国外气体探测器操作维护标准先进性研究

曹威,杜生平,王晓丹,吴京

(1. 煤炭工业合肥设计研究院，安徽 合肥 230041；2. 中国石油天然气股份有限公司西南管道南宁输油气分公司, 广西 南宁 530000；3. 中国石油管道中原输油气分公司，山东 德州 253000)

国外气体探测器操作维护标准先进性研究

曹威1,杜生平2,王晓丹3,吴京3

(1. 煤炭工业合肥设计研究院，安徽 合肥 230041；2. 中国石油天然气股份有限公司西南管道南宁输油气分公司, 广西 南宁 530000；3. 中国石油管道中原输油气分公司，山东 德州 253000)

中国已制定了气体探测器的设计、施工和检定校准等标准，但在气体探测器操作维护标准方面还有所欠缺。以新发布的ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012《爆炸性气体环境》为例，介绍了美国输油气站场气体探测器在产品选型、传感器冗余设计、设置场所、报警设定值和培训方面的先进经验和推荐做法。最后，提出了借鉴美国标准完善国内气体检测器标准的建议。

气体探测器 标准 选型 报警 操作维护 培训

气体探测器广泛应用于输油气站场，是保障现场操作人员安全的重要设备。借助气体探测器发出的声光报警信号，可采取紧急停运设备、疏散人员、启动通风设备等应急措施，从而降低环境危险性[1]。

中国针对气体探测器设计、安装和检定的标准比较完善，有GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》和GB 16808—2008《可燃气体报警控制器》。本文重点针对气体探测器操作和维护领域，介绍了美国气体探测器标准在产品类型、特殊场所

冗余设计、设置场所原则、报警设定值和培训等方面的先进经验。结合中国气体探测器应用实践和相关技术标准进行了对比分析，对于提高国内输油气站场管理水平具有重要意义。

1 中国气体探测器运行维护标准简介

针对气体探测器产品类型、设置场所原则和安装区域尺寸要求，国内有GB 50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》，GB 50183—2015《石油天然气工程设计防火规范》，SY 6503—2008《石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全技术规范》；针对气体探测器日常检查、操作维护要求，有Q/SY 152—2012《油气管道火灾和可燃气体自动报警系统运行维护规程》，Q/SY GD 1053—2014《输油气站库固定消防系统手册》等。

2 美国气体探测器标准简介

美国仪表协会ISA(the international society of automation)与油气管道行业相关的标准包含可燃气体和有毒气体探测器标准、仪表安全等级标准、仪表完整性标准和爆炸性气体环境电气设备标准。本文以ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012《爆炸性气体环境》第29-2部分： 气体探测器-易燃气体和氧气探测器的选型、安装、使用和维护为例，说明美国可燃气体探测器的技术水平和发展趋势。

3 气体探测器产品类型

输油气站场气体探测器主要是探测烃类可燃气体，广泛应用了催化燃烧型气体探测器，在缺氧或高腐蚀性场所一般选择红外吸收型气体检测器，此外还应用了电化学型、热传导型、半导体型、光致电离型气体探测器[2]。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012规定了上述气体探测器的工作温度范围、探测气体种类/浓度范围、灵敏度、响应时间、抗干扰性等技术参数，还介绍火焰离子化探测器FID(flame ionization detectors)和火焰温度分析仪FTA(flame temperature analysers)，国内较少应用，简介如下：

1) 火焰离子化探测器。利用有机化合物在氢气火焰中燃烧，正负离子运动产生电位梯度，在燃烧室的电极间形成几百伏的电压，电压与气体体积分数成比例关系。该类探测器适用于探测易燃有机化合物，不能探测惰性气体和无机气体，反应时间低于1 s，测试范围宽，从百万分之几到最低燃烧下限(LFL)甚至更高。

2) 火焰温度分析仪。基于火焰温度值，火焰由试样中的易燃污染物燃烧产生，要求试样中空气和易燃气体流量保持恒定形成火焰。火焰温度分析仪适用于探测浓度低于LFL的易燃气体，反应时间低于5 s。

4 气体探测器选型原则

国内输油气站场根据探测气体种类选择气体探测器，例如GB 50493—2009规定烃类可燃气体宜选用催化燃烧型气体探测器；缺氧或高腐蚀性场所宜选择红外气体探测器；探测氢气选用催化燃烧型、电化学型或热传导型探测器。此外,气体探测器选型应考虑以往设计经验和投资成本，但较少综合考虑易燃气体-空气混合物性质、探测场所特点、人员可进入性和方便维护等因素。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012规定了气体探测器选型应考虑的因素，包括： 介质物理化学性质和封闭状况；探测气体中组分浓度范围，气体探测器精度要求；蒸气压、汽化热、沸点、闪点、相对密度和储存温度等油品挥发性参数；气体探测器用途，例如特殊位置监测、人身安全监测、油品渗漏探测、日常安全检查等；腐蚀性、风速、降雨、霜雾等环境条件。

5 特殊场所气体探测器冗余设计

传感器是气体探测器的核心组件。国内标准规定了气体探测器和火灾报警系统的相互关系以及控制器多线路输出功能要求，但针对特殊区域或者重要场所，气体探测器的重要部件是否需要进行冗余设计，国内标准无规定。一旦传感器损坏，无法发生声光报警信号。例如GB 50116—2013和SY 6503—2008规定气体探测器宜独立设置，气体探测器不应接入火灾报警系统的探测器回路；GB 16808—2008规定气体控制器应至少保证2组控制输出信号。文献[3]研发了油库可燃气体远程监测报警系统，采用计算机分布式模块化设计方法，实现了多区域监测和独立报警功能，但未采用气体探测器的传感器冗余设计理念。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012规定在连续不间断监测的重要场所，气体探测器的传感器应设置双重或者三重冗余设计，或采用“故障安全性”输出电路，防止气体探测器的传感器故障或者输出电路元件故障而不能发出报警信号，但未说明适用该设计原则的具体场所。建议针对涉及人员作业安全的重要场所，或者进入设备内部的受限空间作业场所，例如储罐人孔、工艺阀井等，气体探测器应采用传感器冗余设计理念，确保在传感器故障条件下或者气体探测器检修期间的场所环境安全监测。

6 气体探测器设置场所

国内输油气站场设置气体探测器的场所如下： GB 50183—2015规定输气站压缩机房应设气体探测器；Q/SY GD 1053—2014规定输油气站场工艺阀井、管沟及排污油沟应设气体探测器；原油和成品油储罐防火堤内应设气体检测器。存在的问题是： 国内标准气体探测器在操作和维护过程中的防护措施，例如Q/SY GD 1053—2014规定气体探测器安装应预留更换和检定的空间，探测器位于室外时应有防尘和防雨设施。国内输油气站场维护侧重于输油泵、压缩机、阀门、加热炉和工艺管网等设备设施，气体探测器一般视为附属生产设备，维护保养工作有待改进；另一方面由于气体探测器维护不及时、防护措施不到位导致的误报警故障普遍存在[4]。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012规定了在复杂场所和恶劣气象条件下气体探测器应采取的防护措施，具有借鉴意义，包括：

1) 环境温度低于-10℃，电化学型探测器中的电解液可能冻结，应采取保暖防冻措施。

2) 安装在旋转式机械设备上的气体探测器应采用减振设计。

3) 含腐蚀性气体，例如氨、酸雾、H2S等的空气环境中的探测器，应定期检查金属构件腐蚀状况，避免严重腐蚀导致电气故障。

4) 如尘埃、湿气、薄雾等空气污染物含量较高，也可能导致探测器元件故障，应采取相应防护措施。

7 气体探测器报警设定值

Q/SY GD 1053—2014和Q/SY 152—2012规定可燃气体探测器宜采用两层级报警模式，第一级报警高限设定值为小于25%LFL；第二级报警高-高限设定值为小于50%LFL。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012规定催化燃烧型气体探测器报警设定值根据探测气体类型略有差异，甲烷体积分数报警设定值不低于5%LFL，丙烷和丁烷体积分数报警设定值不低于10%LFL，易燃油气-空气混合物体积分数报警设定值不低于20%LFL。针对气体探测器报警设定值，美国标准更严格，建议国内标准修订气体探测器一级报警设定值为小于20%LFL。

8 气体探测器故障时的替代措施

Q/SY GD 1053—2014和Q/SY 152—2012规定气体探测器在维修或检定时应采取其他替代监测方法或者替代防护措施，保证现场环境安全。存在的问题是未规定详细的替代措施，可能给输油气站场管理造成混淆和不便，甚至可能产生安全隐患因素[5]。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012规定气体探测器故障时应采取下列替代措施，具有借鉴意义，包括：

1) 气体探测器故障应持续发出报警信号。

2) 使用便携式可燃气体检测仪。

3) 启动通风设备。

4) 消除点火源或明火。

5) 释放源封闭。

6) 必要时紧急停止设备。

9 气体探测器培训

针对气体探测器使用方法培训，国内管道企业主要依据产品说明书以及实践经验，侧重于论述设备操作规程和气体检测器操作维护规程，针对气体探测器运行特性以及零位漂移调整、读数异常和报警滞后等特殊故障问题较少涉及[6]。掌握设备运行特性和故障修理等技术对于提高气体探测器使用率和完好率具有重要意义。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012规定操作人员应掌握气体探测器基本知识、运行特性和故障原理等信息，建议纳入气体探测器培训范畴，具体如下：

1) 单个气体探测器只能探测有限区域范围内的气体，气体探测器无法探测可燃性薄雾、粉尘和纤维物质等。

2) 异常的湿度/温度变化可能导致蒸气冷凝在探测器表面，可能导致探测器读数显示错误、误报警或者不能发出报警信号。

3) 应掌握典型的气体流动特性，例如管道泄漏时高速流动气体形成射流，储罐破裂油品倾泻喷溅形成可燃气体的扩散流动特性。

4) 气体检测器精度针对探测不同种类气体存在差异，例如探测气体和仪器检定所用气体不同，仪器读数上下浮动属于正常情况。

5) 仪器故障或者空气扰动均可能造成读数异常，可用相同型号的探测器进行比对，存在读数异常的探测器应检查后才能使用。

6) 长时间探测低浓度可燃气体可能导致读数零位漂移，建议探测器使用空气校准后再继续使用。

7) 如出现读数超过最大量程的情形，都应认为是可燃气体浓度超标的原因，应立即采用应急措施，并用便携式可燃气体探测器确认是否存在可燃气体。

10 结 论

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012的技术先进性主要表现在以下几个方面：

1) 气体探测器产品类型多样，除国内应用的气体探测器之外，还研发了火焰离子化探测器和火焰温度分析仪。

2) 气体探测器选型原则细致，考虑介质物理化学性质、探测气体中组分浓度范围、油品挥发性和探测器用途等多种因素。

3) 在特殊重要场所，气体探测器采用传感器冗余设计理念。

4) 在机械振动等复杂场所和低温、潮湿等恶劣气象条件下采取气体探测器防护措施。

5) 气体探测器一级报警设定值小于20%LFL，相对国内标准为25%LFL更严格。

6) 规定气体探测器故障时应采取的替代措施。

7) 将气体探测器运行特性、检定气体介质、零位漂移调整、读数异常和报警滞后等问题纳入气体探测器培训范畴。

[1] 黄维和，郑洪龙，王婷. 我国油气管道建设运行管理技术及发展趋势[J]. 油气储运，2014，33(12)： 1259-1262.

[2] 首晓洁，赵晓龙，邓莎萍. 油气站场可燃气体浓度检测的设计[J]. 油气田地面工程，2013，32(12)： 75-76.

[3] 郭福田，刘心红. 油气站库可燃气体远程监测与报警系统设计[J]. 天然气与石油，2014，32(03)： 63-65.

[4] 关中原，高辉，贾秋菊. 油气管道安全管理及相关技术现状[J]. 油气储运，2015，34(05)： 457-463.

[5] 李明凯，任桂芬. 可燃气体报警控制设备的使用与维护[J]. 石油工程建设，2003，29(05)： 17-19.

[6] 梁富华，段冲. 天然气管道可燃气体探测器误报警的原因及对策[J]. 石油工程建设，2008，34(03)： 70-71.

Advancement Study on Foreign Gas Detector Operation and Maintenance Standards

Cao Wei1, Du Shengping2, Wang Xiaodan3, Wu Jing3

(1. Coal Industry Hefei Design Institute, Hefei, 230041, China; 2. CNPC Southwest Pipeline Transportation Nanning Oil & Gas Branch, Nanning, 530000, China; 3. CNPC Zhongyuan Oil & Gas Transportation Branch, Dezhou, 253000, China)

s： Design, construction and calibration standards of gas detectors have been developed in China.Gas detector operation and maintenance standards need to be improved. With the newly released ISA-60079-29-2(12.13.02)-2-12ExplosiveGasEnvironmentas the case, advanced experiences and recommended practices of American combustible gas detector are introduced from the aspects of instrument selection, sensor redundancy design, setting position, alarm setting value, training on operation and maintenance. Suggestions of adopting American standards to improve domestic combustible gas detector standards are proposed finally.

gas detector; standard; type selection; alarm; operation and maintenance; training

曹威(1987—)，男，2013年毕业于中国石油大学(北京)石油天然气工程专业，获硕士学位，现主要从事天然气相关设计工作，任工程师。

TP273

A

1007-7324(2017)04-0005-03

稿件收到日期： 2017-02-24，修改稿收到日期： 2017-05-18。