天然氣處理廠火氣報警系統的研究與應用

陳宗宇 侯 山 蔣昌星 劉宇坤 梁 坤

(中國石油長慶油田第三采氣廠，內蒙古自治區 鄂爾多斯 017300)

蘇里格第四天然氣處理廠采用的 DCS系統由相對獨立并互相聯系的過程控制系統(PCS站)、緊急停車系統(ESD站)和火氣系統(FGS站)共同組成。按控制功能或區域將控制站進行分散配置，用多個控制站組合，控制整個生產過程，從而實現控制功能分散和危險分散。

FGS系統包括可燃氣體檢測與報警系統、火災檢測與報警系統。FGS系統的主要功能是在火災和可燃氣體泄漏的情況下能及時準確地探測出所保護區域范圍內可能出現的火災、可燃氣體或有毒氣體，迅速做出判斷，立即采取正確的措施，確保設備和人員的安全。為了達到這個目標，蘇里格第四天然氣處理廠FGS系統的主要功能要求包括：連續探測并早期發現可能聚集的可燃氣體或有毒氣體；連續探測并早期發現可能出現的火焰或存在的火災；提供為滅火而設置的手動和自動消防裝置；設置聲光報警裝置，通過不同的聲音和顏色報警使操作人員能區分不同的危險類型；傳送相關的I/O狀態和儀表設備及故障信號到中央控制室的DCS系統，FGS系統與PCS系統進行數據連接，建立動態數據庫，當有報警信號時，能準確地切換到相應畫面，顯示出報警部位；FGS系統向ESD系統發出火災報警信號，ESD系統做相應的緊急停車控制；提供事件順序記錄報告。

1 FGS系統的設計方案①

設備在運行過程中存在著各種危害因素。天然氣處理廠內各主要設備和生產、裝卸、儲存區域都存在火災、爆炸和中毒的潛在危險，包括以下幾個方面：

a. 集配氣區、增壓站、脫油脫水裝置區、燃料氣區、凝析油穩定裝置區、甲醇回收裝置區、儲運設施區、污水處理區、放空火炬區、供水站及供熱站等區域在自然環境條件下(風、雪、雨、霧、雷、電、地震、極低溫度及極高溫度等)可能導致天然氣泄漏、出現火災情況；

b. 設備運行過程中出現故障(超壓、失電、自身故障、附件的故障及自控系統故障等)也可能導致天然氣泄漏、出現火災情況；

c. 各區域設備還存在著一定的潛在危險(誤操作、排液閥門沒未關緊、開關閥門過猛、管線振動、超壓、裝車不接地線、裝車溢車以及易燃易爆化驗藥品存放等)都可能導致天然氣泄漏、出現火災情況。

按照FGS系統的整體要求和功能要求，可以確定設置以BB控制器為中心的集可燃、有毒氣體探測報警系統和火災探測報警系統為一體的FGS系統。FGS系統設計的方案主要包括：

a. 設置可燃氣體探測器和聲光報警設備；

b. 設置手動報警和聲光報警設備；

c. 設置火焰探測器和聲光報警設備；

d. 增壓站設置聯鎖風機組；

e. 中心控制室設置火災自動報警系統；

f. FGS系統與緊急停車系統ESD系統的通信。

2 FGS系統儀表選型與應用

2.1 可燃氣體變送器

處理廠的天然氣中主要成分是甲烷及乙烷等碳氫化合物。第四處理廠可燃氣體檢測變送器采用點型紅外氣體檢測器，其分布如圖1所示。處理廠共有108個可燃氣體檢測變送器，構成了全廠的可燃氣體檢測網。

圖1 可燃氣體探測器分布

可燃氣體探測器在不同的區域里數量和分布位置都有不同的要求，從圖1中可以觀察到各個不同區塊都相應布置了氣體檢測變送器。主要設備和管線附近設計安裝可燃氣體探測器對氣體泄漏等意外情況有很好的監測功能。對于供熱區域，燃料氣導熱油爐間內應適當增加可燃氣體探測器，保證氣體泄漏時能及時檢測到。空氮站內無氣體泄漏檢測裝置，對于設備泄漏情況不能及時檢測，對生產造成影響。

2.2 火焰探測器

處理廠采用FV282f+點型紅外火焰探測器主要檢測在3個不同的波段發出的光輻射。全廠共有70個火焰探測器(分布如圖2所示)，構成了全廠的火焰檢測網。可以看到各個不同區塊里，都相應布置了火焰檢測變送器。主要設備和管線附近設計安裝火焰探測器，出現火災等意外情況時有很好的監測功能。對于供熱區域，導熱油爐區域屬于易燃易爆區域，該區域無火焰檢測儀，對現場火災不能及時報警。建議在導熱油爐附近增加火焰探測器，保證現場及時檢測到火災隱患。

2.3 防爆聲光報警器

聲光報警器是一種用在危險場所，通過聲音和各種光來向人們發出示警信號的一種不會引燃易燃易爆性氣體的報警信號裝置。當生產現場發生事故或火災等緊急情況時，火災報警控制器送來的控制信號啟動聲光報警電路，發出聲和光報警信號，完成報警目的。28個FSG103型聲光報警器構成了全廠的聲光報警網，其分布如圖3所示。

圖2 火焰探測器分布圖

圖3 聲光報警分布

2.4 防爆操作接線柱

該廠共設有62個防爆操作接線柱(圖4)構成了全廠的手動報警網。可以觀察到各個不同區塊里，當發生火災及氣體泄漏等意外情況時，掰開手動按鈕上的保護外殼，旋轉并按下按鈕，即可實現該區域報警。

3 FGS系統的應用

3.1 FGS系統框架

FGS系統結構如圖5所示，現場來的儀表線進入機柜的接線端子。系統電源采用UPS供電；FGS系統采用冗余控制器，完成數據采集、處理和控制；FGS系統設置工程師站/服務器/操作員站，完成組態和實時監視。

3.1.1在線式UPS電源(B4033)

在線式UPS在市電正常時，由市電進行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負載提供交流電，在市電異常時，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態，保證無間斷輸出。

圖4 防爆操作接線柱分布

圖5 FGS系統結構示意圖

UPS為FGS系統機柜、工程師站、服務器和操作員站提供不間斷電源。UPS電源由雙UPS并聯供電，輸出電壓380V，轉換時間0ms，額定容量80kVA。

3.1.2冗余控制器

冗余控制器的功能：實現CPU、通信的冗余，雙CPU、雙電源，自動故障檢測，自動切換到熱備份控制器，報警和歷史數據的備份，組態方便。

3.1.3EPKS系統

EPKS系統主要包括：全局數據庫、全局在線文檔、實時數據庫和先進的系統框架，有良好的開放性和安全性。

3.2 FGS系統的應用

3.2.1火情報警

任何一個生產區域的手動火災報警或全廠停車時，輸出至供水站值班室語音報警儀報警。圖6是全廠火災手動報警原理圖。全廠手動報警連接至中心控制室的FGS系統，按動手動報警，傳輸至中控DI模塊，經控制器由DO模塊傳輸信號至供水站語音報警儀，同時語音報警儀報警。

3.2.2聲光報警

1#裝置區停車時(HS_001=false OR HS_000=false),1#裝置聲光報警器 (NS_3101：=TURE;NS_3102：=TURE;)報警。當2#裝置區停車時(HS_002=false OR HS_000=false),2#裝置聲光報警器 (NS_3201：=TURE;NS_3202：=TURE;)報警。3#裝置區停車時(HS_003=false OR HS_000=false),3#裝置聲光報警器 (NS_3301：=TURE;NS_3302：=TURE;)報警。全廠停車時(HS_000=false),聲光報警器都報警。

3.2.3中心控制室報警

FGS系統與PCS系統進行數據連接，建立動態數據庫。當區域中的可燃氣體變送器或火焰探測變送器檢測到的信號達到設定值時，該區域指示燈亮同時報警。當有報警信號時，能準確地切換到相應畫面，顯示出報警部位及報警性質等。

中心控制室臺上安裝有輔助操作臺鳴蜂器，現場可燃氣體檢測器或火焰探測器檢測到的信號達到報警限時，輔助操作臺鳴蜂器對應的燈閃爍，并發出聲響報警。14個區域輔助操作臺火焰報警燈編號FAL_01、FAL_02、...、FAL_13、FAL_22。14個區域輔助操作臺可燃氣體報警燈編號GAL_01、GAL_02、…、GAL_13、GAL_22。

圖6 手動火災報警按鈕原理

當區域內的任何一個可燃氣體變送器檢測到的信號達到設定值時，該區域的可燃氣體報警燈亮，且鳴蜂器報警。當區域內的任何一個火焰探測器BT檢測到的信號達到設定值時，該區域的火焰報警燈亮，且鳴蜂器報警。

3.2.4中心控制室火災自動報警控制

中央控制室安裝有感溫變送器和感煙變送器，能夠及時地檢測室內的火災情況。當感溫或感煙變送器檢測到的信號達到報警限時，火災自動報警控制器發出報警信號，同時聲光報警器報警。4100U火災自動報警器還包含手動報警，通過操作控制器操作面板上的手動報警或者操作中心控制室樓道中的手動報警按鈕均可以實現中控樓火災報警。

3.2.5增壓站可燃氣體啟、停聯鎖啟風機組

壓縮機可燃氣濃度超報警限時聯鎖啟風機組。各個風機組所對應的分機數和號碼，程序中各AT的編號組所對應的風機組的運行情況。當可燃氣體檢測中有任何一個濃度檢測大于設定值，風機組啟動；當所有可燃氣體檢測儀檢測濃度都小于設定值，風機組不啟動。

3.2.6向ESD系統發出火災報警信號

當火災或者泄漏發生，FGS系統檢測到氣體泄漏或火災情況時，FGS系統向ESD系統發出緊急停車信號。ESD系統相應的二級火氣停車。火氣停車時，人工觸發關斷按鈕，啟動火氣關斷程序，關斷所有的天然氣進、出處理廠緊急截斷閥，同時給撬裝設備發送緊急停車命令。火氣關斷為泄壓，需人工確認開啟泄壓閥以保障全廠工作人員和設備的安全。

4 結束語

蘇里格第四天然氣處理廠部分區域需要增設可燃氣體檢測儀和火焰探測器，使全廠有完整的氣體檢測和火焰探測網。FGS系統采用UPS供電及冗余控制器等先進設備保證了系統采集數據、控制和監測的可靠性。FGS系統向ESD系統發出火災報警信號，ESD系統做相應的緊急停車控制,實現了安全生產的目標。