張明星,許海梅

(中國石油克拉瑪依石化公司,新疆 克拉瑪依 834003)

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氣體檢測報警系統(tǒng)的設計與應用

張明星,許海梅

(中國石油克拉瑪依石化公司,新疆 克拉瑪依 834003)

摘要：為了最大限度地避免裝置泄漏事故的發(fā)生，降低經濟損失，設計開發(fā)了氣體檢測報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)結合自動化儀表、計算機、通信網(wǎng)絡等技術實現(xiàn)企業(yè)安全生產的管理，將預警、響應、控制等程序科學地融為一體，滿足了目前石化廠區(qū)安全監(jiān)控需求.實現(xiàn)了安全報警系統(tǒng)集中監(jiān)控與分布監(jiān)控，降低了管理、維護人員勞動強度，為氣體泄漏檢測提供了軟硬件技術支撐。

關鍵詞：氣體檢測泄漏報警監(jiān)控

煉化行業(yè)可燃性氣體和有毒氣體普遍存在[1-2]，為了保護相關工作人員的安全，必須要監(jiān)測控制上述氣體在空氣中的濃度，以確保將其控制在相當或認為是安全的濃度內，預防和減少人身傷害及火災與爆炸事故的發(fā)生，保障石油化工企業(yè)的安全。尤其是近幾年來石化行業(yè)安全事故頻發(fā)，這對安全設施和安全防護檢測檢漏設備提出了更高的要求，可靠的氣體檢測檢漏產品以及氣體檢測報警系統(tǒng)給企業(yè)安全生產提供了有力的保障，且氣體檢測報警器不再只限于檢測氣體泄漏，在綜合防災方面也發(fā)揮了重要的作用，避免了很多安全事故的發(fā)生。

1氣體檢測報警系統(tǒng)構成

氣體檢測報警系統(tǒng)主要由檢(探)測器(探頭、變送器、顯示器、聲光報警)、模塊、采集系統(tǒng)、指示報警設備(DCS或PLC等)和電纜線路等部分組成，實現(xiàn)了對保護區(qū)的氣體泄漏檢測、報警及聯(lián)動控制。當環(huán)境中氣體濃度達到或超過預置報警值時，報警控制器立即發(fā)出聲光報警并輸出聯(lián)動控制信號，避免爆炸、中毒、火災等事故發(fā)生。安全可靠的探測報警器是實現(xiàn)該系統(tǒng)功能的基礎，可連續(xù)檢測空氣中存在的氣體濃度，并通過報警控制器、現(xiàn)場執(zhí)行器等避免各種安全事故的發(fā)生。

2檢測報警器選擇條件

使用檢測報警器的目的主要是盡早地檢測出氣體泄漏的存在并發(fā)出報警，其前提條件是必須進行長時間連續(xù)檢測和監(jiān)控，但是要連續(xù)監(jiān)測大量可能發(fā)生泄漏的部位或應預防的泄漏部位，實際上幾乎是不可能的。因為氣體泄漏量有多有少，而且風向、風速及泄漏的環(huán)境條件也各不相同，所以其危險性也不相同。

煉化企業(yè)的裝置是連續(xù)長周期運行的，經常存在泄漏的危險，必須做到發(fā)生泄漏能夠立即檢測出來。另外，不應受被測氣體的波動及環(huán)境條件的影響而發(fā)生誤動作，否則失去氣體檢測報警器的作用。

在危險場所使用或設置的檢測元件，當有氣體泄漏時自然要暴露于危險環(huán)境之中，如果元件本身成為火源的話，那就失去了氣體檢測的意義。為此必須使用具有防爆結構的氣體報警器。對于長時間連續(xù)使用的設備，要進行定期標定、檢查和維修。

在選擇種類時，除考慮上述條件外，還需根據(jù)煉化企業(yè)綜合防災減災系統(tǒng)中要求考慮氣體檢測報警器的選擇。只有全面系統(tǒng)地從最惡劣最苛刻的條件和最壞的結果分析問題，才能選出性價比高的氣體檢測報警器。

3各種報警器的應用對比

石油化工現(xiàn)場已經布置安裝了點式可燃氣體報警器和毒氣報警器，但由于存在漏報導致很多危險場合火災中毒事故頻發(fā)，這是由各種報警器的工作原理和性能決定的。

1) 現(xiàn)有的點式可燃氣體報警器采樣方式多為擴散式，氣體只有擴散到傳感器的有效反應區(qū)域才能報警，其反應速度較慢，測量結果易受風向、風速等環(huán)境條件和安裝位置的影響。

2) 催化燃燒傳感器易中毒并且報警器需要定期標定。

3) 紅外可燃氣體報警器免標定，抗中毒，維護量小。

4) 超聲波檢測檢漏產品反應報警速度快，不受水、霧、雨、風向、風力的影響，安裝簡單、方便，不需要定期標定，基礎的改變不影響報警。由氣體泄漏產生的超聲波不受風的影響或稀釋，因而該技術在室外安裝非?？煽?，它能瞬時響應所有類型的氣體泄漏。但超聲波檢測檢漏產品也有它的缺點，其對現(xiàn)場噪音和安裝環(huán)境的要求比較高。

因此，沒有哪一種報警器能適應所有的現(xiàn)場和環(huán)境，如何根據(jù)檢測報警要求和現(xiàn)場環(huán)境要求在眾多的檢測報警儀表中選擇檢測報警準確可靠、維護量小且能最大限度發(fā)揮功能的儀表顯得尤為重要。

4氣體檢測報警系統(tǒng)的設計

4.1氣體檢測報警系統(tǒng)應用前的狀況

某石化公司的1號，2號中心控制室雖然將各生產裝置的有毒有害氣體檢測報警儀信號引入DCS控制，但是目前石油石化企業(yè)的DCS主要為生產過程服務，如監(jiān)控工藝參數(shù)等，而對于事故預警設施的有毒有害氣體檢測報警儀，DCS只是監(jiān)控氣體檢測數(shù)據(jù)、柱狀圖、歷史曲線、報警聲音，并且一個中心控制室有20～30臺DCS顯示屏，分別控制不同生產裝置的有毒有害氣體檢測報警儀，不能滿足一個中心控制室控制的200～300多臺有毒有害氣體檢測報警儀的集中管理控制。DCS斷電時裝置一旦發(fā)生氣體泄漏，氣體檢測報警系統(tǒng)因不能工作會使泄漏隱患不易及早發(fā)現(xiàn)和處理，造成更大的損失。現(xiàn)有的DCS報警控制系統(tǒng)發(fā)生報警時不能自動顯示報警位置，只能彈出一閃光的小圖框，且報警的聲音與工藝參數(shù)報警聲一致，也沒有語音報警提示，易使崗位人員混淆；有些即使顯示報警位置也只能顯示報警位號，需要崗位人員從報警位號入手找到對應的實際報警部位，易延誤泄漏的處理時機。

現(xiàn)有的DCS控制的氣體監(jiān)測與預警系統(tǒng)主要具備監(jiān)測危險量及超限報警功能，由于存在監(jiān)測預警系統(tǒng)和措施銜接不緊、預案可操作性不強等缺陷，使得預警系統(tǒng)及其技術措施不能發(fā)揮其有效作用，制約了危害及事故的控制與預防?，F(xiàn)有的氣體檢測報警系統(tǒng)只具備報警提示功能，易造成報警時崗位人員不知如何處理或者處理不當引發(fā)事故。

4.2氣體檢測報警系統(tǒng)設計

氣體檢測報警系統(tǒng)設計思路是保持原有各裝置現(xiàn)場一次表在DCS上顯示不變，獨立開發(fā)一套完整的具有檢測報警、處理的系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件上采用“一進兩出”信號分配器LF4013，ADAM4000系列模塊(2號中心控制室)、ADAM5000 TCP采集系統(tǒng)(1號中心控制室)、24 V穩(wěn)壓源和工控機。軟件采用基于IE風格的Webaccess組態(tài)軟件。

現(xiàn)場的檢測報警信號(4～20 mA)通過控制電纜進入控制柜內的“一進兩出”信號分配器，分兩路標準信號(4～20 mA)輸出，一路進入裝置DCS的原輸入通道，另一路進入本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集單元。數(shù)據(jù)通過光纖按照RS-485 (TCP/IP)協(xié)議標準傳送到設在2號(1號)中心控制室的監(jiān)控節(jié)點。系統(tǒng)在2號(1號)中心控制室工程節(jié)點上進行Web發(fā)布，在整個公司局域網(wǎng)上只要知道工程節(jié)點的IP地址，并且安裝客戶端Client[10],就可以訪問各裝置的報警器實時數(shù)據(jù)。

當系統(tǒng)有報警出現(xiàn)時，就會彈出報警位置照片和預案，并且伴有語言報警聲音，督促操作人員處理，應急處置預案如下：

1) 內操在DCS上確認報警器編號，通過視屏監(jiān)控器對現(xiàn)場進行檢查；同時通知現(xiàn)場巡檢人員注意。

2) 通知班長和副班長，安排外操2人佩戴好空氣呼器。

3) 攜帶便攜式硫化氫氣體報警器，根據(jù)風向標指示，自上風口進入現(xiàn)場，啟動事故通風機，打開門窗進行通風，然后查找泄漏，1人作業(yè)、1人監(jiān)護。

4) 與內操通過對講機保持聯(lián)系，匯報現(xiàn)場監(jiān)測情況，內操通過視屏監(jiān)控器觀察現(xiàn)場情況。

5) 發(fā)現(xiàn)泄漏較小時，且為流程上可切斷的泄漏部位，立即切斷，封閉流程，泄壓后進行處理。

6) 泄漏較大時，通知內操聯(lián)系生產運行處值班室、車間值班干部和車間應急小組組長，由生產運行處通知相鄰單位注意防護。安排外操在制加氫裝置、熱電廠供氣裝置、潤滑油廠罐區(qū)路口設置警戒點。

7) 關閉相關閥門，封閉流程，打開相鄰處消防蒸汽和掩護蒸汽圈，進行隔離稀釋，臨氫高壓系統(tǒng)大泄漏時，立即啟動系統(tǒng)0.7 MPa/min或者1.4 MPa/min緊急泄壓，系統(tǒng)停工。

8) 現(xiàn)場人員迅速撤離危險區(qū)域，設置警戒線，禁止無關人員進入，車間應急小組到位處理。

5氣體檢測報警系統(tǒng)的應用效果

常規(guī)安全監(jiān)控系統(tǒng)是DCS中的一小部分，而該系統(tǒng)在滿足目前廠區(qū)安全監(jiān)控需求下，實現(xiàn)了安全報警系統(tǒng)集中監(jiān)控與分布監(jiān)控相結合，同時既要獨立監(jiān)控又與其他系統(tǒng)(如： DCS，ESD)聯(lián)動的最佳方案。該系統(tǒng)實施后，取得了很好的效果：

1) 解決了 DCS監(jiān)控報警只自動出現(xiàn)一個報警小圖標的常規(guī)設計。該系統(tǒng)采用語音加畫面同時報警，不僅顯示報警位置，而且提示檢查部位、處理辦法，并顯示氣體濃度變化曲線，為現(xiàn)有響應提供了軟硬件的技術支撐，將預警、響應、控制等程序科學地融為一體。

2) 該系統(tǒng)對現(xiàn)場報警器工作狀態(tài)實時智能檢測，如不正常立即提示，包括檢測中的線路、檢測元件及電源電壓等存在故障問題進行提示報警。該系統(tǒng)的首次運用減輕了儀表維護人員的工作量，使儀表人員可通過辦公室的監(jiān)控顯示屏了解到氣體檢測報警器系統(tǒng)中存在的問題及故障，以便及時采取維護措施。

3) 該系統(tǒng)可以提取所有報警和儀表故障時的歷史數(shù)據(jù)和曲線，給事故處理提供依據(jù)。一旦生產現(xiàn)場發(fā)生了火災、爆炸、中毒等事故，可以在該系統(tǒng)中查詢有效的氣體監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)及曲線，并且可以提取拷貝，作為事故調查報告的有利證據(jù)和依據(jù)。

4) 系統(tǒng)獨立于DCS，并可與DCS通信，確保報警系統(tǒng)的獨立穩(wěn)定，同時又具有開放性。因DCS控制著主要生產過程的各種參數(shù)指標，若一旦發(fā)生故障或斷電，所有工藝數(shù)據(jù)不能控制，監(jiān)控儀表基本癱瘓，往往會引發(fā)重大事故。該系統(tǒng)在DCS出現(xiàn)故障和斷電后還能運行，是一套獨立的安全監(jiān)控系統(tǒng)，加強了保護性和可靠性。

5) 具有重復報警功能。當報警發(fā)生時，操作人員在設定的時間內沒有處理，將重復報警，直到處理完畢為止。

6) 系統(tǒng)報警采用區(qū)域聯(lián)鎖報警方式，通過邏輯判斷，避免了誤報和誤操作。該系統(tǒng)增加了設備設施的本質安全性，減少了人的不安全行為，這是安全設計中最優(yōu)先考慮的措施。

7) 具有報警優(yōu)先級功能。出現(xiàn)報警后，都會按照危險程度及位置，優(yōu)先、順序報警，確保操作人員、現(xiàn)場處理人員在緊急狀態(tài)下聽見報警聲，并能判斷事態(tài)的嚴重性，以便采取相應的處理措施。

8) 系統(tǒng)帶有網(wǎng)絡發(fā)布功能。根據(jù)安全及具體工作需要，該系統(tǒng)可以將報警器實時數(shù)據(jù)發(fā)布到相應的網(wǎng)絡上，相關人員可以按照不同的權限通過以太網(wǎng)或局域網(wǎng)等查看、修改報警器相關信息。通過辦公室電腦可以使各級安全管理人員隨時掌握生產現(xiàn)場的泄漏情況、掌握檢測預警設備的使用完好情況，同時減輕了安全人員的工作強度和工作量。

6結束語

氣體檢測報警系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)的集中監(jiān)控與分布監(jiān)控，是一套獨立的安全監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)具有高可靠性和保護性，為企業(yè)的氣體泄漏檢測提供了軟硬件技術支撐，保證了企業(yè)的安全生產。

參考文獻：

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Design and Application of Gas Detection and Alarm System

Zhang Mingxing, Xu Haimei

(Petrochina Karamay Petrochemical Company, Karamay, 834003,China)

Abstract：In order to minimize device leakage accidents and to avoid economic loss, a set of gas detection and alarm system is designed and developed. The system is a combination of automatic instrument, computer and communication network technology to realize enterprise safe production management. It integrates early warning, response and control program organically and scientifically together to meet the requirements of petrochemical plant safety monitoring. The distributed and centralized monitoring for safety alarm system is realized with reduction of labor intensity of management and maintenance personnel. It provides hardware and software technical supports for gas leakage detection.

Key words：gas detection; leakage; alarm; monitoring

中圖分類號：TP274

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)02-0051-03

作者簡介：張明星(1980—)，男，現(xiàn)就職于中國石油克拉瑪依石化公司，從事石油化工自動化儀表管理，任工程師。

稿件收到日期： 2015-02-02。