天然气处理厂火气报警系统的研究与应用

2015-01-13陈宗宇蒋昌星刘宇坤

化工自动化及仪表 2015年4期

陈宗宇侯山蒋昌星刘宇坤梁坤

(中国石油长庆油田第三采气厂，内蒙古自治区鄂尔多斯 017300)

苏里格第四天然气处理厂采用的 DCS系统由相对独立并互相联系的过程控制系统(PCS站)、紧急停车系统(ESD站)和火气系统(FGS站)共同组成。按控制功能或区域将控制站进行分散配置，用多个控制站组合，控制整个生产过程，从而实现控制功能分散和危险分散。

FGS系统包括可燃气体检测与报警系统、火灾检测与报警系统。FGS系统的主要功能是在火灾和可燃气体泄漏的情况下能及时准确地探测出所保护区域范围内可能出现的火灾、可燃气体或有毒气体，迅速做出判断，立即采取正确的措施，确保设备和人员的安全。为了达到这个目标，苏里格第四天然气处理厂FGS系统的主要功能要求包括：连续探测并早期发现可能聚集的可燃气体或有毒气体；连续探测并早期发现可能出现的火焰或存在的火灾；提供为灭火而设置的手动和自动消防装置；设置声光报警装置，通过不同的声音和颜色报警使操作人员能区分不同的危险类型；传送相关的I/O状态和仪表设备及故障信号到中央控制室的DCS系统，FGS系统与PCS系统进行数据连接，建立动态数据库，当有报警信号时，能准确地切换到相应画面，显示出报警部位；FGS系统向ESD系统发出火灾报警信号，ESD系统做相应的紧急停车控制；提供事件顺序记录报告。

1 FGS系统的设计方案①

设备在运行过程中存在着各种危害因素。天然气处理厂内各主要设备和生产、装卸、储存区域都存在火灾、爆炸和中毒的潜在危险，包括以下几个方面：

a. 集配气区、增压站、脱油脱水装置区、燃料气区、凝析油稳定装置区、甲醇回收装置区、储运设施区、污水处理区、放空火炬区、供水站及供热站等区域在自然环境条件下(风、雪、雨、雾、雷、电、地震、极低温度及极高温度等)可能导致天然气泄漏、出现火灾情况；

b. 设备运行过程中出现故障(超压、失电、自身故障、附件的故障及自控系统故障等)也可能导致天然气泄漏、出现火灾情况；

c. 各区域设备还存在着一定的潜在危险(误操作、排液阀门没未关紧、开关阀门过猛、管线振动、超压、装车不接地线、装车溢车以及易燃易爆化验药品存放等)都可能导致天然气泄漏、出现火灾情况。

按照FGS系统的整体要求和功能要求，可以确定设置以BB控制器为中心的集可燃、有毒气体探测报警系统和火灾探测报警系统为一体的FGS系统。FGS系统设计的方案主要包括：

a. 设置可燃气体探测器和声光报警设备；

b. 设置手动报警和声光报警设备；

c. 设置火焰探测器和声光报警设备；

d. 增压站设置联锁风机组；

e. 中心控制室设置火灾自动报警系统；

f. FGS系统与紧急停车系统ESD系统的通信。

2 FGS系统仪表选型与应用

2.1 可燃气体变送器

处理厂的天然气中主要成分是甲烷及乙烷等碳氢化合物。第四处理厂可燃气体检测变送器采用点型红外气体检测器，其分布如图1所示。处理厂共有108个可燃气体检测变送器，构成了全厂的可燃气体检测网。

图1 可燃气体探测器分布

可燃气体探测器在不同的区域里数量和分布位置都有不同的要求，从图1中可以观察到各个不同区块都相应布置了气体检测变送器。主要设备和管线附近设计安装可燃气体探测器对气体泄漏等意外情况有很好的监测功能。对于供热区域，燃料气导热油炉间内应适当增加可燃气体探测器，保证气体泄漏时能及时检测到。空氮站内无气体泄漏检测装置，对于设备泄漏情况不能及时检测，对生产造成影响。

2.2 火焰探测器

处理厂采用FV282f+点型红外火焰探测器主要检测在3个不同的波段发出的光辐射。全厂共有70个火焰探测器(分布如图2所示)，构成了全厂的火焰检测网。可以看到各个不同区块里，都相应布置了火焰检测变送器。主要设备和管线附近设计安装火焰探测器，出现火灾等意外情况时有很好的监测功能。对于供热区域，导热油炉区域属于易燃易爆区域，该区域无火焰检测仪，对现场火灾不能及时报警。建议在导热油炉附近增加火焰探测器，保证现场及时检测到火灾隐患。

2.3 防爆声光报警器

声光报警器是一种用在危险场所，通过声音和各种光来向人们发出示警信号的一种不会引燃易燃易爆性气体的报警信号装置。当生产现场发生事故或火灾等紧急情况时，火灾报警控制器送来的控制信号启动声光报警电路，发出声和光报警信号，完成报警目的。28个FSG103型声光报警器构成了全厂的声光报警网，其分布如图3所示。

图2 火焰探测器分布图

图3 声光报警分布

2.4 防爆操作接线柱

该厂共设有62个防爆操作接线柱(图4)构成了全厂的手动报警网。可以观察到各个不同区块里，当发生火灾及气体泄漏等意外情况时，掰开手动按钮上的保护外壳，旋转并按下按钮，即可实现该区域报警。

3 FGS系统的应用

3.1 FGS系统框架

FGS系统结构如图5所示，现场来的仪表线进入机柜的接线端子。系统电源采用UPS供电；FGS系统采用冗余控制器，完成数据采集、处理和控制；FGS系统设置工程师站/服务器/操作员站，完成组态和实时监视。

3.1.1在线式UPS电源(B4033)

在线式UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。

图4 防爆操作接线柱分布

图5 FGS系统结构示意图

UPS为FGS系统机柜、工程师站、服务器和操作员站提供不间断电源。UPS电源由双UPS并联供电，输出电压380V，转换时间0ms，额定容量80kVA。

3.1.2冗余控制器

冗余控制器的功能：实现CPU、通信的冗余，双CPU、双电源，自动故障检测，自动切换到热备份控制器，报警和历史数据的备份，组态方便。

3.1.3EPKS系统

EPKS系统主要包括：全局数据库、全局在线文档、实时数据库和先进的系统框架，有良好的开放性和安全性。

3.2 FGS系统的应用

3.2.1火情报警

任何一个生产区域的手动火灾报警或全厂停车时，输出至供水站值班室语音报警仪报警。图6是全厂火灾手动报警原理图。全厂手动报警连接至中心控制室的FGS系统，按动手动报警，传输至中控DI模块，经控制器由DO模块传输信号至供水站语音报警仪，同时语音报警仪报警。

3.2.2声光报警

1#装置区停车时(HS_001=false OR HS_000=false),1#装置声光报警器 (NS_3101：=TURE;NS_3102：=TURE;)报警。当2#装置区停车时(HS_002=false OR HS_000=false),2#装置声光报警器 (NS_3201：=TURE;NS_3202：=TURE;)报警。3#装置区停车时(HS_003=false OR HS_000=false),3#装置声光报警器 (NS_3301：=TURE;NS_3302：=TURE;)报警。全厂停车时(HS_000=false),声光报警器都报警。

3.2.3中心控制室报警

FGS系统与PCS系统进行数据连接，建立动态数据库。当区域中的可燃气体变送器或火焰探测变送器检测到的信号达到设定值时，该区域指示灯亮同时报警。当有报警信号时，能准确地切换到相应画面，显示出报警部位及报警性质等。

中心控制室台上安装有辅助操作台鸣蜂器，现场可燃气体检测器或火焰探测器检测到的信号达到报警限时，辅助操作台鸣蜂器对应的灯闪烁，并发出声响报警。14个区域辅助操作台火焰报警灯编号FAL_01、FAL_02、...、FAL_13、FAL_22。14个区域辅助操作台可燃气体报警灯编号GAL_01、GAL_02、…、GAL_13、GAL_22。

图6 手动火灾报警按钮原理

当区域内的任何一个可燃气体变送器检测到的信号达到设定值时，该区域的可燃气体报警灯亮，且鸣蜂器报警。当区域内的任何一个火焰探测器BT检测到的信号达到设定值时，该区域的火焰报警灯亮，且鸣蜂器报警。

3.2.4中心控制室火灾自动报警控制

中央控制室安装有感温变送器和感烟变送器，能够及时地检测室内的火灾情况。当感温或感烟变送器检测到的信号达到报警限时，火灾自动报警控制器发出报警信号，同时声光报警器报警。4100U火灾自动报警器还包含手动报警，通过操作控制器操作面板上的手动报警或者操作中心控制室楼道中的手动报警按钮均可以实现中控楼火灾报警。

3.2.5增压站可燃气体启、停联锁启风机组

压缩机可燃气浓度超报警限时联锁启风机组。各个风机组所对应的分机数和号码，程序中各AT的编号组所对应的风机组的运行情况。当可燃气体检测中有任何一个浓度检测大于设定值，风机组启动；当所有可燃气体检测仪检测浓度都小于设定值，风机组不启动。

3.2.6向ESD系统发出火灾报警信号

当火灾或者泄漏发生，FGS系统检测到气体泄漏或火灾情况时，FGS系统向ESD系统发出紧急停车信号。ESD系统相应的二级火气停车。火气停车时，人工触发关断按钮，启动火气关断程序，关断所有的天然气进、出处理厂紧急截断阀，同时给撬装设备发送紧急停车命令。火气关断为泄压，需人工确认开启泄压阀以保障全厂工作人员和设备的安全。