气体检测报警系统的设计与应用

张明星,许海梅

(中国石油克拉玛依石化公司,新疆 克拉玛依 834003)



气体检测报警系统的设计与应用

张明星,许海梅

(中国石油克拉玛依石化公司,新疆 克拉玛依 834003)

摘要：为了最大限度地避免装置泄漏事故的发生，降低经济损失，设计开发了气体检测报警系统。该系统结合自动化仪表、计算机、通信网络等技术实现企业安全生产的管理，将预警、响应、控制等程序科学地融为一体，满足了目前石化厂区安全监控需求.实现了安全报警系统集中监控与分布监控，降低了管理、维护人员劳动强度，为气体泄漏检测提供了软硬件技术支撑。

关键词：气体检测泄漏报警监控

炼化行业可燃性气体和有毒气体普遍存在[1-2]，为了保护相关工作人员的安全，必须要监测控制上述气体在空气中的浓度，以确保将其控制在相当或认为是安全的浓度内，预防和减少人身伤害及火灾与爆炸事故的发生，保障石油化工企业的安全。尤其是近几年来石化行业安全事故频发，这对安全设施和安全防护检测检漏设备提出了更高的要求，可靠的气体检测检漏产品以及气体检测报警系统给企业安全生产提供了有力的保障，且气体检测报警器不再只限于检测气体泄漏，在综合防灾方面也发挥了重要的作用，避免了很多安全事故的发生。

1气体检测报警系统构成

气体检测报警系统主要由检(探)测器(探头、变送器、显示器、声光报警)、模块、采集系统、指示报警设备(DCS或PLC等)和电缆线路等部分组成，实现了对保护区的气体泄漏检测、报警及联动控制。当环境中气体浓度达到或超过预置报警值时，报警控制器立即发出声光报警并输出联动控制信号，避免爆炸、中毒、火灾等事故发生。安全可靠的探测报警器是实现该系统功能的基础，可连续检测空气中存在的气体浓度，并通过报警控制器、现场执行器等避免各种安全事故的发生。

2检测报警器选择条件

使用检测报警器的目的主要是尽早地检测出气体泄漏的存在并发出报警，其前提条件是必须进行长时间连续检测和监控，但是要连续监测大量可能发生泄漏的部位或应预防的泄漏部位，实际上几乎是不可能的。因为气体泄漏量有多有少，而且风向、风速及泄漏的环境条件也各不相同，所以其危险性也不相同。

炼化企业的装置是连续长周期运行的，经常存在泄漏的危险，必须做到发生泄漏能够立即检测出来。另外，不应受被测气体的波动及环境条件的影响而发生误动作，否则失去气体检测报警器的作用。

在危险场所使用或设置的检测元件，当有气体泄漏时自然要暴露于危险环境之中，如果元件本身成为火源的话，那就失去了气体检测的意义。为此必须使用具有防爆结构的气体报警器。对于长时间连续使用的设备，要进行定期标定、检查和维修。

在选择种类时，除考虑上述条件外，还需根据炼化企业综合防灾减灾系统中要求考虑气体检测报警器的选择。只有全面系统地从最恶劣最苛刻的条件和最坏的结果分析问题，才能选出性价比高的气体检测报警器。

3各种报警器的应用对比

石油化工现场已经布置安装了点式可燃气体报警器和毒气报警器，但由于存在漏报导致很多危险场合火灾中毒事故频发，这是由各种报警器的工作原理和性能决定的。

1) 现有的点式可燃气体报警器采样方式多为扩散式，气体只有扩散到传感器的有效反应区域才能报警，其反应速度较慢，测量结果易受风向、风速等环境条件和安装位置的影响。

2) 催化燃烧传感器易中毒并且报警器需要定期标定。

3) 红外可燃气体报警器免标定，抗中毒，维护量小。

4) 超声波检测检漏产品反应报警速度快，不受水、雾、雨、风向、风力的影响，安装简单、方便，不需要定期标定，基础的改变不影响报警。由气体泄漏产生的超声波不受风的影响或稀释，因而该技术在室外安装非常可靠，它能瞬时响应所有类型的气体泄漏。但超声波检测检漏产品也有它的缺点，其对现场噪音和安装环境的要求比较高。

因此，没有哪一种报警器能适应所有的现场和环境，如何根据检测报警要求和现场环境要求在众多的检测报警仪表中选择检测报警准确可靠、维护量小且能最大限度发挥功能的仪表显得尤为重要。

4气体检测报警系统的设计

4.1气体检测报警系统应用前的状况

某石化公司的1号，2号中心控制室虽然将各生产装置的有毒有害气体检测报警仪信号引入DCS控制，但是目前石油石化企业的DCS主要为生产过程服务，如监控工艺参数等，而对于事故预警设施的有毒有害气体检测报警仪，DCS只是监控气体检测数据、柱状图、历史曲线、报警声音，并且一个中心控制室有20～30台DCS显示屏，分别控制不同生产装置的有毒有害气体检测报警仪，不能满足一个中心控制室控制的200～300多台有毒有害气体检测报警仪的集中管理控制。DCS断电时装置一旦发生气体泄漏，气体检测报警系统因不能工作会使泄漏隐患不易及早发现和处理，造成更大的损失。现有的DCS报警控制系统发生报警时不能自动显示报警位置，只能弹出一闪光的小图框，且报警的声音与工艺参数报警声一致，也没有语音报警提示，易使岗位人员混淆；有些即使显示报警位置也只能显示报警位号，需要岗位人员从报警位号入手找到对应的实际报警部位，易延误泄漏的处理时机。

现有的DCS控制的气体监测与预警系统主要具备监测危险量及超限报警功能，由于存在监测预警系统和措施衔接不紧、预案可操作性不强等缺陷，使得预警系统及其技术措施不能发挥其有效作用，制约了危害及事故的控制与预防。现有的气体检测报警系统只具备报警提示功能，易造成报警时岗位人员不知如何处理或者处理不当引发事故。

4.2气体检测报警系统设计

气体检测报警系统设计思路是保持原有各装置现场一次表在DCS上显示不变，独立开发一套完整的具有检测报警、处理的系统。系统硬件上采用“一进两出”信号分配器LF4013，ADAM4000系列模块(2号中心控制室)、ADAM5000 TCP采集系统(1号中心控制室)、24 V稳压源和工控机。软件采用基于IE风格的Webaccess组态软件。

现场的检测报警信号(4～20 mA)通过控制电缆进入控制柜内的“一进两出”信号分配器，分两路标准信号(4～20 mA)输出，一路进入装置DCS的原输入通道，另一路进入本系统数据采集单元。数据通过光纤按照RS-485 (TCP/IP)协议标准传送到设在2号(1号)中心控制室的监控节点。系统在2号(1号)中心控制室工程节点上进行Web发布，在整个公司局域网上只要知道工程节点的IP地址，并且安装客户端Client[10],就可以访问各装置的报警器实时数据。

当系统有报警出现时，就会弹出报警位置照片和预案，并且伴有语言报警声音，督促操作人员处理，应急处置预案如下：

1) 内操在DCS上确认报警器编号，通过视屏监控器对现场进行检查；同时通知现场巡检人员注意。

2) 通知班长和副班长，安排外操2人佩戴好空气呼器。

3) 携带便携式硫化氢气体报警器，根据风向标指示，自上风口进入现场，启动事故通风机，打开门窗进行通风，然后查找泄漏，1人作业、1人监护。

4) 与内操通过对讲机保持联系，汇报现场监测情况，内操通过视屏监控器观察现场情况。

5) 发现泄漏较小时，且为流程上可切断的泄漏部位，立即切断，封闭流程，泄压后进行处理。

6) 泄漏较大时，通知内操联系生产运行处值班室、车间值班干部和车间应急小组组长，由生产运行处通知相邻单位注意防护。安排外操在制加氢装置、热电厂供气装置、润滑油厂罐区路口设置警戒点。

7) 关闭相关阀门，封闭流程，打开相邻处消防蒸汽和掩护蒸汽圈，进行隔离稀释，临氢高压系统大泄漏时，立即启动系统0.7 MPa/min或者1.4 MPa/min紧急泄压，系统停工。

8) 现场人员迅速撤离危险区域，设置警戒线，禁止无关人员进入，车间应急小组到位处理。

5气体检测报警系统的应用效果

常规安全监控系统是DCS中的一小部分，而该系统在满足目前厂区安全监控需求下，实现了安全报警系统集中监控与分布监控相结合，同时既要独立监控又与其他系统(如： DCS，ESD)联动的最佳方案。该系统实施后，取得了很好的效果：

1) 解决了 DCS监控报警只自动出现一个报警小图标的常规设计。该系统采用语音加画面同时报警，不仅显示报警位置，而且提示检查部位、处理办法，并显示气体浓度变化曲线，为现有响应提供了软硬件的技术支撑，将预警、响应、控制等程序科学地融为一体。

2) 该系统对现场报警器工作状态实时智能检测，如不正常立即提示，包括检测中的线路、检测元件及电源电压等存在故障问题进行提示报警。该系统的首次运用减轻了仪表维护人员的工作量，使仪表人员可通过办公室的监控显示屏了解到气体检测报警器系统中存在的问题及故障，以便及时采取维护措施。

3) 该系统可以提取所有报警和仪表故障时的历史数据和曲线，给事故处理提供依据。一旦生产现场发生了火灾、爆炸、中毒等事故，可以在该系统中查询有效的气体监测历史数据及曲线，并且可以提取拷贝，作为事故调查报告的有利证据和依据。

4) 系统独立于DCS，并可与DCS通信，确保报警系统的独立稳定，同时又具有开放性。因DCS控制着主要生产过程的各种参数指标，若一旦发生故障或断电，所有工艺数据不能控制，监控仪表基本瘫痪，往往会引发重大事故。该系统在DCS出现故障和断电后还能运行，是一套独立的安全监控系统，加强了保护性和可靠性。

5) 具有重复报警功能。当报警发生时，操作人员在设定的时间内没有处理，将重复报警，直到处理完毕为止。

6) 系统报警采用区域联锁报警方式，通过逻辑判断，避免了误报和误操作。该系统增加了设备设施的本质安全性，减少了人的不安全行为，这是安全设计中最优先考虑的措施。

7) 具有报警优先级功能。出现报警后，都会按照危险程度及位置，优先、顺序报警，确保操作人员、现场处理人员在紧急状态下听见报警声，并能判断事态的严重性，以便采取相应的处理措施。

8) 系统带有网络发布功能。根据安全及具体工作需要，该系统可以将报警器实时数据发布到相应的网络上，相关人员可以按照不同的权限通过以太网或局域网等查看、修改报警器相关信息。通过办公室电脑可以使各级安全管理人员随时掌握生产现场的泄漏情况、掌握检测预警设备的使用完好情况，同时减轻了安全人员的工作强度和工作量。

6结束语

气体检测报警系统实现了系统的集中监控与分布监控，是一套独立的安全监控系统，系统具有高可靠性和保护性，为企业的气体泄漏检测提供了软硬件技术支撑，保证了企业的安全生产。

参考文献：

[1]郑名登.化工企业空气中有害物质测定方法.北京： 化学工业出版社，1983.

[2]文科武，李苏秦，罗明,等.GB 50493—2009 石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范.北京： 中国计划出版社，2009.

[3]郑名登，靳小桂，周厚云.安全检测技术及仪表.北京： 化工部科技情报研究所，1986.

[4]陈洪全，岳智.仪表工程施工手册.北京： 化学工业出版社，2005.

[5]乐嘉谦.仪表工手册.2版.北京： 化学工业出版社，2003.

[6]谢彤.DCS控制系统运行与维护.北京： 北京理工大学出版社，2012.

[7]邱宣振.工程自动化设计应用手册.北京： 国际科教文出版社，2004.

[8]凌志浩.DCS与现场总线控制系统.上海： 华东理工大学出版社，2008.

[9]王树清，乐嘉谦.自动化与仪表工程师手册.北京： 化学工业出版社，2010.

[10]陆德民,张振基,黄步余.石油化工自动控制设计手册.3版.北京： 化学工业出版社，2000.

Design and Application of Gas Detection and Alarm System

Zhang Mingxing, Xu Haimei

(Petrochina Karamay Petrochemical Company, Karamay, 834003,China)

Abstract：In order to minimize device leakage accidents and to avoid economic loss, a set of gas detection and alarm system is designed and developed. The system is a combination of automatic instrument, computer and communication network technology to realize enterprise safe production management. It integrates early warning, response and control program organically and scientifically together to meet the requirements of petrochemical plant safety monitoring. The distributed and centralized monitoring for safety alarm system is realized with reduction of labor intensity of management and maintenance personnel. It provides hardware and software technical supports for gas leakage detection.

Key words：gas detection; leakage; alarm; monitoring

中图分类号：TP274

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)02-0051-03

作者简介：张明星(1980—)，男，现就职于中国石油克拉玛依石化公司，从事石油化工自动化仪表管理，任工程师。

稿件收到日期： 2015-02-02。