天然氣處理廠消防系統改造效果評價

景元，高好潔，朱珠，王德龍，高欣，馬雙伏，趙彥女，王西龍，王軍妮

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林718100）

天然氣處理廠消防系統改造效果評價

景元，高好潔，朱珠，王德龍，高欣，馬雙伏，趙彥女，王西龍，王軍妮

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林718100）

消防系統是油氣田安全、穩定、可持續發展的重要保障。本文通過對米脂天然氣處理廠消防系統運行現狀分析，針對現場存在的不足，結合現場工藝及設備條件提出工藝改造措施并實施。最后對米脂天然氣處理廠消防系統的變頻改造效果進行安全經濟等方面的評價。

消防系統；消防泵；變頻控制；效果評價

消防系統是油氣田安全、穩定、可持續發展的重要保障。現有油氣田消防系統功能相對簡單，遠距離溝通只能通過對講機、電話進行語音交流，沒有相對明確的數據傳輸及遠程啟停控制，存在報警及時率不高，滅火作戰無法迅速響應等亟待解決的難題。

1 消防系統運行現狀

1.1 消防系統工藝

米脂天然氣處理廠消防系統由消防水罐、消防泵，泡沫泵、泡沫混合裝置、消防給水管道、固定式消防（泡沫）炮、消火栓組成。消防給水系統最高供水壓力0.8MPa，最大供水量為162 m3/h，滅火時由消防泵加壓，向消防管網供水，通過水龍帶、水槍對著火設施冷卻滅火。消防泡沫系統最高供水壓力1.2 MPa，最大供水量72 m3/h，負責對儲罐內部及罐區外圍進行泡沫滅火。

1.2 消防響應運行現狀

目前消防系統響應流程為：中央控制室通過對講機、電話等方式將消防啟停指令傳達至消防崗位，消防崗員工通過人工啟停并調整消防系統供水壓力，從接到啟停指令到消防系統完全啟動大約需要4 min～6 min，響應速度較慢。

圖1 消防系統工藝流程圖

2 運行存在問題及原因分析

2.1 消防系統響應速度滯后

米脂天然氣處理廠現有消防水泵、消防泡沫泵各兩臺，由于設計原因，消防系統應急響應時需人工啟泵，且需要人為開啟回流閥控制消防供水壓力，造成響應速度滯后，員工操作不便，無法達到最佳運行效果。

2.2 遠程監控存在不足

現有的中央控制室DCS系統僅有消防系統供水壓力的數據顯示，無法遠程控制消防系統啟停及監控消防系統其他運行參數。消防系統與米脂天然氣處理廠FGS系統相對獨立無連鎖，未能進一步保障生產設施安全運行。

2.3 工頻運行造成能源浪費

現有消防水泵電機額定功率為75 kW，消防泡沫泵電機額定功率為45 kW，消防系統運行時機泵采取工頻運行，造成電能浪費，不符合節能降耗的理念與要求。

3 優化改造措施

經過對油氣田先進消防系統調研得知：消防系統的遠程監控啟停、變頻調速運行的應用越來越廣泛，且監控數據準確，應急響應迅速，運行效果良好。最終確定米脂天然氣處理廠消防系統改造方案：

（1）新增兩具變頻控制柜，分別將消防水泵、消防泡沫泵接入控制柜，并將數據傳輸至中央控制室，實現消防系統遠程監控啟停、壓力控制，并實現根據管網壓力、火警信號自動啟動消防系統等功能。

（2）新增一臺遠程集中控制柜，設置觸摸屏和通訊交換機，并將消防系統數據傳輸至消防崗值班室，實現崗位遠程監控啟停消防系統功能。

3.1 遠程監控控制原理

本次改造將消防泵引入變頻控制柜，可通過面板上按鈕現場手動啟停消防泵；變頻控制柜將運行數據傳輸至消防值班室遠程控制器，通過觸摸屏實現崗位遠程控制和監控水泵的功能。同時將數據傳輸至中央控制室通訊機柜即DCS系統，實現中央控制室遠程啟停監控消防系統；并與FGS系統連鎖，如FGS檢測到火災信號，消防系統將自動啟動。

3.2 機泵變頻控制原理

工程設計中，水泵選型一般根據最高設計流量和揚程選定的，在實際運行中，系統耗水量不斷變化，絕大部分實際耗水量小于最高設計流量，水泵運行時往往效率低下及揚程過剩，造成浪費。變頻泵根據需水量調節轉速，而泵的功率根據轉速而改變。其比例率函數公式為：

圖2 遠程監控控制原理示意圖

其中，Q1、Q2分別為水泵調速前后流量；n1、n2分別為水泵調速前后轉速；H1、H2分別為水泵調速前后揚程；N1、N2分別為水泵調速前后功率。從（1）式看出，轉速變化，揚程比流量的響應更為靈敏，所以采用消防泵出口管線壓力信號作為反饋信號傳輸至遠處控制端。

圖3 變頻泵變頻調速控制原理圖

PD為壓力差分界點（見圖3），KK為快速響應斜率，KN為正常響應斜率；當實際壓力與設置壓力之差大于PD時，采用正常響應斜率，當實際壓力與設置壓力之差小于PD時，采用快速響應斜率。PD可根據實際的工藝要求進行調整。啟泵初期，變頻器采用快速響應斜率，迅速提升消防泵轉速，將消防水壓力提升至設定值；當消防泵運行基本穩定時，變頻器采用正常響應斜率，運行較為緩和，控制消防系統的穩定供水。

4 運行效果分析

4.1 安全性

消防系統改造后，實現消防系統遠程啟停、監控功能，消防系統啟運時間由之前4 min～6 min縮短至2 min，消防響應時間大大減少，提升了消防系統安全可靠性。

4.2 智能性

消防系統實現遠程監控，崗位員工可第一時間查看消防系統運行情況，發現問題及時處理解決。同時消防控制系統與FGS系統連鎖，FGS系統檢測到火災報警后將信號傳輸至DCS系統，消防系統將自動啟運。

4.3 實用性

變頻控制柜可采用手動和自動兩種控制方式，可在觸摸屏上直接操作，控制系統具備自動切換、定期倒運、故障檢測等功能，方便日常生產操作。

4.4 經濟性

消防水泵額定功率75 kW，泡沫泵額定功率45 kW，采取變頻運行后消防泵功率：

P1=I1U1=70×360×1.732×0.75=33 kW（一般運行時出水壓力設置0.5 MPa，測得平均電壓360 V、電流值70 A）。

每小時節約電量75-33=42度電量。

經過計算得，消防泡沫泵變頻運行每小時節約23度電量。

5 認識結論

此次改造對消防系統高效安全運行具有重要的意義，相比原有的消防系統，成功實現中央控制室對消防系統的遠程監控啟停功能，響應更迅速，提高了消防的效率，同時與FGS系統連鎖，發現險情消防系統自動啟動，為及時發現火情、快速反應搭建了一條高速通道，系統功能更加全面可靠和智能，滿足了現代油氣田消防系統的要求，應用價值重大。

［1］李曉光.變流變壓控制系統在泵站節能中的應用［J］.遼寧建材，2004，（6）：66-67.

［2］陳日斌.變頻泵出口恒壓力控制的PLC方案［J］.科技信息，2011，（9）：453-454.

［3］姜校林.變頻泵及其供水系統效率曲線的確定［J］.暖通空調，2008，（1）：85-87.

［4］盛會青.鍋爐上水流程改進研究和應用探討［J］.現代商貿工業，2011，（6）：282-283.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.031

TE937

B

1673-5285（2015）08-0120-03

2015－07-25

景元，男（1986－），油氣田開發工程師，2008年畢業于西安科技大學自動化專業，現任長慶油田第二采氣廠米脂天然氣處理廠技術員，負責米脂天然氣處理廠生產工藝。