无线技术在浮顶储罐一二次密封层间油气监测中的应用

刘铁川，徐业蓬

(中石化管道储运公司，江苏 徐州 221008)

无线技术在浮顶储罐一二次密封层间油气监测中的应用

刘铁川，徐业蓬

(中石化管道储运公司，江苏 徐州 221008)

在浮顶储罐火灾事故中，一、二次密封层间的可燃气体体积分数过高是导致雷击火灾的重要原因之一。在大多数罐区操作中，密封层中可燃气体检测工作主要以人工携带便携式可燃气检测仪抽检为主。通过对浮顶储罐一、二次密封层间可燃气体监测技术的探讨，提出了使用无线网络技术进行可燃气体监测的方案，并对无线系统的网络结构、检测仪器、通信网络、通信设备、管理软件等进行了介绍。提出了可燃气体稀释的方法： 负压稀释法、惰性气体稀释法，并对比了两种方法的优缺点。经在储库储罐上试用，其监测准确率达90%～95%，解决了浮顶储罐密封层间气体监测的难题。

浮顶储罐 可燃气 检测 无线

中国是一个能源消耗大国，据专家预测，到2020年中国石油消费量将达到450 Mt以上，按照目前的消费量计算，中国需要建立的石油储备量约在70 Mt。因此，库区的可燃气体安全监测非常重要，尤其是浮顶储罐的一、二次密封层中的可燃气体浓度监测，更是亟待解决的难题。通过有效的可燃气体浓度监测，可以提早发现事故隐患，采取恰当措施，杜绝事故发生。

1 浮顶储罐存在的安全隐患

浮顶储罐，特别是原油储罐，发生火灾事故的原因除人为原因外，很大的因素是雷击起火。大型浮顶金属油罐的雷击事故较多，虽然雷击是主要原因，设备的安全设计存在缺陷，浮船上下运动和储罐壁的变形，监测手段落后也是主要原因。油罐浮顶边缘的一、二次密封处，是造成雷击起火的主要部位，发生雷击的情况下，遇到挥发出的可燃气，可能引燃储罐，给库区安全管理带来极大的隐患。因此，迫切需要实时可靠地监测出一、二次密封层间可燃气体浓度，进而采取必要的技术措施和对策，降低可燃气体浓度，使其无法达到爆炸极限，消除密封空间产生爆炸的条件是避免油罐雷击火灾的重要措施。储罐一、二次密封如图1所示。

图1 储罐一二次密封示意

浮顶储罐二次密封装置的主要作用是避免外界条件(风力、阳光、沙石、雨、雪等)对一次密封装置的破坏，减少油气损耗，降低对大气的污染。一、二次密封层都不能完全阻止油气挥发，随着长时间的积累，一、二次密封层之间可燃气体浓度可能为较高数值，甚至超过爆炸极限，威胁着储罐的安全。现代储罐的防雷措施、设计水平和建造技术都已十分完善，但仍不能完全消除雷击火灾的发生。实时监测密封层处的可燃气体浓度，及时采取应对措施成为防止密封层火灾事故的有效手段。

2 可燃气体监测系统的构成和功能

目前在大多数罐区操作中，密封层中可燃气体检测主要以人工携带便携式可燃气检测仪采取抽检方式为主，这种方式具有时间取样的特点，检测数据只代表极小段时间被检空间可燃气体浓度，一般检测间隔在一周以上，检测频率无法达到安全防范火灾的作用。同时由于人工抽检的工作方式，往往要2～3人配合完成，造成人力资源的浪费，也存在人身安全隐患。采用在线式可燃气体监测系统可以有效解决实时监测的问题，无需人为参与。常规在线式可燃气体监测系统采用有线通信方式，需要施工、布线，施工周期长，费用高，后期维护工作量大。对于浮顶储罐这种活动场合使用有线连接，容易产生断线等故障，影响安全生产。一种具有无线通信能力的新型可燃气体检测仪的推出，解决了线缆敷设带来的诸多问题，实现了在线实时监测、数据远程传输、远程报警，统一进入中心控制室。

2.1 无线可燃气体监测系统网络结构

系统由前端的可燃气体检测仪、本安型供电系统、路由器、无线数据接收器和安全管理软件平台组成，如图2所示。一般情况下，根据储罐容量，可以在浮顶四周安装4～6台可燃气体检测仪，通过对一、二次密封层间气体采样，检测出该点可燃气体浓度，通过无线网络将检测数据发送到监控主机。检测仪使用太阳能系统供电，储存电能的电池组安装在检测仪附近，太阳能电池板可以使用长导线安装在易于接收阳光的地方。在与主机距离较远的情况下，为了保证通信稳定可靠，可以使用无线路由器中转检测数据。采用路由通信方式后，该系统的通信距离可以覆盖国内绝大多数库区。

图2 无线可燃气体监测系统示意

2.2 无线可燃气体检测仪

无线可燃气体检测仪是一种将无线数据通信功能与可燃气体检测仪可靠结合在一起的气体检测装置，它采用催化燃烧式传感器，对绝大多数可燃气体都能检测。检测仪可现场显示、声光报警，并可将检测数据通过无线上传至主机。因催化燃烧式检测仪功耗较大，需要加装外置供电装置。外置供电装置由本安型可充电电池组和本安型太阳能电池板组成。可充电电池组在充满电的情况下，可为检测仪提供连续20 d全天候的正常工作。太阳能电池板为可充电电池组不断地提供能源，确保了检测系统持续稳定工作。整个前端检测系统为本安设计，可以工作在防爆级别最高的0区。

2.3 通信网络

监测系统的检测仪和数据接收主机间使用微功率无线网络通信。这是一个基于ZigBee网络协议的Mesh网络，各检测仪之间可以自行组网，可靠连接。这种灵活的组网方式可以有效地避免因障碍物的阻挡而造成的通信中断，让系统更加稳定可靠。Mesh网络的多级路由功能还可以扩展网络的通信范围，通过几次路由，主机可以可靠读取1 km外的检测仪数据，使无线发射功率仅几十毫瓦的无线设备通信范围覆盖面积达十余平方公里。

为了拓展网络通信范围，也可以使用Mesh路由器，它在做网络路由的同时，还可以显示接收到主机的信号强度，这对于建立路由点、检测仪安放具有指导作用。

2.4 无线数据接收器

无线数据接收器是用于监控无线设备、接收无线网络中仪器数据的设备。为了使同一区域可以容纳大量的无线设备，且区域内的多个无线网络互不干扰，使用PAN ID进行区分。不同PAN ID 网络中的设备不能通信，同一PAN ID网络中只能有一个接收主机。无线数据接收器提供以太网接口和串行接口，可以方便地接入网络和后台监控管理软件。接入以太网后，一台配有安全监控软件的主机就可以同时监控多台无线数据接收器的数据。

2.5 安全管理软件

无线检测设备配合后台安全管理软件，可以实现检测点可燃气浓度实时监控，同步报警和多级监控，报警点位置、设备状态、气体浓度等信息清晰明确。软件具备以下几项基本功能：

1) 地理信息系统(GIS)功能。系统支持监控地区GIS， WebGIS等，支持地图的放大、缩小、平移等操作。检测设备在地图上可用图标加实物图像或单独图标表示。仪器状态可通过图标颜色轻易辨别，点击图标可以看到详细仪器信息。

2) 仪器管理。仪器窗口列出所有在线仪器状态、名称、编号及实时读数，在软件中可以对某些仪器的读数单位、报警限值等进行更改。

3) 数据存储及分析。软件自动将接收的数据分类存入数据库，供后期分析存档。数据记录的周期可灵活设置，库中数据可以通过过滤等手段轻松查找需要的信息。

4) 远程查看。对于一些特殊的场合，不仅需要现场查看检测仪数据，还需要在远程监控中心查看数据。数据转发和远程查看功能可以轻松地实现多级监控，只要在2台电脑上设置相应软件即可。

5) 二次开发接口。软件提供二次开发接口，可以方便地将监控数据提供给第三方软件使用，因而可以构建大型多功能软件平台。

3 采取措施

采用了先进的无线气体监测技术后，控制室计算机屏幕上会实时显示气体浓度值，一旦数值超过报警阈值，就会发出报警信号。值守人员接到报警信号后，需要对报警来源进行判断，采取相应措施。

及时准确地给出报警信号是无线可燃气体监测系统有效防止火灾爆炸事故发生的前提。如果引入自动的气体稀释控制装置，则可以在无人值守的情况下自动降低一、二次密封层中可燃气体浓度，使其达到低限报警值(25% LEL)以下。根据系统设定的报警限值，可以准确地控制机械阀门将可燃气体浓度降至安全值以下。通常采取两种办法：

1) 负压稀释法。当即将到达爆炸下限值时，打开气泵将一、二次密封层之间的高浓度可燃气体吸出放散，由于密封层间出现负压，密封层外的空气由缝隙进入一、二次密封层间，使可燃气浓度降低。

2) 惰性气体稀释法。当即将到达爆炸下限值时，使用惰性气体，例如氮气吹入一、二次密封层之间，稀释内部可燃气体，这在火灾发生时也可以起到灭火的作用。

以上两种办法各有优缺点，但都可以达到无人值守、自动降低可燃气体浓度的目的。先进可靠的气体监测技术加上有效的气体稀释方法，有效保护了国家财产免受损失，保证了生产安全。该系统在原油及成品油储运行业具有很高的推广价值。

4 结束语

无线监测可燃气体浓度新技术在某储库储罐上进行试用，监测准确率达90%～95%，解决了浮顶储罐密封层间气体监测的难题，为大型浮顶储罐安全运行提供了保障。

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Application of Wireless Technology in Oil and Gas Concentration Monitoring and Detecting between 1stand 2ndSealing Interlamination for Floating Roof Tank

Liu Tiechuan， Xu Yepeng

(Sinopec Pipeline Storage & Transportation Co. Ltd.， Xuzhou， 221008， China)

High concentration of combustible gas in 1stand 2ndsealing interlamination is one of the main reasons causing thunderstruck fire in floating roof tank fire accidents. In most tank farm operation， combustible gas detection is mainly conducted manually with portable combustible gas detector. The scheme for combustible gas monitoring and detecting with wireless network technology is put forward through discussion on monitoring and detecting technology of combustible gas between 1stand 2ndsealing interlamination. The network structure， detecting instruments， communications network， communication equipments and management software of wireless system are introduced. Combustible gas dilution methods of negative pressure and inert gas are put forward. The advantages and disadvantages of above two methods are compared. The monitoring and detecting accurate rate is as high as 90%～95% with one storage tank in a warehouse. The monitoring and detecting problems for combustible gas between sealing interlamination of floating roof tank are solved.

floating roof tanks； combustible gas； detection； wireless

刘铁川，男，1992年毕业于中石油廊坊管道学院油气储运专业，现主要负责输油生产安全环保工作，任工程师。

TN926

B

1007-7324(2015)01-0056-03

稿件收到日期： 2014-09-02，修改稿收到日期： 2014-10-14。