天然气处理厂消防系统改造效果评价

景元，高好洁，朱珠，王德龙，高欣，马双伏，赵彦女，王西龙，王军妮

（中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林718100）

天然气处理厂消防系统改造效果评价

景元，高好洁，朱珠，王德龙，高欣，马双伏，赵彦女，王西龙，王军妮

（中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林718100）

消防系统是油气田安全、稳定、可持续发展的重要保障。本文通过对米脂天然气处理厂消防系统运行现状分析，针对现场存在的不足，结合现场工艺及设备条件提出工艺改造措施并实施。最后对米脂天然气处理厂消防系统的变频改造效果进行安全经济等方面的评价。

消防系统；消防泵；变频控制；效果评价

消防系统是油气田安全、稳定、可持续发展的重要保障。现有油气田消防系统功能相对简单，远距离沟通只能通过对讲机、电话进行语音交流，没有相对明确的数据传输及远程启停控制，存在报警及时率不高，灭火作战无法迅速响应等亟待解决的难题。

1 消防系统运行现状

1.1 消防系统工艺

米脂天然气处理厂消防系统由消防水罐、消防泵，泡沫泵、泡沫混合装置、消防给水管道、固定式消防（泡沫）炮、消火栓组成。消防给水系统最高供水压力0.8MPa，最大供水量为162 m3/h，灭火时由消防泵加压，向消防管网供水，通过水龙带、水枪对着火设施冷却灭火。消防泡沫系统最高供水压力1.2 MPa，最大供水量72 m3/h，负责对储罐内部及罐区外围进行泡沫灭火。

1.2 消防响应运行现状

目前消防系统响应流程为：中央控制室通过对讲机、电话等方式将消防启停指令传达至消防岗位，消防岗员工通过人工启停并调整消防系统供水压力，从接到启停指令到消防系统完全启动大约需要4 min～6 min，响应速度较慢。

图1 消防系统工艺流程图

2 运行存在问题及原因分析

2.1 消防系统响应速度滞后

米脂天然气处理厂现有消防水泵、消防泡沫泵各两台，由于设计原因，消防系统应急响应时需人工启泵，且需要人为开启回流阀控制消防供水压力，造成响应速度滞后，员工操作不便，无法达到最佳运行效果。

2.2 远程监控存在不足

现有的中央控制室DCS系统仅有消防系统供水压力的数据显示，无法远程控制消防系统启停及监控消防系统其他运行参数。消防系统与米脂天然气处理厂FGS系统相对独立无连锁，未能进一步保障生产设施安全运行。

2.3 工频运行造成能源浪费

现有消防水泵电机额定功率为75 kW，消防泡沫泵电机额定功率为45 kW，消防系统运行时机泵采取工频运行，造成电能浪费，不符合节能降耗的理念与要求。

3 优化改造措施

经过对油气田先进消防系统调研得知：消防系统的远程监控启停、变频调速运行的应用越来越广泛，且监控数据准确，应急响应迅速，运行效果良好。最终确定米脂天然气处理厂消防系统改造方案：

（1）新增两具变频控制柜，分别将消防水泵、消防泡沫泵接入控制柜，并将数据传输至中央控制室，实现消防系统远程监控启停、压力控制，并实现根据管网压力、火警信号自动启动消防系统等功能。

（2）新增一台远程集中控制柜，设置触摸屏和通讯交换机，并将消防系统数据传输至消防岗值班室，实现岗位远程监控启停消防系统功能。

3.1 远程监控控制原理

本次改造将消防泵引入变频控制柜，可通过面板上按钮现场手动启停消防泵；变频控制柜将运行数据传输至消防值班室远程控制器，通过触摸屏实现岗位远程控制和监控水泵的功能。同时将数据传输至中央控制室通讯机柜即DCS系统，实现中央控制室远程启停监控消防系统；并与FGS系统连锁，如FGS检测到火灾信号，消防系统将自动启动。

3.2 机泵变频控制原理

工程设计中，水泵选型一般根据最高设计流量和扬程选定的，在实际运行中，系统耗水量不断变化，绝大部分实际耗水量小于最高设计流量，水泵运行时往往效率低下及扬程过剩，造成浪费。变频泵根据需水量调节转速，而泵的功率根据转速而改变。其比例率函数公式为：

图2 远程监控控制原理示意图

其中，Q1、Q2分别为水泵调速前后流量；n1、n2分别为水泵调速前后转速；H1、H2分别为水泵调速前后扬程；N1、N2分别为水泵调速前后功率。从（1）式看出，转速变化，扬程比流量的响应更为灵敏，所以采用消防泵出口管线压力信号作为反馈信号传输至远处控制端。

图3 变频泵变频调速控制原理图

PD为压力差分界点（见图3），KK为快速响应斜率，KN为正常响应斜率；当实际压力与设置压力之差大于PD时，采用正常响应斜率，当实际压力与设置压力之差小于PD时，采用快速响应斜率。PD可根据实际的工艺要求进行调整。启泵初期，变频器采用快速响应斜率，迅速提升消防泵转速，将消防水压力提升至设定值；当消防泵运行基本稳定时，变频器采用正常响应斜率，运行较为缓和，控制消防系统的稳定供水。

4 运行效果分析

4.1 安全性

消防系统改造后，实现消防系统远程启停、监控功能，消防系统启运时间由之前4 min～6 min缩短至2 min，消防响应时间大大减少，提升了消防系统安全可靠性。

4.2 智能性

消防系统实现远程监控，岗位员工可第一时间查看消防系统运行情况，发现问题及时处理解决。同时消防控制系统与FGS系统连锁，FGS系统检测到火灾报警后将信号传输至DCS系统，消防系统将自动启运。

4.3 实用性

变频控制柜可采用手动和自动两种控制方式，可在触摸屏上直接操作，控制系统具备自动切换、定期倒运、故障检测等功能，方便日常生产操作。

4.4 经济性

消防水泵额定功率75 kW，泡沫泵额定功率45 kW，采取变频运行后消防泵功率：

P1=I1U1=70×360×1.732×0.75=33 kW（一般运行时出水压力设置0.5 MPa，测得平均电压360 V、电流值70 A）。

每小时节约电量75-33=42度电量。

经过计算得，消防泡沫泵变频运行每小时节约23度电量。

5 认识结论

此次改造对消防系统高效安全运行具有重要的意义，相比原有的消防系统，成功实现中央控制室对消防系统的远程监控启停功能，响应更迅速，提高了消防的效率，同时与FGS系统连锁，发现险情消防系统自动启动，为及时发现火情、快速反应搭建了一条高速通道，系统功能更加全面可靠和智能，满足了现代油气田消防系统的要求，应用价值重大。

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［3］姜校林.变频泵及其供水系统效率曲线的确定［J］.暖通空调，2008，（1）：85-87.

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10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.031

TE937

B

1673-5285（2015）08-0120-03

2015－07-25

景元，男（1986－），油气田开发工程师，2008年毕业于西安科技大学自动化专业，现任长庆油田第二采气厂米脂天然气处理厂技术员，负责米脂天然气处理厂生产工艺。