大型成品油油库消防自动化系统的集成与维护

陈 相

〔中国石化销售股份有限公司华中分公司 湖北武汉 430000〕

某大型成品油油库罐区地处长江经济带区域，毗邻某大型炼油厂，总库容19万m3，是某骨干管网输送的首站。该油库通过管道与输油码头相连，负责区域范围内主要成品油市场供应和调节，其安全可靠性要求意义重大。按照相关规范的设计要求，在罐区内设有多种消防系统以维护罐区的安全，主要有：①消防给水系统。采用独立的稳高压消防水系统，稳压泵设定压力0.75 MPa，同时设有1座3 000 m3的专用消防水罐，设有3台水泵和1台稳压泵；②水喷淋冷却系统。在罐壁周围设置了水喷淋消防冷却系统；③泡沫灭火系统。采用平衡压力比例混合泡沫灭火系统，采用液上喷射泡沫的灭火方式。另外，罐区还设有可燃气体报警器和手动报警器、全覆盖多视角视频监控系统。

1 原消防系统存在的问题

该罐区依山而建，消防值班室与工艺集中控制室布置距离罐区较远，紧急情况下难以实现第一时间应急处置。储罐泡沫系统共有48个DN100球阀，冷却喷淋水系统有32个DN150球阀，均为手动控制，一旦发生火灾，需要应急人员到现场逐个打开阀门，不仅存在人身伤害风险，同时由于油库值班人员较少，开启阀门工作量较大，难以满足初期火灾扑救要求。

根据千例油罐事故类型分布统计(见图1)，浮顶罐在运行一定时间后，由于浮盘密封老化、磨损等原因，不可避免地存在油气逸散，一旦遇上点火源，将造成火灾事故。因此，火灾事故占油罐事故的42.4 %[1]，是主要的油罐事故。成品油是易燃易爆液体，具有燃烧速度快、火势凶猛、辐射热强、扩散快等特点，火灾危险性极大。由此可见，在大型成品油罐区运行和管理工作中，为保证大型油罐及罐组安全，必须提高油库的消防系统自动监控水平和处置水平。

图1 千例油罐事故类型分布统计

2 消防系统自动化集成的实施

消防系统自动化集成主要满足油库日常消防管理和应急状态下的快速、准确处置要求，应用了自动化控制与通讯、数据库技术。通过因特网络将消防水、泡沫系统、可燃气报警器、手动报警器进行系统集成。通过工业现场组态软件对各种设备和协议支持的优势，实现了多种协议的支持和现场设备通讯与实时数据采集、控制等功能，为油库的消防监测提供支持。

拓扑图如图2所示。

图2 消防自动化集成拓扑图

消防自动化集成系统由消防操作站、消防PLC控制站及现场仪表组成。消防操作站设置在综合楼中心控制室内，用于显示消防控制流程、仪表参数，监测消防系统的运行，执行控制过程的操作指令，完成数据存储及各种管理报表的查询、打印。

在消防泡沫站旁新建现场机柜间，将消防PLC控制站设置在现场机柜间内，由冗余CPU处理器、冗余配置的接口模块、过程I/O及功能模块组成，用于实时采集现场仪表返回的信号及状态，并对消防自动设备进行程序控制，实现消防监控和管理。

在石油库现有消防管线上安装开关型气动球阀(阀体利旧)，消防系统实时检测阀门状态，并根据系统指令对阀门的开关进行控制。在石油库现有2个罐组的消防水管网各设置压力变送器1台，在新增3处供气管线末端增加3台压力变送器，信号上传至消防PLC控制站，以实现消防管网及供气管线的压力远程监控。

在12座储罐顶部设置光纤光栅感温系统。探测系统主要由光栅感温探测器、光纤光栅信号处理器及探测器连接光缆组成，如图3所示，采用光纤光栅为测量单位，多个检测单元之间相互串联，形成检测系统。主要检测油罐现场环境温度，实时传递温度值和火灾信息给信号处理器，安装在拱顶罐顶，设置一周光纤光栅感温探头，实时检测各油罐温度的异常变化。光纤光栅系统机柜设置在现场机柜间内，对储罐温度信号进行主动监测，光纤光栅信号处理器通过RS-485接口将温度信号传输至消防PLC控制站，在综合楼中心控制室消防操作站上可对罐壁温度进行连续监测，当温度超限报警后可自动提示工作人员，并与消防系统联锁。

图3 光纤光栅感温火灾探测系统局部示意图

通过串口服务器将火灾报警系统接入网络，通过网络将火灾报警系统及工业电视监控系统接入消防远程控制系统，实现联锁、联动。

3 系统维护及故障处置

火灾自动报警与PLC自动控制相结合的监控模式，使系统监控的智能化程度大为提高，其报警及灭火控制功能更为先进，有利于从本质上确保安全。

3.1 系统维护

消防自动化系统由于其特殊性，要求其具有极高的可靠性，否则关键时刻无法使用，将造成灾难性后果。因此，日常维护工作就显得极为重要。日常管理过程中，坚持巡检时对PLC机柜间进行仔细检查，观察是否存在故障报警信号。每班对不同区域内的消防水气动阀门进行远程、就地和机柜间三种模式的操作，测试系统报警音。检查炼厂来净化风系统、消防水系统压力是否正常，冬季时每班在净化风系统最不利点进行脱水，依据温度变化定期对地上消防水系统进行活线防冻操作。

3.2 运行过程中的主要故障

在运行初期，仍然存在一定故障，主要体现在：①光纤光栅感温火灾探测系统误报率较高，误报后导致自动喷淋动作，从而引发消防水系统压力降低后主泵启动；②消防水、泡沫系统气动球阀无法动作，在消防演练中多次发生该类现象。

3.3 故障原因分析及处置

3.3.1 光纤光栅系统故障及处置

光纤光栅感温火灾探测系统型号为TGW-380D，包括感温火灾探测器和火灾探测信号处理器。探测器中探测单元环境温度发生变化时，由探测单元保护管经导热感温元件传导到测量光栅，导致布喇格波长发生变化。火灾探测信号处理器通过探测此波长的变化获得环境温度，从而达到温度传感的目的。

光纤光栅感温探头分别布设在各个探测点上，感温传感信号通过光纤和波长解调系统送到计算机中进行判断处理。波长解调系统为光纤光栅温度监测报警系统的解调部分，包括宽带光源、光分路器、标准恒温解调器、波长调节设定单元、光探测器以及相应的电子电路，能够可靠地实现现场信号实时检测，同时输出两级报警控制信号。

以经常出现误报的107号罐为例，在探测器主机VGA接口接上显示器，对应通道波形显示如图4所示。

图4 维修前107号罐通道示波图

正常波形扫描波上升沿和下降沿波为10个以上(包括8个探测器光栅和2个自检光栅)，零点位置整齐适合。但该通道仅有5个上升沿和下降沿，一个波形的上升沿和下降沿出现重叠，零点位置不规整，有疑似电路噪声或光栅旁伴噪声。

调整其对应通道光电接收单元电位器，分别用来调整放大器的零点和增益(放大倍数)，波形无明显改善；对光纤接头进行检查，通过酒精清洗，故障依旧。采用沸水浇淋试验，从起点向终点逐段排查，确定了断纤或衰减严重线段，为保证一次性修复率，向前数一个或两个感温探测单元，将光纤截断，换上经过检测合格的感温光纤光栅，接上后，通过仪表通电后预热10 min，恢复正常，波形图如图5所示。

图5 维修后107号罐通道示波图

3.3.2 消防水、泡沫系统气动阀故障及处置

在开展消防演练过程中，曾多次发生消防水、泡沫系统气动阀不动作故障，存在较大的消防隐患。出现故障主要是两种形式，一是所有阀门均无法控制，二是罐组个别阀门无法控制。针对第一种情况，重点检查了从罐区I/O间到1016交换机的光纤，发现是光电转换器工作不稳定，更换后没有发生过该类故障。

针对第二种情况，通过对控制系统进行测试，加上每次故障仅发生在一至两个阀门上，阀门改就地控制后故障依旧，排除了控制系统故障的原因。对炼厂来净化风系统进行检查，发现压力达到0.5 MPa，是可以满足气动阀工作要求的，但在开阀过程中，风压下降明显，瞬间降低到0.2 MPa左右。通过排查发现，罐区距离炼厂空压站距离较远，采用DN50管线从主管接出，流量计处管线缩径加上前后安装阀门，整个系统压降较大，管线低点没有设置排净口，净化风中的冷凝水积聚后更增大了压降。由于罐区采用稳高压消防系统，消防水系统由于没有循环流动，系统由于管道腐蚀，水中各类杂质较多，在球阀的球体和阀座之间沉积后引起阀门卡涩，加上净化风系统压降较大，多种原因共同作用下，导致开阀瞬间难以推动气缸动作而打开阀门。找到原因后，主要采取了以下措施：①将流量计前后压降较大的截止阀改为球阀，平时处于全开状态，在管道爬坡段低点设置排净阀，加装空气疏水阀；②每周在消防水系统最远端消防栓进行放水试验，将系统中的腐蚀产物等杂质排出；③制定每班阀门测试表，每周依次将所有阀门均做一次开关试验，通过瞬时开关将密封面上的杂质进行冲洗；④对卡涩较为严重的阀门进行解体维修，将阀座密封材料更换为自润滑性能较好的PTFE材料，减小开关所需扭矩。

通过各项改进工作的开展，一方面可以及时发现故障，及时处置，保证了消防设施完好备用率，另一方面也从本质上提高了设备可靠性，满足了安全运行要求。

4 结束语

随着安全和环保要求日益提高，通过消防系统自动化集成，不断提升预警能力和快速处置能力已经成为一种趋势。消防自动报警与PLC自动控制相结合的监控模式，使系统监控的智能化程度大为提高，其报警及灭火控制功能更为先进，设备本质安全程度更高，是石化系统消防安全理念的创新及发展。