面支持可視化編程，提供集中數(shù)據(jù)管理功能。

（四）數(shù)據(jù)通信傳輸

在數(shù)據(jù)通信方面，石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠各類探測器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并送入監(jiān)控主機，通過對各類參數(shù)的數(shù)據(jù)分析處理和預測判斷，產(chǎn)生報警與消防設(shè)備聯(lián)動控制信號，同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)及各種信號存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并通過遠程傳輸方式送入上級管理中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類地存儲、數(shù)據(jù)共享、信息查詢和業(yè)務(wù)管理等功能。石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信傳輸方式圖２所示。

圖2石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏安全監(jiān)測及應(yīng)急處置系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸框圖

四、結(jié)語

綜上所述，石化儲罐區(qū)可燃氣體泄漏監(jiān)測及消防安全監(jiān)控系統(tǒng)是石化儲罐區(qū)的消防安全基礎(chǔ)設(shè)施之一，對安全參數(shù)監(jiān)測的準確程度、固定滅火裝置的聯(lián)動及時性、應(yīng)急處置措施的合理性、系統(tǒng)無故障工作時間、系統(tǒng)運行成本等各方面指標，需結(jié)合實際工程綜合考慮。

參考文獻

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