半导体电子厂房气体检测及监视系统的设计

2021-07-22高三垒

商品与质量 2021年28期

关键词：控制室检测器电极

高三垒

中国电子科技集团公司第十三研究河北石家庄 050051

1 气体检测及监视系统的设计

1.1 系统描述

气体检测和监控系统（GDS/GMS）是生命安全系统（LSS）的一部分。该系统集成了气体泄漏警报、安全组合以及各种气体设备的重要运行状态监视功能。其配有气体检测器，以检测生产过程中产生的危险气体是否泄漏。

为了提高系统可靠性和稳定性，GDS/GMS是冗余配置，它的所在位置是在气化控制室中。系统网络为双环网络，供电是双回路电源（市电+固定电源）；网络或电源出现故障将在系统中设置警报并使用另一网络或其他电源。人机交互客户端分别在发电厂的中央控制室和生产厂的气化控制室以及行政大楼的安全控制室中[1]。

1.2 系统构架

详细的系统架构分为两部分：数据采集与监控网络架构图和PLC网络架构图。下图显示了数据采集和监视网络架构图，其中包括两个工程师站（ES），两个操作员站（OS），两组冗余的I/O服务器（I/OSERVER）和一组冗余的历史数据服务器，通过网络跟数据收集与监控相连。

1.3 系统关键组成部分

1.3.1 可编程逻辑控制器（PLC）

GDS/GMS它们一个涵盖了4000多个硬接线I/O点，布置两组PLC设备，每组由两个网络和两个电源进行供电，完成了整厂所有可编程逻辑控制器的把控逻辑以及联合功能和监视性能。

1.3.2 人机界面

GDS/GMS在厂房的中心控制室和生产车间气化控制室以及行政楼里安保控制室里都布置了操作点，可以直接对该系统进行监视和操作，同时在气化控制室里布置了两个工程师站点，能够直接对该系统进行设置和程序的编程等。

2 气体检测器的选择及设计

2.1 可燃和有毒气体检测器设置原则

根据石化可燃气体检测规范GB50493-2009和有毒气体报警设计规范，可燃气体和有毒气体检测仪的设置原则如下：

当可燃气体泄漏时，可燃气体的浓度可能达到25%LEL，但是当有毒气体无法达到最大允许浓度时，将安装可燃气体检测器。当有毒或含有可燃气体泄漏时，有毒气体的浓度可能达到最大允许浓度，但是当可燃气体的浓度不能达到25%LEL时，应安装有毒气体检测仪。

当两者同时存在时，可燃气体浓度可能达到25%LEL，有毒气体的浓度也可能达到最高容许浓度时，分别设置可燃气体和有毒气体检测器。

在同时存在可燃气体和有毒气体的情况下，可燃气体的浓度可以达到25%LEL，有毒气体的浓度可以达到最大允许浓度时，可以分别对它们设置检测器。

当相同的气体可燃且有毒时，仅安装有毒气体检测器。

2.2 检测的气体种类及检测原理

气体种类中使用的13种有毒或可燃气体，按照规定设置了不同类型的检测器，和在控制系统里设置两级警报。

有毒气体检测原理：分为电化学、红外、定点电解以及隔膜离子电极等。

电化学类型：将扩散气体的电极浸入普通电解液中，通常是浓酸溶液或盐溶液，方便在工作电极和负电极间进行离子导电。根据电池的特定类型不一样，被测气体会在工作电极的表面上被氧化或还原该反应改变了基于参考电极的工作电极的位置。连接到电池的电子驱动电路根据与所测量的气体浓度成比例的标准在工作电极和对比电极之间传输电流，从而反映所测量的气体浓度[2]。

催化燃烧类型：当可燃气体/空气混合物经过热催化剂的表面时，它将燃烧。燃烧释放的热量将改变铂线圈的电阻值，该线圈在标准电桥电路中用作温度计来使用和测量。电阻值的变化表示周围空气中被测气体的浓度，可以显示在气体检测器上。根据气体检测仪的安装区域，有必要考虑防护等级和防爆要求。如果安装在室外开放区域，则应选择室外类型或添加防护罩；如果安装在防爆区域，则必须根据不同的防爆等级选择相应的防爆产品[3]。