基于火气探测报警系统的海上平台火灾防控管理探析

2018-07-06王智晓

安全、健康和环境 2018年6期

王智晓

(中国石化胜利油田分公司安全环保处，山东东营 257000)

海上平台是海上生产主要的原油和天然气的处理及外输设施，这些设施通过管线和管件进行连接，形成一整套相互关联的生产工艺系统，但在系统中潜在着可燃气体泄漏的可能性。此外，海上平台空间、面积有限，设备的布置较密，存在有封闭和通风不良的处所，造成泄漏可燃气体的聚集，潜在了引发火灾的危险，做好火灾防控管理对海上平台安全至关重要。

火气探测报警系统由火灾探测报警系统和可燃气体探测报警系统两部分组成[1]，是平台安全设施中的一个重要组成部分，火气探测报警系统对平台可能存在的火灾、可燃气体泄漏进行自动探测，并在探测到后进行报警，火灾情况下启动平台的消防灭火系统，为平台操作人员和生产设施提供安全保障。

1 火灾探测报警系统

火灾探测报警系统对平台上可能发生的火灾进行探测，当探测到火灾发生时，发出声光报警，并启动平台消防灭火系统。该系统主要由现场探测元件、现场手动操作单元、控制单元和声光报警单元组成。

1.1 火灾探测报警系统组成

1.1.1现场探测元件

a)烟雾探测器。可以在火灾发生的第一时间对燃烧产生的可见的烟雾或不可见的燃烧生成物产生反应，由2个自补偿电离室和1个高度稳定的固态放大开关电路组成。其中一个电离室用于探测现场是否存在燃烧生成物，另一电离室则作为参考，以保证探测器在不同的环境条件下保持可靠的灵敏度。使用时，烟雾探测器接入两线回路中，当燃烧生成物进入取样室，取样室电流降低，并引起电压的变化，当电压变化超出预设的范围时，就发出一个报警信号到系统控制单元，同时探测器上的红色显示灯亮，在现场指示探测器已动作。探测器一经动作，便锁定报警，必须从控制单元面板上进行复位。

b)温度探测器。由一个铝制管状壳组成，在壳内部有两个可弯曲的膨胀元件，形成一对与外壳绝缘的正对的常开触点。铝制管状外壳与内部膨胀元件的膨胀系数不同。使用时，温度探测器也接入两线回路里，当探测器急剧受热时，管状外壳发生微弱的膨胀和伸长，同时内部元件以较慢的速度伸长，由于外壳的迅速伸长使内部元件弯曲，从而使常开触点闭合，发出警报；当探测器较慢受热时，外壳和内部元件几乎以同样的速度伸长，但当到达设定温度时，内部元件就会停止伸长，而外壳继续伸长，导致触点闭合，发出信号。探测器上显示灯亮，现场指示探测器已动作。探测器一经动作，便锁定报警，必须从控制面板上进行复位。

c)红外线探测器和紫外线探测器。红外线探测器和紫外线探测器主要安装在一些比较重要的地方，如发电机房。红外线探测器探测火灾发生时产生的热量，而紫外线探测器则探测火焰。其输出信号为4～20 mA的电流信号，将其连接到相应的报警控制模块上，当其探测到火灾，发出报警。

d)易熔塞回路。易熔塞回路也是现场对火灾探测的一种方式,对火灾产生的热量做出反应。易熔塞回路由充气阀、气控制阀、单向阀、阻尼阀、压力开关和若干易熔塞组成(如图1)。回路中压力开关常闭触点接入火灾探测报警系统信号输入回路中。正常情况下，打开充气阀，气体由气源经充气阀和单向阀给回路充气，回路压力升到一定值后气控制阀打开，当压力开关常闭触点断开后回路充气结束，关闭充气阀，回路将由气源打开的气控制阀、阻尼阀继续给回路供气，回路保持一定的压力，以保保证压力开关常闭触点在分开位置。当火灾发生时，易熔塞在火灾产生热量的作用下熔化，回路内的气体开始泄放，由于阻尼阀的作用，经由气控制阀充气的速度比泄放的速度慢，回路中的气压逐渐降低，当降低到一定压力时气控制阀关闭，切断气源，当回路中的气体继续泄放，到压力开关的设定值后，压力开关常闭触点闭合，向系统发出火灾报警信号。该回路利用阻尼阀的工作特性，既保证正常情况下回路中保持一定的压力，又保证在探测到火灾时，回路中的压力能够泄掉，使压力开关动作，发出信号。

图1 易熔塞回路

1.1.2现场手动操作单元

现场手动操作单元,即手动报警器，固定安装在设备房、生活楼或控制室等的入口处墙壁上，依靠手动动作产生报警信号，内含有常开触点。当手动拉下时，触点闭合，发出报警信号到系统，并锁定，需用钥匙手动复位。

1.1.3控制单元

火灾控制单元安装在控制室内的火气探测报警控制盘内，是火灾探测系统的控制中心，由输入模块、输出模块、控制模块和释放装置模块组成。

a)控制模块。控制模块是系统基本的控制单元。接到输入模块通过数据总线传来的报警信号，进行处理后，控制模块就会激发控制柜面板上的声光报警器，并根据报警的情况向输出模块发出指令。

b)输入模块：现场探测器以并联的方式接入输入模块启动回路，各现场探测器和现场手动操作单元在正常情况下其触点均为开路，当任一探测器动作，其触点闭合，就会向输入模块发出一个信号，输入模块收到接入的探测器传来的报警信号后，其面板上的红色指示灯亮，同时通过数据总线将报警信号传到控制模块。

c)输出模块。该模块接到控制模块发出的指令后，产生输出，输出信号到接入其回路的安装在平台上的声光报警系统，发出声光报警，并输出信号到释放装置模块。

d)释放装置模块。该模块接到系统输出模块传来的报警信号后发出动作，作用于消防系统的电磁阀和风机、门的开关用电磁继电器，启动平台消防系统。释放装置模块有两个输入端口，只有当两个端口都有信号输入时，模块才会被激发，输出到接入的电磁阀或电磁继电器上。

1.1.4声光报警单元

由扬声器和报警灯组成，以声、光的形式警示火灾的发生。

1.2 火灾探测报警系统工作程序

各模块通过系统总线有效地连接在一起就组成了平台火灾报警系统。其工作程序如下：

a)平台某处发生火灾，现场探测器在第一时间探测到火灾的发生，并发出信号到系统控制柜内的系统输入模块，或值班人员发现火灾，通过手动报警单元发出信号到系统输入模块。

b)输入模块在接到报警信号后，通过数据总线将该信号传输到系统控制模块。

c)控制模块接到报警信号后，发出指令激发控制柜面板上的声光报警信号，启动消防水泵，并通过数据总线向输出模块发出指令。

d)输出模块接到指令后，激发平台上的声光报警设备，并将指令传给释放装置模块。

e)释放装置模块接到指令后，输出信号到连接的电磁阀或电磁继电器，开启消防管路上的阀门，启动消防系统。另外，释放装置模块必须两个输入端口均接收到报警信号才动作，且其两输入端口接到的两报警信号应来自同一区域的两个独立的报警探测回路，这样可以避免系统误报警引起的消防系统动作带来的不必要损失。

通过系统各部分的协作，当平台发生火灾时就能及时地探测到，发出警报，并自动启动平台消防系统，迅速地控制住火势，再将其扑灭。

2 可燃气体探测报警系统

可燃气体探测报警系统用于探测海上平台生产过程中设备和管线可能存在的可燃气体泄漏，发出声光报警并采取相应的动作。由控制单元、现场探测元件和声光报警单元组成。控制单元包括警报放大、控制模块和管理模块。

2.1 可燃气体探测报警系统组成

2.1.1可燃气体控制单元

可燃气体控制单元由警报放大、控制模块和管理模块组成，安装在火气探测报警系统控制盘柜内一个专用的底盘内，在底盘的后面是汇线排，将各模块连在一起。

a)警报放大、控制模块：根据现场传回的信号，警报放大模块可产生高、低两种报警。当产生低报警时，输出信号到信号器，激发系统面板上的扬声器，并输出信号到平台控制系统，激发平台上的各扬声器，从而发出警报；当产生高报警时，输出信号到信号器和平台控制系统，使控制面板和平台上的扬声器拉响，发出警报，并发出信号到发电机控制系统，紧急关停发电机。可燃气体探测器和警报放大、控制模块间的接线图。

b)管理模块：管理模块安装在底盘的专用插槽内，具有报警显示、系统故障显示、报警复位和报警应答功能。

2.1.2现场探测器

现场可燃气体探测器一般采用半导体式，由探头和微处理器两部分组成。依据现场可燃气体的浓度，探头传送一个信号到微处理器，经过微处理器处理后，输出一个4～20 mA的信号。

2.1.3声光报警单元

由扬声器和报警灯组成，以声、光的形式警示某个区域可燃气体泄漏的发生。

2.2 可燃气体探测报警系统工作原理

可燃气体都有一个爆炸范围，爆炸范围的最小值被称为该气体的最小爆炸极限，用LEL来表示。各种可燃气体的爆炸范围是不同的，故其最小爆炸极限也不同，对于采油平台上的可燃气体，其主要成分为甲烷，其最小爆炸极限为5%。

当探测器探测区域的可燃气体浓度达到20%LEL时，探测器产生相应的报警信号，并传送到放大、控制模块，引起系统低报警，触发控制面板及平台上的扬声器，发出声音报警。当探测器探测区域的可燃气体浓度达到60%LEL时，探测器产生相应的报警信号，并传送到放大、控制模块，引起系统高报警，高报警除引起声音报警外，还将有其他动作发生，如引起发电机关停，从而导致平台的整个关停，以确保海上生产人员及生产设施的安全。

3 平台火灾防控管理

a)本质安全化管理，对海上平台火灾进行防控，要从设计、建造阶段就开展管理，要从根源上保证平台，做到火灾防控管理本质安全化。

b)日常管理，对海上平台生产系统、火气探测报警系统等设备设施加强维护、保养、维修，发现问题及时处理，使各系统设备设施时刻处于正常工作状态。

c)变更管理，当海上平台火气探测报警系统设备设施出现故障、无法及时修复时，应对火灾防控工作实施变更管理[2]，采取变更生产工艺、停运火灾风险重大的设备设施、对存在火灾风险的生产设备设施或场所加强巡检和要求现场巡检人员必须佩带便携式可燃气体报警仪等措施，防止火灾事故的发生，同时尽快联系维保人员到达现场进行修复。