黃志清

(中國五環(huán)工程有限公司,湖北 武漢 430223)

火氣系統(tǒng)FGS(fire alarm and gas detector system)包含火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和可燃氣體和有毒氣體檢測系統(tǒng)(GDS)。安監(jiān)總管三(2014)116號文件發(fā)布前，化工裝置GDS的設(shè)計通常是根據(jù)GB 50493―2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》，在DCS中設(shè)置獨立的I/O卡件實現(xiàn)GDS的功能；而火災(zāi)報警由火災(zāi)自動報警系統(tǒng)實現(xiàn)。該文件發(fā)布后，指明化工裝置安全儀表系統(tǒng)(SIS)，包括安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，緊急停車系統(tǒng)(ESD)，GDS等，應(yīng)嚴格按照相關(guān)規(guī)范設(shè)計GDS。為確保其功能，相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)獨立于基本過程控制系統(tǒng)(BPCS)，根本原因是FGS，BPCS，SIS處于不同的保護層，即FGS屬于減輕保護層，BPCS和SIS屬于預(yù)防保護層。FGS應(yīng)能在BPCS和SIS保護失效的情況下，降低危險事件產(chǎn)生的危害后果的嚴重程度。

按照目前發(fā)布的文件和規(guī)范， GDS獨立設(shè)置是必須嚴格執(zhí)行的。FGS的功能安全可達到IEC 61508的 SIL3等級，并獲得了國家消防安全資格認證(CCCF)，完全符合國家法律和規(guī)范要求，是未來的發(fā)展趨勢。目前，國際上的大項目一般都會設(shè)置獨立的FGS，從而與SIS一起構(gòu)成一體化的工廠綜合安全系統(tǒng)。

1 火氣系統(tǒng)基本構(gòu)成

FGS由傳感器、邏輯控制器和最終元件等組成，用于探測可燃氣體、有毒氣體或火災(zāi)報警。一旦出現(xiàn)異常狀態(tài)，可提供狀態(tài)報警、執(zhí)行預(yù)定動作，或?qū)⒐に囘^程置于安全狀態(tài)，減輕危險事件的后果。傳感器包括氣體檢測器、火焰探測器、感煙火災(zāi)探測器、感溫火災(zāi)探測器以及手動火災(zāi)報警按鈕等；邏輯系統(tǒng)一般為安全型可編程序控制器(PLC)；最終元件可能是聲光報警器、公共廣播報警系統(tǒng)(PA/GA)、噴淋系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)，甚至工藝裝置聯(lián)鎖停車。FGS基本構(gòu)成如圖1所示。

圖1 FGS基本構(gòu)成示意

2 火氣系統(tǒng)工程設(shè)計

2.1 設(shè)計方法

目前國內(nèi)絕大多數(shù)設(shè)計單位的專業(yè)分工是： GDS由儀表專業(yè)人員設(shè)計，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)由電信專業(yè)人員設(shè)計。以下根據(jù)某液化天然氣接收站項目工程設(shè)計經(jīng)驗提供一種設(shè)計方法。

1) 裝置機柜間、綜合控制樓、變電所、辦公樓等建筑物的火災(zāi)報警設(shè)施，由電信專業(yè)以建筑物火災(zāi)自動報警系統(tǒng)控制器為核心進行設(shè)計，各個火災(zāi)自動報警系統(tǒng)控制器通過光纖聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成1個相對獨立的網(wǎng)絡(luò)化火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。整個火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的主要信號以數(shù)據(jù)通信方式或硬接線方式傳送給FGS。

2) 現(xiàn)場消防設(shè)備包括手動報警按鈕、火焰探頭及滅火系統(tǒng)等的施工圖紙由電信專業(yè)負責設(shè)計，電纜表作為FGS組態(tài)的輸入文件。

3) 儀表專業(yè)除了負責GDS的設(shè)計外，還需負責FGS組態(tài)文件如I/O表、報警聯(lián)鎖值一覽表、聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯圖等的設(shè)計，其中消防部分的I/O點和相關(guān)報警聯(lián)鎖信息由電信專業(yè)提供，以融合兩個專業(yè)的文件，方便FGS廠商組態(tài)。

2.2 輸入設(shè)備的設(shè)計

FGS的輸入設(shè)備主要包括氣體檢測器、火焰探測器、低溫探測器(RTD)、壓力開關(guān)、手動火災(zāi)報警按鈕等。

1) 氣體檢測器。設(shè)計主要依據(jù)GB 50493—2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》，實現(xiàn)對工藝裝置和儲運設(shè)施可能存在可燃或有毒氣體泄漏的地方進行實時、連續(xù)的監(jiān)測。另外控制室、機柜間、變配電所的空調(diào)引風口、電纜溝和電纜橋架進入建筑物房間的開洞處等可燃氣體和有毒氣體有可能進入建筑物的地方，宜設(shè)置檢測器[1]。氣體檢測器的設(shè)計應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備布置、氣體泄漏發(fā)生的可能性、氣體的特性以及現(xiàn)場環(huán)境等情況確定。氣體檢測器技術(shù)要求和試驗方法應(yīng)遵循GB 12358—2006《作業(yè)場所環(huán)境氣體檢測報警儀通用技術(shù)要求》。

2) 火焰探測器。目前應(yīng)用較為廣泛的火焰探測器是三頻紅外火焰探測器和紫外紅外復(fù)合火焰探測器，具有較高的抗干擾能力和較遠的探測距離?；鹧嫣綔y器的技術(shù)要求和試驗方法等應(yīng)遵循GB 15631—2008《特種火災(zāi)探測器》，安裝設(shè)置可參照GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，應(yīng)符合下列規(guī)定：

a) 應(yīng)考慮探測器的探測視角及最大探測距離，可通過選擇探測距離長、火災(zāi)報警響應(yīng)時間短的火焰探測器，滿足保護面積要求和報警時間要求。

b) 探測器的探測視角內(nèi)不應(yīng)存在遮擋物。

c) 應(yīng)避免光源直接照射在火焰探測器的探測窗口。

d) 單波段的火焰探測器不應(yīng)設(shè)置在平時有陽光、白熾燈等光源直接或間接照射的場所。

3) 手動火災(zāi)報警按鈕。設(shè)置可參照GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》進行，即每個防災(zāi)分區(qū)至少應(yīng)設(shè)置1個手動報警按鈕。1個防火分區(qū)內(nèi)的任何位置到最鄰近的手動報警按鈕的步行距離不應(yīng)大于30 m。手動報警按鈕宜設(shè)置在主要道路的交界處、工藝裝置區(qū)的主要出入口、臨近易燃設(shè)備和主要工藝設(shè)備、設(shè)備控制操作點處，應(yīng)設(shè)置在明顯和便于操作的部位。當采用壁掛方式安裝時，其底邊距所在地面高度宜為1.3～1.5 m，且應(yīng)有明顯的標志。

4) 低溫探測器。低溫探測器在液化天然氣接收站中用于探測液化天然氣的泄漏，一般安裝在可能存在泄漏區(qū)域的低點，如排液溝底部和積液池底部。一般采用“2oo3”結(jié)構(gòu)，當檢測到危險時觸發(fā)相應(yīng)的泡沫滅火系統(tǒng)。

5) 壓力開關(guān)。壓力開關(guān)是消防噴淋系統(tǒng)中的主要部件，安裝在消防噴淋系統(tǒng)的濕式報警閥中，當消防噴淋管道的壓力小于供水端壓力時，壓力開關(guān)會自動動作，F(xiàn)GS檢測到壓力低開關(guān)信號后，聯(lián)鎖啟動消防噴淋泵進行加壓。

2.3 輸出設(shè)備的設(shè)計

FGS的輸出設(shè)備主要包括聲光報警器、消防聯(lián)動設(shè)備以及PA/GA和工業(yè)電視監(jiān)測(CCTV)等，以下主要介紹聲光報警器的設(shè)計。

現(xiàn)場聲光報警器應(yīng)就近設(shè)置在探測器所在的區(qū)域，安裝在操作人員易看到和易聽到的地方，如出入口，框架樓梯口等，安裝高度應(yīng)距所在地面2.2 m以上?，F(xiàn)場聲光報警器技術(shù)要求沒有相關(guān)規(guī)范可遵循，基于工程經(jīng)驗和產(chǎn)品樣本資料，一般要求蜂鳴器聲壓等級宜大于105 dB，閃光燈瓦數(shù)宜不低于20 W。當探測到煙、熱、火焰危險時，蜂鳴器響并發(fā)出紅色閃爍；當探測到可燃有毒氣體時，蜂鳴器響并發(fā)出藍色閃爍；當氧氣探測器發(fā)生報警時，蜂鳴器響并發(fā)出黃色閃爍。

2.4 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.4.1故障安全模式

FGS和ESD之間存在明顯的區(qū)別，即FGS正常狀態(tài)是不帶電的，得電時才執(zhí)行動作。因為ESD是將工藝裝置置于安全狀態(tài)，意味著停止生產(chǎn)過程，一般被設(shè)計成故障安全模式。而FGS的誤動作有可能損害某些設(shè)備單元甚至可能造成人員傷亡，例如控制室的Halon或CO2噴淋系統(tǒng)，如果沒有預(yù)警突然泄放，將導(dǎo)致操作人員處于危險之中，所以FGS一般被設(shè)計為非故障安全模式，即當FGS發(fā)生系統(tǒng)功能故障、供電故障及檢測回路故障時，除發(fā)出故障報警外，一般不能觸發(fā)報警裝置和消防聯(lián)動設(shè)備。

2.4.2控制系統(tǒng)配置要點

FGS的安全等級應(yīng)取得IEC 61508 SIL3以上認證，具有完備的冗余、自診斷及容錯技術(shù)，所有設(shè)備和部件采用雙重或三重化、容錯結(jié)構(gòu)。

1) 數(shù)字量輸入信號的處理。數(shù)字量輸入回路結(jié)構(gòu)如圖2所示，由于FGS是非故障安全模式，數(shù)字量輸入如手動火災(zāi)報警按鈕、壓力開關(guān)等，正常時均處于斷開位置，報警時才會閉合,以防止回路故障產(chǎn)生誤動作。為了保證上述觸點信號在危險事件發(fā)生時能正常動作并觸發(fā)報警和聯(lián)鎖，所有數(shù)字量輸入應(yīng)進行在線監(jiān)測，通常做法是將開關(guān)觸點與一定阻值的電阻串、并聯(lián)后引入模擬量輸入卡，一般R2的阻值是R1的數(shù)倍，如ABB系統(tǒng)，R1阻值為2.7 kΩ，R2阻值為10 kΩ，以明顯區(qū)分電流大小。然后在邏輯中對輸入電流進行判斷，以此來判斷回路的正常、報警、短路和斷路的狀態(tài)，并給出相應(yīng)的報警信息。

2) 數(shù)字量輸出。FGS中的數(shù)字量輸出包括聲光報警器、電磁閥等信號，正常時上述設(shè)備均處于不帶電狀態(tài)，為了保證其在要求觸發(fā)時能正常動作，系統(tǒng)采用的數(shù)字量輸出卡件應(yīng)能對輸出回路進行在線監(jiān)測，以判斷回路是否處于健康狀態(tài)，輸出回路負載的失效將會觸發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)報警，并給出對應(yīng)的故障通道。

圖2 數(shù)字量輸入回路結(jié)構(gòu)示意

3) 系統(tǒng)報警。FGS應(yīng)能夠提供全面的系統(tǒng)故障自診斷功能和較強的容錯能力，系統(tǒng)中的任何故障，如系統(tǒng)故障、供電故障、回路故障等，均應(yīng)能被實時監(jiān)控，并發(fā)出聲光報警；完備的自診斷和故障報警功能是FGS保證功能安全的重要保障。

4) 人機接口。人機接口包括FGS的操作站和輔操臺上的監(jiān)控設(shè)備等，安裝在中心控制室的控制臺上。一般在輔操臺上安裝有與FGS硬接線連接的開關(guān)或按鈕等設(shè)備，用于手動啟動各種消防聯(lián)動設(shè)備。另外，應(yīng)在操作室適當位置安裝1個火災(zāi)報警控制盤來指示各防火分區(qū)和現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)，危險發(fā)生時發(fā)出聲光警報，提醒操作人員，并可手動啟動相關(guān)消防聯(lián)動設(shè)備。同時，為了輔助安全撤離和消防救援可在控制臺上安裝1臺風速風向顯示器，風速風向儀一般安裝在中心控制室樓頂。

3 結(jié)束語

目前國內(nèi)在建、已建的大型石化項目，消防報警系統(tǒng)的設(shè)計大部分還是采用相互獨立的GDS和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，其設(shè)計分工明確，管理簡單，便于消防驗收。但隨著企業(yè)消防和安全設(shè)計理念與國際的逐漸接軌，F(xiàn)GS將被更廣泛的應(yīng)用。

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