油氣站場可燃氣體探測器標準體系的對比分析

徐 亮 袁思恩 馬偉平

〔1 中國石油管道公司 河北廊坊 065000；2 中石油燃料油有限責任公司寧波大榭倉儲分公司浙江寧波 3158123 中國石油管道科技研究中心 河北廊坊 065000〕

“十三五”期間，我國長輸管道行業實現跨越式發展。截止2016年12月，長輸油氣管道總長度為12.3萬km[1]。油氣站場工藝設施存儲易燃、易爆和有毒氣體，一旦發生泄漏和爆炸事故，會造成嚴重損失和環境污染。可燃氣體探測器廣泛應用于油氣站場，可以連續、實時監控油氣站場工藝設施中可燃有毒氣體泄漏情況，及時發出聲光報警，并啟動停運設備、疏散人員、通風、滅火等應急措施，降低環境危險性，保障裝置和人身安全[2]。

針對可燃氣體探測器的設置場所、安裝位置、報警濃度、維護校驗等技術問題，國內管道企業做法不一致，有必要在標準層面進行統一和規范。為此介紹了國外可燃氣體探測器技術標準體系，闡述國外管道行業在可燃氣體探測器產品的選型、設置場所、報警設定值、運行維護和培訓方面的先進經驗，對提高我國管道行業安全管理水平具有參考意義。

1 可燃氣體探測器標準體系

(1)國家標準GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》、GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規范》、GB 50493—2015《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》；

(2)行業標準SY 6503—2016《石油天然氣工程可燃氣體檢測報警系統安全規范》；

(3)中石油標準Q/SY 152—2012《油氣管道火災和可燃氣體自動報警 系統運行維護規程》、Q/SY GD 1053—2014《輸油氣站庫固定消防系統手冊》；

(4)美國標準ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012《爆炸性氣體環境 第29-2部分: 氣體探測器-易燃氣體和氧氣探測器的選型、安裝、使用和維護》；

(5)加拿大標準CSA C22.2 NO.152-M1984(Reaffirmed 2016)《Combustible Gas Detection Instruments/可燃氣體探測器》；

(6)俄羅斯標準ВППБ 01-05-1999《干線輸油管道運營消防安全規則》。

2 可燃氣體探測器產品選型

國內可燃氣體探測器的產品選型原則是，烴類可燃氣體宜選用催化燃燒型或紅外吸收型氣體探測器，缺氧或高腐蝕性場所宜選用紅外吸收型氣體檢測器，還有電化學型、熱傳導型、半導體型和光致電離型氣體探測器等，其中催化燃燒型氣體檢測器應用最廣泛。

美國標準ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012列舉了催化燃燒型、熱傳導型、紅外吸收型、半導體型、電化學型和光致電離型氣體探測器，在工作溫度、適用探測氣體種類/濃度范圍、靈敏度、響應時間和抗干擾性等方面，技術指標參數與國內標準基本一致。此外還介紹了火焰離子化探測器(FID) 和火焰溫度分析儀(FTA)，國內標準未見規定，國內油氣站場也鮮有應用案例，建議進一步研究這兩種新型氣體探測器的適用性和應用效果。

3 可燃氣體探測器設置場所及做法

可燃氣體檢測點應根據地理條件、環境氣候、站場總體布局、氣體理化性質、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。有關氣體探測器設置場所，中國標準較全面，但在不同層級標準中存在重復交叉，例如：

(1)GB 50493適用于石油化工行業，油氣站場可參考執行。GB 50493規定壓縮機和離心泵密封處、液體/氣體采樣口、液體排放口和氣體放空口、液體儲罐防火堤、在線分析儀表間、工藝閥井、地坑及排污溝等場所應設置氣體探測器。

(2)GB 50183 規定天然氣凝液、液化石油氣罐區和可燃氣體壓縮機房應設氣體探測器。

(3)Q/SY GD 1053規定油氣站場的工藝閥井、地坑及排污溝應設氣體探測器，原油、成品油、液化天然氣儲罐防火堤內應設氣體檢測器，如防火堤內有隔堤且隔堤高度高于檢測器安裝高度時，隔堤分隔區域內應設氣體檢測器。

(4)SY 6503規定應設置氣體探測器的位置與上述標準基本一致，差異在于設在爆炸危險區域 2 區范圍內的分析間應設可燃氣體檢測器，易積聚比空氣重的可燃氣體的工藝閥井等場所應設檢測器。

設置氣體探測器的場所，國內標準規定了場所類型，但未給出統一、規范的推薦做法，例如可燃氣體報警儀安裝距離、高度和設置數量等存在差異，各管道企業做法也不一致。俄羅斯標準ВППБ01-05-1999規定應實時監測儲罐區空氣介質的可燃性，采樣點應至少距離儲罐罐壁2 m、距離地面高度0.1 m；對于高含硫原油儲罐，可燃氣體檢測取樣點應在距離儲罐10～12 m。對于浮頂罐，可燃氣體檢測點應在距離儲罐5～10 m；空氣濃度檢測數據校核每4h不少于1次。俄羅斯標準規定的不同類型的儲罐區可燃氣體探測器的設置做法以及檢測頻率，具有借鑒意義。

4 露天場所設置可燃氣體探測器

GB 50183規定露天或棚式布置的甲類生產設施可不設可燃氣體檢測報警裝置。中石油設計文件《輸氣管道工程設計導則》規定：

(1)露天的天然氣工藝裝置區可不設置可燃氣體檢測器。

(2)控制室、UPS室、配電室等房間應設置感煙、感溫探測器。燃氣發電機房、鍋爐房和密閉天然氣壓縮機廠房等可能因可燃氣體泄漏并聚集，產生爆炸危險的密閉房間應設置可燃氣體檢測器。同時，站場應配置一定數量的便攜式可燃氣體檢測儀，供現場巡檢使用。

針對露天場所是否設置可燃氣體探測器，國內外做法存在差異。國內標準規定露天場所可以不設置可燃氣體報警器，但部分管道站場仍設置可燃氣體報警器，例如西氣東輸一線在工藝區過濾分離和清管收發球筒處等露天場所設置可燃氣體報警器。由于天然氣密度較輕，上升后難以檢測，導致在露天區域設置的可燃氣體報警器誤報情形較多。

調研美國TransCanada、Sunoco管道公司，不在露天場所設置可燃氣體檢測器，只在站場內部設置可燃氣體報警器。針對露天場所設置可燃氣體報警器的設置，Kinder Morgan公司僅在工作人員在現場進行焊接作業時，才會在露天場設置可燃氣體報警器[3]。建議國內單位嚴格遵守標準規定進行設計。

5 可燃氣體探測器傳感器設計

氣體探測器工作的核心是傳感器。氣體探測器設計主要參照GB 50116，規定氣體探測器宜獨立設置，不應接入火災報警系統的探測器回路。如可燃氣體報警信號需接入火災報警系統，應用可燃氣體報警控制器接入；控制器在可燃氣體報警狀態下應至少有兩組控制輸出。GB 50493和SY 6503規定氣體探測器故障、短路或斷路時，報警設備應能發出與可燃氣體濃度報警信號有明顯區別的聲、光故障報警信號。

加拿大標準CSA C22.2 NO.152規定了進行連續性監測的重要場所，氣體探測器的傳感器應采用雙重或者三重冗余設計，或者采用“故障安全性”“自動保護型”控制電路，避免由于氣體探測器的某個傳感器故障，或者控制電路元器件故障，導致不能發出報警信號。

我國標準規定了氣體探測器和火災報警系統的邏輯關系，以及控制器多線路輸出功能，但針對氣體探測器重要部件是否需要進行冗余設計，標準無相關規定。建議我國標準針對人員限制進入的作業場所或者受限空間場所，例如儲罐進入和清洗作業，氣體探測器應采用傳感器冗余設計理念，確保在傳感器故障條件下的環境安全監測。

6 報警級別和濃度值

GB 50493和SY 6503規定可燃氣體探測器應采用兩級報警，二級報警優先于一級報警。可燃氣體的一級報警設定值小于或等于25 %爆炸下限；可燃氣體二級報警設定值小于或等于50 %爆炸下限。Q/SY 152規定遠程開路對射式可燃氣體報警器一級報警小于或等于全量程的10 %，二級報警小于或等于全量程的20 %。

加拿大標準CSA C22.2 NO.152規定催化燃燒型氣體探測器甲烷報警的設定值不低于5 %LFL，丙烷和丁烷報警設定值不低于10 %LFL，易燃氣體-空氣混合物報警設定值不低于20 %LFL。針對氣體探測器報警設定值，加拿大標準更為嚴格，建議氣體探測器一級報警設定值小于20 %LEL。

7 可燃氣體探測器維護

國內油氣站場設備維護側重于離心泵、壓縮機和加熱爐等，油庫消防系統維護側重消防泵、泡沫滅火裝置等，往往忽略了氣體探測器。由于維護不及時、防護措施不到位等導致的誤報警、設備老化等故障問題普遍存在[4]。針對氣體探測器防護措施，國內標準較簡略，例如Q/SY GD 1053規定氣體探測器周圍應預留更換和標定的空間，按照防爆要求施工，探測器在室外時應有防塵和防雨設施。

美國標準ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012規定了復雜場所和惡劣氣候條件下氣體探測器應采取的防護措施，具有借鑒意義，即在下列現場氣候和環境條件下，氣體探測器應采取特殊防護措施:

(1)環境溫度低于-10℃，電化學型氣體探測器電解液可能凍結，應采取防凍措施；

(2)安裝在機械設備上的氣體探測器應采用防振或減振設計；

(3)腐蝕性空氣環境中的氣體探測器(如氨、酸霧、H2S等)，應采取預防性的保護措施，避免嚴重腐蝕導致電氣故障；

(4)塵埃、潮氣、油脂和薄霧等空氣污染物可能導致氣體探測器元件故障。

8 氣體探測器故障時的替代措施

國內標準 Q / SY 152和 Q / SY GD 1053規定氣體探測器在維修期間，應采取可靠的替代措施，保證現場運行安全，但未給出明確具體的替代措施，這對于油氣站場實際運行管理可能造成不便和混淆，甚至形成安全隱患[5]。

美國標準ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012規定了氣體探測器故障時應采取下列替代措施：氣體探測器故障時發送報警信號，使用便攜式可燃氣體檢測儀，啟動通風設備，消除點火源，釋放源封閉，停止設備運行。建議借鑒美國標準，補充完善國內標準中氣體探測器故障時的替代措施。

9 氣體探測器培訓

針對氣體探測器的培訓，管道企業執行制造商或者產品說明書，主要針對氣體檢測器操作維護規程，而對氣體探測器運行特性、檢定氣體介質、零位漂移調整、讀數異常和報警滯后等特殊復雜問題較少涉及[6]。

美國標準ISA-60079-29-2(12. 13. 02)—2012規定操作人員應掌握氣體探測器基本知識，包括以下方面：

(1)氣體探測器只能探測周圍一定區域內的氣體，氣體探測器不能探測可燃液體、可燃薄霧、 粉塵和纖維等。

(2)顯著濕度 /溫度變化可能導致液體產生蒸汽或者蒸汽凝結在探測器內部，使探測器讀數顯示錯誤、誤報警或者不能發出報警信號。

(3)氣體檢測器的靈敏度對不同種類的氣體略有差異， 如果被檢測氣體和儀器校準所用氣體不一致，讀數顯示可能略高，屬于儀器正常工作范圍。

(4)讀數異常原因可能是儀器故障或者空氣擾動，如存在讀數異常可能性，可用相同類型的檢測器進行驗證，疑似故障的檢測器應檢查后才能繼續使用。

(5)連續性檢測低濃度可燃氣體可能導致讀數零位漂移，如存在這種情形，請用清潔空氣對儀器進行重新校準后方可繼續使用。

(6)任何出現讀數超出量程的情形，都應假設存在爆炸性氣體，并采取必要處置措施，除非用相同類型探測器確認不存在爆炸性氣體。

10 總結和建議

梳理了國內外可燃氣體探測器技術標準體系，針對國內可燃氣體探測器的設置場所、安裝位置、報警濃度、維護校驗等問題，介紹了國外標準的先進經驗和推薦做法，建議國內標準借鑒完善。

(1)建議進一步研究火焰離子化探測器和火焰溫度分析儀的適用性和應用效果。

(2)借鑒俄羅斯標準，規定不同類型的儲罐區可燃氣體探測器的設置做法，包括安裝距離、高度和設置數量等。

(3)針對需要進行連續性監測的重要場所，氣體探測器應采用傳感器冗余設計，確保在傳感器故障條件下的環境安全監測。

(4)在低溫環境、機械設備振動超標、強腐蝕性和潮濕環境等復雜場所和惡劣氣候條件下氣體探測器應采取的防護措施

(5)建議氣體探測器一級報警設定值由<25% LEL提高到<20% LEL。

(6)補充氣體探測器故障時應采取的替代措施。

(7)將氣體探測器運行特性、檢定氣體介質、零位漂移調整、讀數異常和報警滯后等問題納入氣體探測器培訓。