火災檢測系統在長北氣田的應用

綦寶朋

摘 要：長北氣田采用三頻紅外火焰探測器和模擬量感溫電纜監控井叢火情，上傳分散控制系統DCS和儀表安全系統IPS，采取相應的保護動作，保證長北氣田的安全生產。

關鍵詞：模擬量感溫電纜；分散控制系統DCS；儀表安全系統IPS

中圖分類號：TE34 文獻標識碼：A

1 工程概況

長北氣田開發項目叢式井和匯管工程井叢是中國石油與英國殼牌石油公司合作開發的，位于陜西省榆林市。從油田的現狀來看，火災檢測關系到油田的安全生產，日益受到重視。長北氣田一個井叢一般包括3口單井。每單井采出的天然氣經過注甲醇和緩蝕劑的處理后，再將處理過的天然氣進行節流調壓匯入井叢匯管外輸至中央處理廠（CPF）。一般而言，一個大的中央處理廠（CPF）能接收30～40個井叢的外輸天然氣，能接收大概100多口井的外輸天然氣。

2模擬量感溫電纜

井口采用模擬量線性差定溫探測器進行火災檢測，并將火災報警信號輸入IPS系統，同時通過馬達控制中心（MCC）關閉所有的甲醇和緩蝕劑注入泵，通過WHCP關閉所有井口的井上主閥和井下安全閥以及所有的液壓泵，關閉匯管與外輸管線之間的氣動切斷閥。感溫電纜，又名線型感溫火災探測器，感溫電纜具有沿全線長連續監測保護對象溫度的能力。

感溫電纜內部一般是兩根彈性鋼絲，鋼絲外面包有一層感溫且絕緣的材料。在正常狀態下，這兩根鋼絲是絕緣的，環境溫度升到設定溫度值時，對溫度敏感的材料會發生破裂，從而導致兩根鋼絲短路，IO模塊檢查到短路信號隨即發出報警，這就是常用的開關量感溫電纜。

最近，隨著對感溫電纜需求的提高，領域的擴展，出現了模擬量定溫式和模擬量差定溫式感溫電纜。感溫電纜從以前的兩芯開關量變成四芯模擬量。四芯模擬量定溫式感溫電纜由四根線芯組成。當溫度發生變化時，四芯導線間的電阻也隨之發生變化，在電阻變化速率或變化量達到設定的報警值時，探測器發出差溫火災或定溫火警報警信號。以下是感溫電纜結構圖。

模擬量線性差定溫器里面含有四根線纜，外面采用了金屬屏蔽編制層和外護套，就是一般意義上的鎧裝電纜，這種鎧裝電纜具有較強的抗機械損傷的能力。并且外面可以加屏蔽層，這樣的電纜不僅抗拉，抗機械損傷，還能防水，防腐蝕和防電磁干擾。

3 三頻火焰報警

在長北氣田現場發現模擬量線性差定溫探測器進行火災檢測存在以下兩個問題：模擬量線性差定溫探測器靈敏度不高；模擬量線性差定溫探測器誤報率非常高。這兩個問題直接會導致火情延誤或者誤報。如果延誤火情報告，大火燃燒起來無疑會給長北氣田井叢帶來極大的損失。而如果誤報火情，現場實際未發生火災，但是將火災信號傳遞給了分散控制系統DCS，分散控制系統DCS會按照發生火災的情況，采取緊急措施。關閉天然氣采氣樹，將管線內的天然氣介質迅速排空，這種情況無疑給生產帶來巨大的經濟損失。并且重新啟動采氣樹進行工作，需要一定的時間。

結合以上的情況，長北氣田增加了三頻紅外火焰探測器。在井口不同的地方，設置三個三頻紅外火焰探測器。按照不同的角度完全覆蓋井口部分，一旦井口有一處發生火情，有了最初的火苗。按照三選二的原則，只要三個三頻紅外火焰探測器中兩個或者全部報警。分散控制系統DCS就會按照發生火災，進行下面的處置動作。三頻紅外火焰探測器的精度是非常高的，有了火苗會第一時間進行報警，三選二的原則能有有效地避免誤報。雖然選擇三頻紅外火焰探測器成本會提高。但是相比于頻繁誤報或者漏報，這部分投入還是非常值得的。

三頻火焰探測器不能裝在溫度非常高的場所；有強烈腐蝕性氣體的場所；油煙比較大的廚房，或者有煙霧的長期滯留的場所；平時有大量煙霧經過或進出的地方；溫度過低，濕氣過大從而行成結露的地方；要是有明火經常出現并且明火是一種正常生產需要的地方，比如說鍋爐等地方；有明顯的遮蔽物的場所；這些地方都不適用于三頻火焰探測器的安裝與使用。

三頻火焰探測器具有很強的抗干擾能力。正常工作時，大自然的光如太陽，熱源發出的紅外線，安裝時候產生的電弧焊，閃電造成的紅外紫外光束都不應該引起誤報。覆蓋范圍和覆蓋角度都很大，對火焰產生的紅外線紫外線是非常靈敏的。三頻火焰探測器探測范圍都在90度以上，探測距離不小于35英尺。反應時間快，并且三頻火焰探測器至少能提供兩個信號，一個是火焰預報警另一個是火焰報警信號。

三頻火焰探測器能夠適應惡劣的外部環境。根據長北氣田井叢站場的需要，三頻火焰探測器要安裝在露天場所，探測器探頭能夠防雨水，塵土和風沙。三頻火焰探測器的主要部件材質是不銹鋼。保證在外部環境中不銹蝕。

三頻火焰探測器根據現場的需要有可能與可燃氣體報警器一起安裝，火焰報警器有公共報警和單獨報警。單獨報警的聲音應該與其他的報警聲音相區別。有自檢或者各種功能的測試。并且帶有存儲功能，對報警信息的記錄，不小于30天，以利于追索。還有掉電保護功能，要是突然電源故障，采用內部的電池供電，時間不小于2個小時。帶來電后，切換到正常電源，并且給電池重新充電。

結語

采用三頻紅外火焰探測器來檢測火情在中石油井叢安全設計中是比較少見的。以前中石油只有在大型的油庫中才會采用三頻紅外火焰探測器來檢測火情。在長北氣田井叢設計中采用三頻紅外火焰探測器和模擬量感溫電纜能夠有效地解決的問題，保證了長北氣田的安全生產。

參考文獻

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[2]王華喬.PLC應用與發展現狀淺析[J].計量與測試技術，2011.