天禄能源油库消防工程中自动化系统设计与实施

吴海权

摘 要：随着我国工业和国民经济的迅速发展，国家对能源资源的需求量日益增大，我们国家在大力兴建大型油库，油库设计过程中都配套消防工程，消防工程的安全可靠运行对油库的日常生产起着关键的作用。本文针对天禄能源油库消防工程中自动化设计及实现的设计方案、功能特性、运行等方面的内容进行论述，说明自动化在油库消防工程中的重要性。

关键词：消防；自动化；PLC（可编程控制器）；报警

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.081

1 引言

在油库工程中所配套的消防工程起着至关重要的作用，根据天禄能源油库消防工程中的项目经验，本文对消防工程中自动化系统的设计与实现进行论述，体现消防工程中自动化系统可靠性和安全性。油库消防工程的投运和验收是国家消防部门重点关注和有强制性要求的工程，早期油库工程中的消防系统都由人工手动操作，当发生火灾和险情的紧急情况下，只能人工手动启动消防水泵、打开消防阀和打开泡沫阀进行灭火，响应时间较慢并且操作繁琐，容易误操作，不能在最短时间和有效时间内采取紧急措施进行处理，该项目特点是消防系统工程采用全自动化设计，无需现场人工手动操作相关设备，运行值班人员在中央控制室的上位机（计算机）就能实现自动灭火的全过程。上位机设计有多种灵活的操作方式，“点操”启动、“程序自动启动”以及“一键启动”的三种启动方式，项目消防自动化系统的投运得到了业主和消防管理部门的一致认可，现作为样本工程进行推广。

2 自动化系统概述

天禄油库消防自动化系统包括一期和二期罐区的系统，为了确保油库能够安全稳定运行，项目采用了消防自动化和信息化两化融合的整体解决方案。油库自动化系统是建立在良好的仪表控制技术、可靠的总线控制技术、先进的网络传输设备及综合的信息管理平台之上的一套完善的自动控制与管理的系统。自动控制系统核心是上位机监控软件和PLC系统来完成，当罐区发生异常或火灾时系统能够根据操作人员的指令手动或自动一键完成灭火过程，主要目的是提高油库自身保障能力和保障效率、安全防卫效能，科学缩短处理时间，快速解决消防问题并且减少损失。

消防自動化和信息化系统采用三层网络架构方式，分别为设备层、控制层和信息层所组成。设备层由现场总线和硬接线两种方式，可燃气体探测仪表、火焰探测仪表和电动阀门采用现场总线，泵和风机采用硬接线。仪表和阀门采用工业现场总线为PROFIBUS和MODIBUS总线；控制层由计算机与PLC系统采用工业以太网进行连接，信息层与上级管理部门采用普通以太网进行连接。

消防自动化系统采用分散控制集中监控统一管理，罐区设计多个PLC子站，各子站与主站之间通过光纤进行信号传输。每个子站带2个或3个罐组，每个罐组设计5条总线，2条仪表现场总线和3条阀门现场总线，每1条现场总线带6台气体检测仪表和6个电动阀门，各自将信号送至各个子站PLC系统。

3 消防自动化罐区探测系统

为了能够最早发现险情，把事故消灭在萌芽状态，良好及时的报警机制是必不可少的。在罐区安装可燃气体探测仪表报警器、温度传感器以及手动报警系统。可燃气体报警器实时监测着整个库区的可燃气体浓度，并且将浓度信号实时传送给各个子站系统，通过光纤以太网传送至中央控制室上位机系统，浓度高报警时提示操作人员做出正确的处理。可燃气体探测对火灾的预防起到了至关重要的做用，库区一般都会储存原油、柴油和汽油。汽油是一种极易挥发的油品，在输送的时候都有可能会有油气的产生，储罐或管线泄漏的地方都有可能挥发出油气。高浓度的油气极易发生爆炸或者火灾，及时发现及时处理是避免火灾发生的有效手段。

柴油、汽油以及挥发出来的油气都是极易燃烧的，可燃点都很低，所以要保持适宜的温度，在我国大部分地区的夏秋季节中午的温度都很高，被阳光直接照射的油罐温度更高，及早的发现高温适时将油罐降温也是避免火灾发生的必要条件，每个油罐上的温度传感器可以把每个油罐的温度实时传送到消防自动化系统，温度高报警时提示操作人员做出正确处理，温度高高报警时消防系统自动打开消防水阀喷水降低油罐的温度。库区安装手动报警器，对可燃气体报警器和温度传感器更进一步起到保护作用，当巡检人员发现异常，通过手动报警器将信号传送给消防自动化系统，手动报警时提示操作人员做出正确处理，一键启动按钮能够及时将罐区灭火系统自动启动。

4 消防自动化罐区灭火系统

罐区发生异常或火灾时消灭就要用到灭火系统，主要设备是消防水和泡沫液，这部分内容大体上分为三部分，一是消防泵站和消防水罐，二是消防泡沫站，三是消防管线和阀门。

4.1 消防泵站和消防水罐

消防泵站为消防系统提供压力稳定的水源，一般要配备几个水罐。消防水泵启动的数量将根据自动化系统压力程序判断自动启动，由压力来自动控制，保证消防管线有足够的压力。只有压力足够大才能保证在用水时有足够的水量。对于多台水泵将设计成不同压力等级下不同水泵工作的工况。压力越低启动的泵的数量就越多，随着管道压力的不断升高消防水泵依次停止。对于临界压力下将启动备用水泵，管道压力采用压力变送器进行测量，将信号送至PLC系统，PLC系统自动控制水泵启停，这样才能保证紧急情况下做到万无一失了。

4.2 消防泡沫站

消防泡沫站是生产泡沫液的地方，在使用时由泡沫站输出化学药品，由消防水的压力带动水轮机自动运转，将消防泡站的沫液输出到泡沫管线。油库分布有三个泡沫站，各个泡沫站的管线与罐区全部连通。

4.3 消防管线和阀门

消防管线包括主管线和进罐管线。在泡沫主管线和各个进罐管线上都安装电动阀，保证在用泡沫液时能够保证泡沫阀自动打开向事故发生地喷洒。在正常情况下泡沫主管线上的电动阀都是常开的，各个进罐的泡沫管线和消防水管线上的电动阀都是关闭的。在罐区外围上每隔一段距离还配有消防水栓和泡沫液消防栓用于手动消灭火灾或其他消防事故。

5 消防自动化系统控制方式

中央控制室上位机的消防自动化系统监控主画面主要由罐区系统监控画面、消防水系统监控画面和泡沫站系统监控画面三部分内容组成，各画面设备布置与现场设备布置完全一致直观清晰。

为了保障消防自动化系统安全稳定运行，系统设计有就地控制和远程控制两种控制方式，就地控制指操作人员在就地手动控制阀门的开关，水泵的启停，远程控制指操作人员在控制室自动控制阀门的开关，水泵的启停，或程序根据罐区火灾地点自动控制阀门的开关，水泵的启停。就地控制指在电动阀门就地控制柜和阀门本体上进行手动操作，水泵在电气MCC柜面板上面进行启、停操作。远程控制指在中央控制室上位机进行操作，远程控制有2种方式，点操控制和自动控制。点操指鼠标点击监控画面的阀门弹出对话窗口进行操作。自动控制指TK1罐发生火灾，鼠标点击TK1罐“启动“按钮，弹出对话窗口”TK1发生火灾了吗“，点击“否”按钮对话窗口关闭，如果点击“是”按钮将弹出对话窗口，“真的确认TK1发生火灾了吗”，将进行二次确认，点击“否”按钮对话窗口关闭，点击“是”按钮，系统自动打开进水阀和泡沫阀同时自动关闭相邻罐组的总管泡沫阀及启动消防泡沫站系统。系统运行状态通过颜色进行显示，当TK1罐进水阀开到位TK1罐显示绿色，TK1罐泡沫阀开到位TK1罐显示红色，如果进水阀和泡沫阀都开到位TK1罐显示红色。其它罐组颜色显示一致。阀门监视状态“红色”开到位，“绿色”关到位，”黄色”故障报警，”兰色“开或关信号均无状态。系统设计联锁严谨，避免误操作。

6 消防自动化分系统调试和验收

自动化系统安装、调试和验收完成经过3个月的周期、整套自動化系统经过2个月的调试和1个月的试运行，以及经过多次模拟和在线试验后顺利验收，满足设计和运行要求。安全和保护装置动作正确，符合技术规范和合同要求。其中仪表投入率达到100%，联锁保护投入率达到100%，系统安全稳定运行达到当初设计要求。消防系统自动化程度高，减少人员的投入，提高工作效率和准确率。现场各仪表检测参数异常和设备参数指标超标，系统根据仪表测量数据，通过PLC中央处理器快速计算，及时作出反应，当有异常时根据参数的安全等级，提供声光报警给运行人员采取相应的措施，或者根据参数报警的重要性系统自动计算、比较和判断作出灵活的处理并作出响应，让设备安全的停运，运行人员的手动操作系统设置有操作记录文件，供系统出现误操作引起设备故障时可提供记录查询。

7 结语

油库的消防自动化系统经过监理公司、业主主管部门和国家消防部门联合下的多次离线、在线启动检测和联锁试验验收，直至投运生产运行，实践证明自动化系统为油库的安全生产发挥了很大作用，能够保障罐区设备安全生产，减少运行人员配置减轻人力资源成本，系统安全可靠，自动化程度高，无需人工干预一键启动能够解决油罐降温和发生安全事故状态及火灾的灭火过程。

参考文献：

[1]刘泽详.现场总线技术[M].北京：机械工业出版社出版图书，2011.

[2]张培志.电气控制与可编程序控制器[M].北京：化学工业出版社，2007.