氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)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)

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氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)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(jīng)濟(jì)損失，設(shè)計(jì)開發(fā)了氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)的管理，將預(yù)警、響應(yīng)、控制等程序科學(xué)地融為一體，滿足了目前石化廠區(qū)安全監(jiān)控需求.實(shí)現(xiàn)了安全報(bào)警系統(tǒng)集中監(jiān)控與分布監(jiān)控，降低了管理、維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，為氣體泄漏檢測提供了軟硬件技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：氣體檢測泄漏報(bào)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(hù)相關(guān)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(dāng)或認(rèn)為是安全的濃度內(nèi)，預(yù)防和減少人身傷害及火災(zāi)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(shè)施和安全防護(hù)檢測檢漏設(shè)備提出了更高的要求，可靠的氣體檢測檢漏產(chǎn)品以及氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)給企業(yè)安全生產(chǎn)提供了有力的保障，且氣體檢測報(bào)警器不再只限于檢測氣體泄漏，在綜合防災(zāi)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(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成

氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)主要由檢(探)測器(探頭、變送器、顯示器、聲光報(bào)警)、模塊、采集系統(tǒng)、指示報(bào)警設(shè)備(DCS或PLC等)和電纜線路等部分組成，實(shí)現(xiàn)了對保護(hù)區(qū)的氣體泄漏檢測、報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制。當(dāng)環(huán)境中氣體濃度達(dá)到或超過預(yù)置報(bào)警值時(shí)，報(bào)警控制器立即發(fā)出聲光報(bào)警并輸出聯(lián)動(dòng)控制信號，避免爆炸、中毒、火災(zāi)等事故發(fā)生。安全可靠的探測報(bào)警器是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，可連續(xù)檢測空氣中存在的氣體濃度，并通過報(bào)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(bào)警器選擇條件

使用檢測報(bào)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(bào)警，其前提條件是必須進(jìn)行長時(shí)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(yīng)預(yù)防的泄漏部位，實(shí)際上幾乎是不可能的。因?yàn)闅怏w泄漏量有多有少，而且風(fēng)向、風(fēng)速及泄漏的環(huán)境條件也各不相同，所以其危險(xiǎn)性也不相同。

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

在危險(xiǎn)場所使用或設(shè)置的檢測元件，當(dāng)有氣體泄漏時(shí)自然要暴露于危險(xiǎn)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(jié)構(gòu)的氣體報(bào)警器。對于長時(shí)間連續(xù)使用的設(shè)備，要進(jìn)行定期標(biāo)定、檢查和維修。

在選擇種類時(shí)，除考慮上述條件外，還需根據(jù)煉化企業(yè)綜合防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)中要求考慮氣體檢測報(bào)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(jié)果分析問題，才能選出性價(jià)比高的氣體檢測報(bào)警器。

3各種報(bào)警器的應(yīng)用對比

石油化工現(xiàn)場已經(jīng)布置安裝了點(diǎn)式可燃?xì)怏w報(bào)警器和毒氣報(bào)警器，但由于存在漏報(bào)導(dǎo)致很多危險(xiǎn)場合火災(zāi)中毒事故頻發(fā)，這是由各種報(bào)警器的工作原理和性能決定的。

1) 現(xiàn)有的點(diǎn)式可燃?xì)怏w報(bào)警器采樣方式多為擴(kuò)散式，氣體只有擴(kuò)散到傳感器的有效反應(yīng)區(qū)域才能報(bào)警，其反應(yīng)速度較慢，測量結(jié)果易受風(fēng)向、風(fēng)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(bào)警器需要定期標(biāo)定。

3) 紅外可燃?xì)怏w報(bào)警器免標(biāo)定，抗中毒，維護(hù)量小。

4) 超聲波檢測檢漏產(chǎn)品反應(yīng)報(bào)警速度快，不受水、霧、雨、風(fēng)向、風(fēng)力的影響，安裝簡單、方便，不需要定期標(biāo)定，基礎(chǔ)的改變不影響報(bào)警。由氣體泄漏產(chǎn)生的超聲波不受風(fēng)的影響或稀釋，因而該技術(shù)在室外安裝非?？煽?，它能瞬時(shí)響應(yīng)所有類型的氣體泄漏。但超聲波檢測檢漏產(chǎn)品也有它的缺點(diǎn)，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(bào)警器能適應(yīng)所有的現(xiàn)場和環(huán)境，如何根據(jù)檢測報(bào)警要求和現(xiàn)場環(huán)境要求在眾多的檢測報(bào)警儀表中選擇檢測報(bào)警準(zhǔn)確可靠、維護(hù)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(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)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(chǎn)裝置的有毒有害氣體檢測報(bào)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(chǎn)過程服務(wù)，如監(jiān)控工藝參數(shù)等，而對于事故預(yù)警設(shè)施的有毒有害氣體檢測報(bào)警儀，DCS只是監(jiān)控氣體檢測數(shù)據(jù)、柱狀圖、歷史曲線、報(bào)警聲音，并且一個(gè)中心控制室有20～30臺DCS顯示屏，分別控制不同生產(chǎn)裝置的有毒有害氣體檢測報(bào)警儀，不能滿足一個(gè)中心控制室控制的200～300多臺有毒有害氣體檢測報(bào)警儀的集中管理控制。DCS斷電時(shí)裝置一旦發(fā)生氣體泄漏，氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)因不能工作會(huì)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(bào)警控制系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警時(shí)不能自動(dòng)顯示報(bào)警位置，只能彈出一閃光的小圖框，且報(bào)警的聲音與工藝參數(shù)報(bào)警聲一致，也沒有語音報(bào)警提示，易使崗位人員混淆；有些即使顯示報(bào)警位置也只能顯示報(bào)警位號，需要崗位人員從報(bào)警位號入手找到對應(yīng)的實(shí)際報(bào)警部位，易延誤泄漏的處理時(shí)機(jī)。

現(xiàn)有的DCS控制的氣體監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)主要具備監(jiān)測危險(xiǎn)量及超限報(bào)警功能，由于存在監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和措施銜接不緊、預(yù)案可操作性不強(qiáng)等缺陷，使得預(yù)警系統(tǒng)及其技術(shù)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(yù)防?，F(xiàn)有的氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)只具備報(bào)警提示功能，易造成報(bào)警時(shí)崗位人員不知如何處理或者處理不當(dāng)引發(fā)事故。

4.2氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路是保持原有各裝置現(xiàn)場一次表在DCS上顯示不變，獨(dú)立開發(fā)一套完整的具有檢測報(bào)警、處理的系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件上采用“一進(jìn)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(jī)。軟件采用基于IE風(fēng)格的Webaccess組態(tài)軟件。

現(xiàn)場的檢測報(bào)警信號(4～20 mA)通過控制電纜進(jìn)入控制柜內(nèi)的“一進(jìn)兩出”信號分配器，分兩路標(biāo)準(zhǔn)信號(4～20 mA)輸出，一路進(jìn)入裝置DCS的原輸入通道，另一路進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)傳送到設(shè)在2號(1號)中心控制室的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)在2號(1號)中心控制室工程節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行Web發(fā)布，在整個(gè)公司局域網(wǎng)上只要知道工程節(jié)點(diǎn)的IP地址，并且安裝客戶端Client[10],就可以訪問各裝置的報(bào)警器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

當(dāng)系統(tǒng)有報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)彈出報(bào)警位置照片和預(yù)案，并且伴有語言報(bào)警聲音，督促操作人員處理，應(yīng)急處置預(yù)案如下：

1) 內(nèi)操在DCS上確認(rèn)報(bào)警器編號，通過視屏監(jiān)控器對現(xiàn)場進(jìn)行檢查；同時(shí)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(bào)警器，根據(jù)風(fēng)向標(biāo)指示，自上風(fēng)口進(jìn)入現(xiàn)場，啟動(dòng)事故通風(fēng)機(jī)，打開門窗進(jìn)行通風(fēng)，然后查找泄漏，1人作業(yè)、1人監(jiān)護(hù)。

4) 與內(nèi)操通過對講機(jī)保持聯(lián)系，匯報(bào)現(xiàn)場監(jiān)測情況，內(nèi)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(shí)，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(jìn)行處理。

6) 泄漏較大時(shí)，通知內(nèi)操聯(lián)系生產(chǎn)運(yùn)行處值班室、車間值班干部和車間應(yīng)急小組組長，由生產(chǎn)運(yùn)行處通知相鄰單位注意防護(hù)。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(shè)置警戒點(diǎn)。

7) 關(guān)閉相關(guān)閥門，封閉流程，打開相鄰處消防蒸汽和掩護(hù)蒸汽圈，進(jìn)行隔離稀釋，臨氫高壓系統(tǒng)大泄漏時(shí)，立即啟動(dòng)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(xiǎn)區(qū)域，設(shè)置警戒線，禁止無關(guān)人員進(jìn)入，車間應(yīng)急小組到位處理。

5氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)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(shí)現(xiàn)了安全報(bào)警系統(tǒng)集中監(jiān)控與分布監(jiān)控相結(jié)合，同時(shí)既要獨(dú)立監(jiān)控又與其他系統(tǒng)(如： DCS，ESD)聯(lián)動(dòng)的最佳方案。該系統(tǒng)實(shí)施后，取得了很好的效果：

1) 解決了 DCS監(jiān)控報(bào)警只自動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)報(bào)警小圖標(biāo)的常規(guī)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用語音加畫面同時(shí)報(bào)警，不僅顯示報(bào)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(yīng)提供了軟硬件的技術(shù)支撐，將預(yù)警、響應(yīng)、控制等程序科學(xué)地融為一體。

2) 該系統(tǒng)對現(xiàn)場報(bào)警器工作狀態(tài)實(shí)時(shí)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(jìn)行提示報(bào)警。該系統(tǒng)的首次運(yùn)用減輕了儀表維護(hù)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(bào)警器系統(tǒng)中存在的問題及故障，以便及時(shí)采取維護(hù)措施。

3) 該系統(tǒng)可以提取所有報(bào)警和儀表故障時(shí)的歷史數(shù)據(jù)和曲線，給事故處理提供依據(jù)。一旦生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生了火災(zāi)、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(diào)查報(bào)告的有利證據(jù)和依據(jù)。

4) 系統(tǒng)獨(dú)立于DCS，并可與DCS通信，確保報(bào)警系統(tǒng)的獨(dú)立穩(wěn)定，同時(shí)又具有開放性。因DCS控制著主要生產(chǎn)過程的各種參數(shù)指標(biāo)，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(huì)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(yùn)行，是一套獨(dú)立的安全監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)了保護(hù)性和可靠性。

5) 具有重復(fù)報(bào)警功能。當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，操作人員在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒有處理，將重復(fù)報(bào)警，直到處理完畢為止。

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

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

8) 系統(tǒng)帶有網(wǎng)絡(luò)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(bào)警器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)上，相關(guān)人員可以按照不同的權(quán)限通過以太網(wǎng)或局域網(wǎng)等查看、修改報(bào)警器相關(guān)信息。通過辦公室電腦可以使各級安全管理人員隨時(shí)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的泄漏情況、掌握檢測預(yù)警設(shè)備的使用完好情況，同時(shí)減輕了安全人員的工作強(qiáng)度和工作量。

6結(jié)束語

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

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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(xiàn)標(biāo)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(dòng)化儀表管理，任工程師。

稿件收到日期： 2015-02-02。