石油化工老厂区火警系统联网设计探讨

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

在石油化工行业中，对于早期建设的石油化工老厂区而言，由于当时行业处于起步发展阶段，没有统筹管理的概念，于是形成了不同装置、不同厂区之间分散独立管理的现状。正是由于石油化工老厂区的这种建设及管理现状，造成了企业内部不同厂区不同装置之间的火灾自动报警设施的建设没有做到统一规划，火警主机的位置分散、品牌多样，需要投入大量人力，管理效率极其低下。随着时代及科技的发展进步，这种设计管理模式已经变得落后，也不符合国家、地方的一些管理及规范要求，实现火灾系统的联网势在必行。本文以某国有大型石油化工企业火警系统联网设计方案为例，通过比较分析以获取优选的设计方案。

1 项目概况

项目要求根据当地消防部门的整改意见，对企业内部所有厂区装置的火灾报警系统进行联网，联网后将所有的火灾报警信息统一集中到企业内部消防应急指挥管理调度中心显示、报警以及作出信息汇 总。

根据实地勘查统计，各厂区装置内部的火警主机的分布及品牌统计情况如表1所示。从表1可以看出，企业内部共计有68套火灾报警主机需要联网、涉及了国内六个主要品牌。

2 传统火灾报警系统联网

项目方案设计阶段，选择了传统的联网方式，即利用火警主机自身进行全企业内部的火警系统联网。

火灾自动报警系统不同品牌之间的通讯协议是互不开放的，利用控制器自身实现联网需要同品牌之间才可以完成，如A品牌的主机只能与A品牌的主机进行联网，B品牌的主机只能与B品牌的主机进行联网。如果按照这种联网模式，就需要根据不同主机品牌以及分布位置分别实施联网，联网后汇总的火警信息也只能在对应品牌的火警主机上显示。那么企业内部目前六个火警品牌，就需要在消防应急指挥管理调度中心（以下简称消控中心）设置六台集中火灾控制器及图形显示装置。对于本案例而言，以化工单元为例，有11套装置的11套主机需要联网，这其中涉及了5套A品牌主机、1套B品牌主机、1套C品牌主机，4套D品牌主机。化工厂内部需要对5套A品牌的主机进行联网，4套D品牌的主机进行联网，其余两个品牌分别只有一台，不再进行厂内联网。完成上述厂内联网工作后，再对烯烃单元、塑料单元等各个厂之间的同品牌主机进行联网。以各单元C品牌主机联网规划为例，联网图及主要材料统计如图1及表2所示。

从图1及表2可见，仅一个品牌的主机联网就十分冗杂，对消控中心的空间造成极大的浪费，也给消控中心工作人员的管理带来诸多不便，依托主机自身实现联网可行性非常低。通过多次论证，我们最终选择了依托消防物联网的方式来实现企业内部各厂的火警联网功能。

表1 某石化企业内部火警主机部署统计表Tab.1 Statistics on the deployment of an internal fire engine in an enterprise

3 依托消防物联网实现火警主机联网

随着技术的进步，联网的实现不再只能依托主机自身的联网，可以借助物联网的一个子系统-消防物联网来实现主机的联网。

3.1 依托消防物联网实现联网的原理

消防物联网就是依托第三方传输装置以及其通讯技术，将不同品牌之间的火警主机进行联网。这种联网模式由三个部分组成：

（1）前端的信息采集传输装置（以下简称采集装置）

（2）中间的传输设备及线路

（3）后端的核心数据、通讯服务器

火警主机先通过RS232或RS485通讯接口接入采集装置，再利用网络，将火警信息传送至消控中心的接警受理机，受理机在接收到报警信息后，会以文字和图形两种方式同时显示报警内容。受理机在接收到报警信息的同时能够自动区分火警、故障信息，以语音来提示值班人员进行处理。在联网系统中，若其中某一个节点出现故障，系统会作出故障报警且不影响其他节点的正常运作。

其基本的构架如图2所示。

3.2 系统设计

目前，石油化工企业内大多已建有完备的内部专用网络，本案例中依托的为该企业内的视频监控专用网络作为联网系统信息传输的主干网络。

本案例中，采集装置与火警主机之间均采用RS232的通讯协议，根据现有火警主机RS232通讯接口卡配置情况，选择利用现有冗余通讯接口或增加主机对应品牌型号的接口卡。由于RS232协议的传输距离有限，为保证信号的可靠有效传输，距离需控制在10 m 以内，故采集装置均需根据现场情况安装在各装置或建筑物现有需联网火警主机附近。

图1 传统联网方式控制器联网图Fig.1 Traditional network mode controller network diagram

此采集装置用于传输火灾报警主机的报警及故障信息。由于传输的信息为火警相关信息，所以此采集装置也作为消防设备，按照火警主机的供电要求来部署消防电源，即依据GB 50116—2016《火灾自动报警设计规范》，第10.1.5条及GB 50160—2008（2018版）《石油化工企业设计防火标准》，第8.12.6条相关规定来提供电源，供电线路采用耐火供电电缆。

表2 传统联网方式主要材料统计表Tab.2 Statistical table of main materials of traditional networking

图2 消防物联网构架图Fig.2 Architecture diagram of fire internet of things

采集装置通过有线连接接入专用网络。此有线链路的线路类型需根据采集装置与专网接入点的距离来选择，分为以下两种情况：

（1）水平距离不超过90 m的室内部分选用UTP-CAT6 网线接入到网络接口或网络交换机的端口上（该企业内专网采用六类非屏蔽综合布线）；

（2）水平距离超过90 m或包含有室外段路由时，则选用光缆作为传输线缆，采集装置侧及交换机侧均加装光电转换装置。

系统链路中线缆全部采用镀锌钢管或金属封闭线槽保护。

本案例中采用此种方式所需敷设的线缆等材料统计如表3所示。

采集装置采集到火警主机的各类信息后，通过专网的信息传输，将所有的火警数据上传至核心服务器。系统所需配备的数据服务器及通讯服务器作为系统的核心，一旦故障或瘫痪将造成巨大的数据损失，甚至影响对于火灾事故的有效响应，所以数据服务器及通讯服务器均采用双机热备份的模式，并采用UPS 电源供电，备电时间为2h，从而保障系统的稳定性。同时为了保证系统网络的安全，系统内还设有防火墙。

除设备及传输链路的部署，还需对管理流程进行定义。各厂级管理中心均在火警联网的网络节点上设置了接警受理机。火警信息通过传输网络首先传送到企业消控中心，通过企业消控中心管理平台的授权定义，将火警信息反馈下发至火警发生区域所在装置或建筑物所属的厂级管理中心。厂级管理中心接到信息后第一时间通知相关人员对火警信息进行处理，处理完成后再反馈处理结果至企业消控中心，从而形成管理闭环。

该企业各单元区依托消防物联网的主机联网图如图3所示，厂级受理机、各信息采集传输装置以及管控中心的系统核心设备直接接到已建网络的交换机即完成了系统的物理构建，可以明显看出此种联网方式逻辑更为清晰。

表3 某企业依托消防物联网方式联网主要材料统计表Tab.3 Statistical table of main materials connected by means of fire fighting internet of things

4 依托消防物联网实现老厂区火警联网优势分析

依托消防物联网较之传统的依托主机自身联网有很多优势。

4.1 空间布置合理化、提高企业管理效率

如前文所述，依托消防物联网的方式联网，可以避免因为协议不同，在消控中心摆放多品牌多台主机设备，造成资源及空间的浪费。且若采用传统联网方式，值班及管理人员需要对本案例中该企业六个品牌六台主机及图形显示装置同时进行关注，需要同时处理多台设备的报警、故障问题，这必然造成工作力量分散，报警响应不及时。

4.2 管线敷设数量大幅度减少，提高施工工程效率及施工方案的可行性

老厂区地上、地下布满各类管线，管线的种类及走向极其复杂，加之多年来经历了各种改造工程，资料留存不完整，若通过传统方式联网，需要做大量的地下管线探勘及地上线缆摸排工作，且此种方式需要敷设的线路途经区域过多，很难找到合适经济的路由。表2中显示，本案例中传统联网方式所需敷设的光缆总量约为154 450 m，线缆量非常巨大，而通过表3的统计可以看出，采用消防物联网的方式联网，光缆加上UTP-CAT6的合计量约为12 070 m，仅为前者的1/10。与此同时，传统的联网方式的室外线路敷设，需要大量的地面开挖工作、脚手架的架设工作以及与之相配合的安全措施工作。大量的开挖等工作还会带来动火作业，破坏现有管线等问题，会对运行的生产装置带来安全隐患，造成经济损失、人员伤害。而依托消防物联网的模式，只需要在室内或附近进行少量的电缆或光缆的敷设工作，这样的短距离的路由较之大量的多走向、长距离的路由而言更容易实施，且对生产及人员安全都有更多的保障。从表2线缆等材料量与表3的线缆材料量对比可明显看到依托消防物联网联网的优势所在。

此外，依托消防物联网的联网方式，不再需要前期大量的地下管线探勘、地上管线摸排、地面开挖、脚手架搭建以及其配套的大量安全维护措施的建设，从而大大缩短了施工周期。

4.3 造价成本降低

从表4可以看出，传统联网方式设备投资费用合计约为116.07万元，而依托消防物联网设备投资费用合计约为389.534万元，依托物联网的设备投资成本是较高的，约为前者的3倍。但是传统联网的管线材料的投资成本约为890.950万元，依托物联网的管线材料投资成本约为85.902万元，仅为前者的约1/10，而大量的材料管线不仅本身费用高，随之而来也带来的更高的安装成本及安全措施成本。采用传统联网方式的安装费用约为748.325万元，安全生产费用约为24.589万元，而依托消防物联网的方式安装费用约为116.511万元，安全生产费用约为3.036万元，分别约为前者的1/8。

图3 某企业各厂火警联网图Fig.3 Fire alarm network diagram of each factory in the enterprise

由此可见，较之传统的联网方式，利用消防物联网设备，依托厂区已经建立的专有网络实现联网虽然增加了前端信息采集装置及核心服务器等设备，但是大大降低了大量的电缆、光缆敷设带来的施工及安全管理成本，特别是在目前市场人工成本大幅上升的情况下，利用消防物联网的方式更突显出工程造价上的优势。

5 结束语

随着消防物联网的推广运用，在较低的成本及可操作情况下，实现了石油化工老厂区的火警系统联网。随着软硬件设施的不断提升，消防物联网甚至将传统的火警联网不能实现的大数据信息统计分析变为可能，这对于石油化工老厂区消防能力提升，以及新建厂区的高效管理，都起了至关重要的作用。当然，我国的物联网技术还处于起步发展阶段，这就需要我们不断完善技术，也需要国家及相关部门给予政策支持及资金保障，从而将物联网技术更好的应用于消防管理中。

表4 造价对比表Tab.4 Cost comparison table