淺析液體散貨碼頭控制系統的設計要點

隋秋實

摘 要：隨著我國對油品、液體化學品原料及產品的需求增加，沿海港口加快了液體散貨碼頭的建設速度，液體散貨碼頭控制系統的設計對于裝卸工藝輸運、消防系統的自動控制及可靠運行起到了關鍵作用。本文結合作者多年的液體散貨碼頭工程設計經驗，探討液體散貨碼頭控制系統的設計要點及解決方案。

關鍵詞：液體散貨碼頭;輸運控制系統;火災報警系統;消防控制系統

中圖分類號：[U653.5]? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）03-0083-03

液體散貨碼頭的控制系統是根據碼頭總平面布置、裝卸工藝、給排水消防等對控制系統的要求，并結合整個港區的規劃、建設方案進行設計的。控制系統本著技術先進、安全可靠、經濟合理的原則，采用經過實際工程檢驗的成熟系統及設備。同時，碼頭控制系統需結合碼頭及庫區的控制管理要求，與庫區建立一體化、可靠、集中的控制管理系統。液體散貨碼頭控制系統包括輸運控制系統、火災報警系統和消防控制系統。本文從控制系統各組成部分的設計要點出發，結合實際工程遇到的問題，探討控制系統的設計思路和解決方案。

1輸運控制系統

液體散貨碼頭輸運控制系統應根據碼頭及庫區的工藝流程以及操作管理要求，與庫區建立一體化、可靠、集中的控制管理系統。碼頭輸運控制系統通常采用DCS系統分站或PLC分站+現場遠程I/O站的形式，根據平面方案布置、碼頭庫區一體化控制系統的建設及客戶需求統籌考慮，確定系統設備選型。

輸運控制系統包括（見圖1）：控制站（DCS或者PLC控制器）、接口單元、操作員站、工程師站、通信網絡設備、系統及應用軟件等，通過對系統關鍵單元和部件冗余配置，提高系統運行的可靠性。碼頭控制系統與遠程I/O分站、后方罐區控制中心均采用光纖以太冗余環網進行通信。控制系統現場設備主要包括壓力變送器、溫度變送器、閥門電動執行器、緊急停車按鈕及第三方設備成套的電控柜（箱）等。

在深入分析裝卸工藝流程和給排水消防控制要求的基礎上，合理選擇現場儀表及控制系統設備，落實受控設備信號類型及接口條件，制定自控系統方案。同時，與庫區設計單位、客戶使用部門及相關監管部門建立設計聯絡溝通機制，落實碼頭與庫區的網絡設計接口，明確控制管理模式及功能等，形成一套功能完整、控制流程順暢、系統運行安全可靠的一體化管控系統。

輸運控制系統的操作方式包括（見圖2）：現場操作、碼頭控制室操作控制和庫區中控室遠程監控及集中管理。碼頭輸運控制系統作為后方庫區儲運控制系統的相對獨立的一個部分，完成碼頭裝卸輸運過程的閥門控制及狀態顯示，管道壓力、溫度等的數據采集、顯示和報警，輸油臂、登船梯、船岸對接裝置、管線電伴熱及碼頭照明等設施的狀態監控等功能，具有超限報警、緊急停車（急停按鈕，緊急關閉閥門）等控制功能。

2 火災報警系統

2.1 火災自動報警系統的設置

液體散貨碼頭火災報警控制器設置于碼頭控制樓控制室，接收碼頭區域的火災報警信號;在碼頭平臺及引橋上設置防爆型帶地址碼手動報警按鈕和聲光報警器，控制樓內設置點型感煙火災探測器、手動報警按鈕和聲光報警器等，當控制樓內設置有柴油發電機房時，房間內宜設置點型感溫火災探測器。

當確認火災發生時，火火災報警控制器將輸出火災報警信號至庫區消防控制中心，由庫區火災報警及消防控制系統啟動消防泵，并將消防泵的運行狀態信號回送碼頭控制室。

《油氣化工碼頭設計防火規范》中8.2.4.3條，規定了碼頭工作平臺的任何位置至最近的手動報警按鈕通行距離不大于30米，手動報警按鈕可沿工藝管架人行通道一側均勻布置，相鄰兩個手動報警按鈕的間距約40～50m。當某個裝卸區范圍較大時，需考慮操作人員處于裝卸區內距離最近手動報警按鈕的步行距離，如超過規范距離，需在相應位置補充手動報警按鈕設置。聲光報警器通常與手動報警按鈕共同設置，安裝于各裝卸區及主要通道出入口處，提醒人員及時安全疏散。

2.2可燃及有毒氣體檢測系統的設置

可燃及有毒氣體報警控制器設置于碼頭控制室，接收碼頭現場可燃及有毒氣檢測報警信號，并將報警信號分別送至碼頭輸運控制系統和火災自動報警系統，及時發現問題，及早采取相應措施或停止作業，以確保生產及人員安全。

現場可燃氣體及有毒氣體探測器的選型與布置，是根據工藝裝卸介質的特性（屬于可燃氣體還是有毒氣體，相對密度大于空氣、小于空氣還是接近于空氣）、釋放源位置、有效檢測半徑等綜合分析后確定。在碼頭裝卸臂法蘭接口、閥組區、油氣回收裝置管道連接處、機泵密封處等可能泄露可燃及有毒氣體的釋放源附近，布置固定式可燃及有毒氣體檢測器，并為操作人員配備便攜式可燃及有毒氣體檢測器。

需要注意的是《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》（GB/T 50493-2019）的修訂對有毒氣體劃分范圍進行了擴展，參見2.0.2條文說明中列舉的參考目錄，主要依據《高毒物品目錄》（衛法監發【2003】142號）中所列的氣體或蒸氣;現行國家標準GB 30000.18-2013《化學品分類和標簽規范 第18部分：急性毒性》中，急性毒性危害類別為l 類及2類的急性有毒氣體。其中，現行國家職業衛生標準《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規范》中列出的56種有毒氣體，現行國家職業衛生標準《工作場所有害因章職業接觸限值第1 部分化學有害因素》中列出的339種化學有害氣體是否可作為判斷有毒氣體的依據，仍存有異議，需結合安全及工藝專業條件、介質特性、石油化工安全標準、職業健康衛生標準、產品檢測原理及相關安全審查意見等綜合分析進行設置。

3消防控制系統

液體散貨碼頭消防控制系統結構的選擇，目前國內相關工程的碼頭消防控制系統結構形式主要有兩種，多線制硬接線和總線制方案。多線制硬接線方案因采用點對點硬接線，通過集中控制系統實現遠程控制操作，各受控設備傳輸線路相互獨立，系統可靠性高。總線制方案因采用分布式布置，控制室控制操作設備與現場控制設備通過冗余光纜進行通信，因此總線制在控制室與碼頭消防炮設備距離較遠時優勢明顯。在青島、日照及盤錦區域多個油品及化工品碼頭工程運用的是多線制硬接線方案;在獲得當地消防主管部門認同的前提下，在寧波等液體散貨碼頭工程中運用過總線制方案。同時，也了解到國內類似工程總線制方案的應用已日趨成熟。

設計過程中需根據碼頭消防設備的布置情況、控制線纜路由長度，合理選擇消防控制系統的設計方案。同時，結合碼頭與庫區消防系統的一體化操作管理需求，碼頭消防控制系統通過光纖以太冗余環網與后方庫區消防控制系統進行通信，碼頭消防控制系統本地操作為優先，消防炮還可以實現150m范圍內的遙控操作，庫區中控室亦可以遠程監控，多方位保障消防控制系統的靈活、可靠運行，實現對碼頭泡沫-水消防炮、水幕及消防供水管線上的相應控制閥門、碼頭泡沫原液罐等進行集中控制。

碼頭控制室內設置消防集中控制操作臺，通常尺寸為1000mmx650mmx1100mm（寬x深x高）的消防集中控制操作臺，可對2座消防炮塔上的所有炮及電動閥門進行遠程集中控制，消防集中控制操作臺及泡沫裝置電控箱由消防設備廠家成套提供。無線遙控器接收控制箱的設置需考慮無線覆蓋范圍、炮塔位置及操作人員安全疏散等因素。

設計過程中需結合國家及行業的規范標準、當地消防主管部門的要求及相關地方標準等進行綜合分析，例如現行《油氣化工碼頭設計防火規范》規定了消防控制和火災報警系統的線纜應選用耐火銅芯電纜，遼寧地方標準《石油化工儲存場所消防安全技術規范》中，消防控制線路在地上電纜橋架敷設時，應采用礦物絕緣類不燃性電纜。通常，消防系統設計本著“就高不就低”的原則。

4碼頭控制室及機柜室的布置

碼頭控制室及機柜室通常設置于碼頭控制樓二層，控制室面向碼頭裝卸區，布置需符合視線開闊、便于監視和操作的要求。碼頭控制室內設置工藝流程操作臺、消防集中控制操作臺、火災報警控制器、可燃及有毒氣體報警控制器、消防電源箱等，工藝流程操作臺上安裝輸運控制系統操作/工程師站、工業電視監控顯示器、輔助靠泊工作站、溢油監測工作站等;機柜室毗鄰控制室，其內設有控制系統、通信系統機柜、UPS主機、配電柜、電池柜等，機柜顏色尺寸需統一美觀，當UPS規格容量超過10kVA，宜單獨設置UPS室。碼頭控制室的面積取決于工藝操作臺及消防集中控制臺的大小，通常約60㎡～70㎡;機柜室的面積取決于機柜數量，通常約40㎡～45㎡。控制室與機柜室地面鋪設防靜電地板，電纜橋架安裝于防靜電地板下。

5 控制系統管線路由的設計

碼頭控制系統線纜的主路由通常沿工藝管架外側或頂層安裝的電纜橋架內敷設，至裝卸區、人行橋、消防炮塔設備處等通常采用電纜橋架落地安裝，至快速脫纜鉤、輸油臂液壓站電控柜、登船梯及其他末端設備常采用穿鍍鋅鋼管暗敷或明敷。路域部分的管線采用電纜排管埋地或電纜橋架沿工藝管架敷設，局部穿鍍鋅鋼管暗敷或明敷。

碼頭控制電纜橋架主路由通常采用2層，1層用于輸運控制系統線纜敷設，1層用于消防控制系統線纜的敷設，電纜橋架內加裝隔板，用于強弱電線纜的分隔。

控制系統管線路由的設計需結合工藝、消防、建筑、供電等專業的布置方案，合理確定路由走向，避免與其他專業管線干涉、影響人員及車輛通行等情況。同時，需考慮未來遠期預留管線容量等。

6 結論

液體散貨碼頭工程設計的不同階段，需綜合分析總平面布置方案、工藝裝卸流程及輸運介質特性、消防系統方案、供電系統方案、建筑方案、控制系統操作管理模式、相關國家及地方規范標準、客戶使用需求、庫區控制系統的方案設計等，合理確定碼頭控制系統及設備的選型、系統架構、網絡通信接口、供電及傳輸線路的方案設計，使系統達到易于操作、維護、擴展、安全可靠的目的，提升液體散貨碼頭的流程控制管理水平和安全作業保障。

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