徐 亮 袁思恩 馬偉平
〔1 中國(guó)石油管道公司 河北廊坊 065000;2 中石油燃料油有限責(zé)任公司寧波大榭倉(cāng)儲(chǔ)分公司浙江寧波 3158123 中國(guó)石油管道科技研究中心 河北廊坊 065000〕
“十三五”期間,我國(guó)長(zhǎng)輸管道行業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。截止2016年12月,長(zhǎng)輸油氣管道總長(zhǎng)度為12.3萬(wàn)km[1]。油氣站場(chǎng)工藝設(shè)施存儲(chǔ)易燃、易爆和有毒氣體,一旦發(fā)生泄漏和爆炸事故,會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失和環(huán)境污染??扇?xì)怏w探測(cè)器廣泛應(yīng)用于油氣站場(chǎng),可以連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控油氣站場(chǎng)工藝設(shè)施中可燃有毒氣體泄漏情況,及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警,并啟動(dòng)停運(yùn)設(shè)備、疏散人員、通風(fēng)、滅火等應(yīng)急措施,降低環(huán)境危險(xiǎn)性,保障裝置和人身安全[2]。
針對(duì)可燃?xì)怏w探測(cè)器的設(shè)置場(chǎng)所、安裝位置、報(bào)警濃度、維護(hù)校驗(yàn)等技術(shù)問(wèn)題,國(guó)內(nèi)管道企業(yè)做法不一致,有必要在標(biāo)準(zhǔn)層面進(jìn)行統(tǒng)一和規(guī)范。為此介紹了國(guó)外可燃?xì)怏w探測(cè)器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,闡述國(guó)外管道行業(yè)在可燃?xì)怏w探測(cè)器產(chǎn)品的選型、設(shè)置場(chǎng)所、報(bào)警設(shè)定值、運(yùn)行維護(hù)和培訓(xùn)方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),對(duì)提高我國(guó)管道行業(yè)安全管理水平具有參考意義。
(1)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB 50493—2015《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》;
(2)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY 6503—2016《石油天然氣工程可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)安全規(guī)范》;
(3)中石油標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 152—2012《油氣管道火災(zāi)和可燃?xì)怏w自動(dòng)報(bào)警 系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》、Q/SY GD 1053—2014《輸油氣站庫(kù)固定消防系統(tǒng)手冊(cè)》;
(4)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012《爆炸性氣體環(huán)境 第29-2部分: 氣體探測(cè)器-易燃?xì)怏w和氧氣探測(cè)器的選型、安裝、使用和維護(hù)》;
(5)加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA C22.2 NO.152-M1984(Reaffirmed 2016)《Combustible Gas Detection Instruments/可燃?xì)怏w探測(cè)器》;
(6)俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)ВППБ 01-05-1999《干線輸油管道運(yùn)營(yíng)消防安全規(guī)則》。
國(guó)內(nèi)可燃?xì)怏w探測(cè)器的產(chǎn)品選型原則是,烴類可燃?xì)怏w宜選用催化燃燒型或紅外吸收型氣體探測(cè)器,缺氧或高腐蝕性場(chǎng)所宜選用紅外吸收型氣體檢測(cè)器,還有電化學(xué)型、熱傳導(dǎo)型、半導(dǎo)體型和光致電離型氣體探測(cè)器等,其中催化燃燒型氣體檢測(cè)器應(yīng)用最廣泛。
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012列舉了催化燃燒型、熱傳導(dǎo)型、紅外吸收型、半導(dǎo)體型、電化學(xué)型和光致電離型氣體探測(cè)器,在工作溫度、適用探測(cè)氣體種類/濃度范圍、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間和抗干擾性等方面,技術(shù)指標(biāo)參數(shù)與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基本一致。此外還介紹了火焰離子化探測(cè)器(FID) 和火焰溫度分析儀(FTA),國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)未見(jiàn)規(guī)定,國(guó)內(nèi)油氣站場(chǎng)也鮮有應(yīng)用案例,建議進(jìn)一步研究這兩種新型氣體探測(cè)器的適用性和應(yīng)用效果。
可燃?xì)怏w檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)地理?xiàng)l件、環(huán)境氣候、站場(chǎng)總體布局、氣體理化性質(zhì)、釋放源特性和操作巡檢路線等條件,選擇氣體易于積聚、便于采樣和適于安裝的位置布置。有關(guān)氣體探測(cè)器設(shè)置場(chǎng)所,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)較全面,但在不同層級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中存在重復(fù)交叉,例如:
(1)GB 50493適用于石油化工行業(yè),油氣站場(chǎng)可參考執(zhí)行。GB 50493規(guī)定壓縮機(jī)和離心泵密封處、液體/氣體采樣口、液體排放口和氣體放空口、液體儲(chǔ)罐防火堤、在線分析儀表間、工藝閥井、地坑及排污溝等場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置氣體探測(cè)器。
(2)GB 50183 規(guī)定天然氣凝液、液化石油氣罐區(qū)和可燃?xì)怏w壓縮機(jī)房應(yīng)設(shè)氣體探測(cè)器。
(3)Q/SY GD 1053規(guī)定油氣站場(chǎng)的工藝閥井、地坑及排污溝應(yīng)設(shè)氣體探測(cè)器,原油、成品油、液化天然氣儲(chǔ)罐防火堤內(nèi)應(yīng)設(shè)氣體檢測(cè)器,如防火堤內(nèi)有隔堤且隔堤高度高于檢測(cè)器安裝高度時(shí),隔堤分隔區(qū)域內(nèi)應(yīng)設(shè)氣體檢測(cè)器。
(4)SY 6503規(guī)定應(yīng)設(shè)置氣體探測(cè)器的位置與上述標(biāo)準(zhǔn)基本一致,差異在于設(shè)在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域 2 區(qū)范圍內(nèi)的分析間應(yīng)設(shè)可燃?xì)怏w檢測(cè)器,易積聚比空氣重的可燃?xì)怏w的工藝閥井等場(chǎng)所應(yīng)設(shè)檢測(cè)器。
設(shè)置氣體探測(cè)器的場(chǎng)所,國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了場(chǎng)所類型,但未給出統(tǒng)一、規(guī)范的推薦做法,例如可燃?xì)怏w報(bào)警儀安裝距離、高度和設(shè)置數(shù)量等存在差異,各管道企業(yè)做法也不一致。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)ВППБ01-05-1999規(guī)定應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐區(qū)空氣介質(zhì)的可燃性,采樣點(diǎn)應(yīng)至少距離儲(chǔ)罐罐壁2 m、距離地面高度0.1 m;對(duì)于高含硫原油儲(chǔ)罐,可燃?xì)怏w檢測(cè)取樣點(diǎn)應(yīng)在距離儲(chǔ)罐10~12 m。對(duì)于浮頂罐,可燃?xì)怏w檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)在距離儲(chǔ)罐5~10 m;空氣濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)校核每4h不少于1次。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不同類型的儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w探測(cè)器的設(shè)置做法以及檢測(cè)頻率,具有借鑒意義。
GB 50183規(guī)定露天或棚式布置的甲類生產(chǎn)設(shè)施可不設(shè)可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警裝置。中石油設(shè)計(jì)文件《輸氣管道工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》規(guī)定:
(1)露天的天然氣工藝裝置區(qū)可不設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)器。
(2)控制室、UPS室、配電室等房間應(yīng)設(shè)置感煙、感溫探測(cè)器。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房、鍋爐房和密閉天然氣壓縮機(jī)廠房等可能因可燃?xì)怏w泄漏并聚集,產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)的密閉房間應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)器。同時(shí),站場(chǎng)應(yīng)配置一定數(shù)量的便攜式可燃?xì)怏w檢測(cè)儀,供現(xiàn)場(chǎng)巡檢使用。
針對(duì)露天場(chǎng)所是否設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)器,國(guó)內(nèi)外做法存在差異。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定露天場(chǎng)所可以不設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器,但部分管道站場(chǎng)仍設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器,例如西氣東輸一線在工藝區(qū)過(guò)濾分離和清管收發(fā)球筒處等露天場(chǎng)所設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器。由于天然氣密度較輕,上升后難以檢測(cè),導(dǎo)致在露天區(qū)域設(shè)置的可燃?xì)怏w報(bào)警器誤報(bào)情形較多。
調(diào)研美國(guó)TransCanada、Sunoco管道公司,不在露天場(chǎng)所設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)器,只在站場(chǎng)內(nèi)部設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器。針對(duì)露天場(chǎng)所設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器的設(shè)置,Kinder Morgan公司僅在工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí),才會(huì)在露天場(chǎng)設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器[3]。建議國(guó)內(nèi)單位嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。
氣體探測(cè)器工作的核心是傳感器。氣體探測(cè)器設(shè)計(jì)主要參照GB 50116,規(guī)定氣體探測(cè)器宜獨(dú)立設(shè)置,不應(yīng)接入火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的探測(cè)器回路。如可燃?xì)怏w報(bào)警信號(hào)需接入火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),應(yīng)用可燃?xì)怏w報(bào)警控制器接入;控制器在可燃?xì)怏w報(bào)警狀態(tài)下應(yīng)至少有兩組控制輸出。GB 50493和SY 6503規(guī)定氣體探測(cè)器故障、短路或斷路時(shí),報(bào)警設(shè)備應(yīng)能發(fā)出與可燃?xì)怏w濃度報(bào)警信號(hào)有明顯區(qū)別的聲、光故障報(bào)警信號(hào)。
加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA C22.2 NO.152規(guī)定了進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)測(cè)的重要場(chǎng)所,氣體探測(cè)器的傳感器應(yīng)采用雙重或者三重冗余設(shè)計(jì),或者采用“故障安全性”“自動(dòng)保護(hù)型”控制電路,避免由于氣體探測(cè)器的某個(gè)傳感器故障,或者控制電路元器件故障,導(dǎo)致不能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了氣體探測(cè)器和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的邏輯關(guān)系,以及控制器多線路輸出功能,但針對(duì)氣體探測(cè)器重要部件是否需要進(jìn)行冗余設(shè)計(jì),標(biāo)準(zhǔn)無(wú)相關(guān)規(guī)定。建議我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)人員限制進(jìn)入的作業(yè)場(chǎng)所或者受限空間場(chǎng)所,例如儲(chǔ)罐進(jìn)入和清洗作業(yè),氣體探測(cè)器應(yīng)采用傳感器冗余設(shè)計(jì)理念,確保在傳感器故障條件下的環(huán)境安全監(jiān)測(cè)。
GB 50493和SY 6503規(guī)定可燃?xì)怏w探測(cè)器應(yīng)采用兩級(jí)報(bào)警,二級(jí)報(bào)警優(yōu)先于一級(jí)報(bào)警??扇?xì)怏w的一級(jí)報(bào)警設(shè)定值小于或等于25 %爆炸下限;可燃?xì)怏w二級(jí)報(bào)警設(shè)定值小于或等于50 %爆炸下限。Q/SY 152規(guī)定遠(yuǎn)程開(kāi)路對(duì)射式可燃?xì)怏w報(bào)警器一級(jí)報(bào)警小于或等于全量程的10 %,二級(jí)報(bào)警小于或等于全量程的20 %。
加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA C22.2 NO.152規(guī)定催化燃燒型氣體探測(cè)器甲烷報(bào)警的設(shè)定值不低于5 %LFL,丙烷和丁烷報(bào)警設(shè)定值不低于10 %LFL,易燃?xì)怏w-空氣混合物報(bào)警設(shè)定值不低于20 %LFL。針對(duì)氣體探測(cè)器報(bào)警設(shè)定值,加拿大標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格,建議氣體探測(cè)器一級(jí)報(bào)警設(shè)定值小于20 %LEL。
國(guó)內(nèi)油氣站場(chǎng)設(shè)備維護(hù)側(cè)重于離心泵、壓縮機(jī)和加熱爐等,油庫(kù)消防系統(tǒng)維護(hù)側(cè)重消防泵、泡沫滅火裝置等,往往忽略了氣體探測(cè)器。由于維護(hù)不及時(shí)、防護(hù)措施不到位等導(dǎo)致的誤報(bào)警、設(shè)備老化等故障問(wèn)題普遍存在[4]。針對(duì)氣體探測(cè)器防護(hù)措施,國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)較簡(jiǎn)略,例如Q/SY GD 1053規(guī)定氣體探測(cè)器周圍應(yīng)預(yù)留更換和標(biāo)定的空間,按照防爆要求施工,探測(cè)器在室外時(shí)應(yīng)有防塵和防雨設(shè)施。
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012規(guī)定了復(fù)雜場(chǎng)所和惡劣氣候條件下氣體探測(cè)器應(yīng)采取的防護(hù)措施,具有借鑒意義,即在下列現(xiàn)場(chǎng)氣候和環(huán)境條件下,氣體探測(cè)器應(yīng)采取特殊防護(hù)措施:
(1)環(huán)境溫度低于-10℃,電化學(xué)型氣體探測(cè)器電解液可能凍結(jié),應(yīng)采取防凍措施;
(2)安裝在機(jī)械設(shè)備上的氣體探測(cè)器應(yīng)采用防振或減振設(shè)計(jì);
(3)腐蝕性空氣環(huán)境中的氣體探測(cè)器(如氨、酸霧、H2S等),應(yīng)采取預(yù)防性的保護(hù)措施,避免嚴(yán)重腐蝕導(dǎo)致電氣故障;
(4)塵埃、潮氣、油脂和薄霧等空氣污染物可能導(dǎo)致氣體探測(cè)器元件故障。
國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) Q / SY 152和 Q / SY GD 1053規(guī)定氣體探測(cè)器在維修期間,應(yīng)采取可靠的替代措施,保證現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行安全,但未給出明確具體的替代措施,這對(duì)于油氣站場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行管理可能造成不便和混淆,甚至形成安全隱患[5]。
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012規(guī)定了氣體探測(cè)器故障時(shí)應(yīng)采取下列替代措施:氣體探測(cè)器故障時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào),使用便攜式可燃?xì)怏w檢測(cè)儀,啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備,消除點(diǎn)火源,釋放源封閉,停止設(shè)備運(yùn)行。建議借鑒美國(guó)標(biāo)準(zhǔn),補(bǔ)充完善國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中氣體探測(cè)器故障時(shí)的替代措施。
針對(duì)氣體探測(cè)器的培訓(xùn),管道企業(yè)執(zhí)行制造商或者產(chǎn)品說(shuō)明書,主要針對(duì)氣體檢測(cè)器操作維護(hù)規(guī)程,而對(duì)氣體探測(cè)器運(yùn)行特性、檢定氣體介質(zhì)、零位漂移調(diào)整、讀數(shù)異常和報(bào)警滯后等特殊復(fù)雜問(wèn)題較少涉及[6]。
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012規(guī)定操作人員應(yīng)掌握氣體探測(cè)器基本知識(shí),包括以下方面:
(1)氣體探測(cè)器只能探測(cè)周圍一定區(qū)域內(nèi)的氣體,氣體探測(cè)器不能探測(cè)可燃液體、可燃薄霧、 粉塵和纖維等。
(2)顯著濕度 /溫度變化可能導(dǎo)致液體產(chǎn)生蒸汽或者蒸汽凝結(jié)在探測(cè)器內(nèi)部,使探測(cè)器讀數(shù)顯示錯(cuò)誤、誤報(bào)警或者不能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
(3)氣體檢測(cè)器的靈敏度對(duì)不同種類的氣體略有差異, 如果被檢測(cè)氣體和儀器校準(zhǔn)所用氣體不一致,讀數(shù)顯示可能略高,屬于儀器正常工作范圍。
(4)讀數(shù)異常原因可能是儀器故障或者空氣擾動(dòng),如存在讀數(shù)異??赡苄?,可用相同類型的檢測(cè)器進(jìn)行驗(yàn)證,疑似故障的檢測(cè)器應(yīng)檢查后才能繼續(xù)使用。
(5)連續(xù)性檢測(cè)低濃度可燃?xì)怏w可能導(dǎo)致讀數(shù)零位漂移,如存在這種情形,請(qǐng)用清潔空氣對(duì)儀器進(jìn)行重新校準(zhǔn)后方可繼續(xù)使用。
(6)任何出現(xiàn)讀數(shù)超出量程的情形,都應(yīng)假設(shè)存在爆炸性氣體,并采取必要處置措施,除非用相同類型探測(cè)器確認(rèn)不存在爆炸性氣體。
梳理了國(guó)內(nèi)外可燃?xì)怏w探測(cè)器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,針對(duì)國(guó)內(nèi)可燃?xì)怏w探測(cè)器的設(shè)置場(chǎng)所、安裝位置、報(bào)警濃度、維護(hù)校驗(yàn)等問(wèn)題,介紹了國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和推薦做法,建議國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)借鑒完善。
(1)建議進(jìn)一步研究火焰離子化探測(cè)器和火焰溫度分析儀的適用性和應(yīng)用效果。
(2)借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定不同類型的儲(chǔ)罐區(qū)可燃?xì)怏w探測(cè)器的設(shè)置做法,包括安裝距離、高度和設(shè)置數(shù)量等。
(3)針對(duì)需要進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)測(cè)的重要場(chǎng)所,氣體探測(cè)器應(yīng)采用傳感器冗余設(shè)計(jì),確保在傳感器故障條件下的環(huán)境安全監(jiān)測(cè)。
(4)在低溫環(huán)境、機(jī)械設(shè)備振動(dòng)超標(biāo)、強(qiáng)腐蝕性和潮濕環(huán)境等復(fù)雜場(chǎng)所和惡劣氣候條件下氣體探測(cè)器應(yīng)采取的防護(hù)措施
(5)建議氣體探測(cè)器一級(jí)報(bào)警設(shè)定值由<25% LEL提高到<20% LEL。
(6)補(bǔ)充氣體探測(cè)器故障時(shí)應(yīng)采取的替代措施。
(7)將氣體探測(cè)器運(yùn)行特性、檢定氣體介質(zhì)、零位漂移調(diào)整、讀數(shù)異常和報(bào)警滯后等問(wèn)題納入氣體探測(cè)器培訓(xùn)。