石化企业火气系统设计探讨

赵建伟，张剑

(上海河图工程股份有限公司 青岛分公司，山东 青岛 266061)



石化企业火气系统设计探讨

赵建伟，张剑

(上海河图工程股份有限公司 青岛分公司，山东 青岛 266061)

摘要：火气系统(FGS)在保障石化企业安全生产中起着重要作用，但由于国内石化工程公司内部自控与电信专业分工不同,以及气体报警系统与火灾报警系统设计验收标准的差异，使得FGS在国内项目中应用较少。通过对国内相关标准规范以及消防产品市场准入制度的简介，提出适用于国内项目的FGS实施方案。

关键词：火气系统火灾报警控制器气体报警控制器安全完整性等级

火气系统(FGS)是气体自动报警、火灾自动报警以及消防联动控制的综合性控制系统，属消防控制系统范畴。国内石化工程公司由于存在电信、自控专业设计分工，从而对火气系统概念理解并不一致。规范提倡将火灾自动报警与气体自动报警进行合并设计，气体自动报警起到火灾预警功能。FGS对应的消防过程示意如图1所示[1]。

图1消防过程示意

国外石化项目中，FGS基本属于标配，通常以安全型PLC作为核心，将各类火灾探测器、可燃气体探测器、消防联动控制的执行元件等均接入该系统。由于国内消防产品市场准入制度、标准规范与国外存在差异，以安全型PLC为核心的FGS在国内并不适用，而是将国外的FGS模式“分拆”开来。笔者通过对国内相关规范、消防产品市场准入制度的简述，对国内项目的FGS设计方案提出建议。

1相关标准规范

当前，国内FGS还没有一个完整的、综合性的设计规范，设计主要依据以下规范进行，包括： GB 50160—2008《石油化工企业防火设计规范》、GB 50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》、GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》、GB 50016—2014《建筑设计防火规范》。

文献[2]是石化企业防火设计的主要指导规范，规范5.1.3条要求：“在使用或产生甲类气体或甲、乙A类液体的工艺装置、系统单元和储运设施内设置可燃气体报警系统”，而可燃气体报警系统通常根据文献[3]要求设计。同时，文献[2]第8.11和8.12条要求：“生产区、罐区、公用及辅助设施、全厂性、区域性重要设施以及石化企业一些特殊的建筑物(如挤压造粒厂房、催化剂仓库等)应设置火灾自动报警系统”，该规范对生产装置、罐区等石化企业特有区域的火灾报警系统设计作出了规定，而其他建构筑物则要求根据文献[1]的要求设计。

除此之外，石化企业其他建筑物(如办公楼、食堂等)也可根据文献[4]的要求设计。

2消防产品市场准入制度

国内外主要消防产品认证制度有3种[5]： 国家强制性消防产品认证、强制性与社会化自愿消防产品认证相结合、完全社会化自愿消防产品认证，见表1所列。

表1　国内外主要消防产品认证制度

国内实行强制性消防产品认证，气体报警控制器、火灾报警控制器等消防产品必须取得CCC(F)认证；而PLC作为通用产品，无法得到CCC(F)认证，这也是国外项目中经常采用的以安全型PLC为核心的FGS无法在国内应用的主要原因。

3火气系统设计

根据以上规范的简要介绍，在设计过程中可将项目设施分为建筑类和生产类，从而执行不同的标准规范来设计FGS方案。

3.1建筑物的FGS设计

建筑物的FGS应根据GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》要求来设计[1]。许多设计单位在以往设计中，建筑物的可燃气体探测器都是通过总线形式直接接入火灾报警控制器中。而文献[1]出于系统可靠性考虑，要求FGS设计方案中应设置独立的可燃气体报警控制器，可燃气体探测信号先经可燃气体报警控制器再接入FGS中。建筑物的FGS因此应由各类火灾探测器、气体探测器、可燃气体报警控制器、火灾报警控制器及消防联动设备等组成，其系统结构如图2所示。

图2　建筑物FGS结构示意

3.2生产区的FGS设计

石化企业生产区主要包括工艺装置以及储运罐区。生产区的FGS结构与建筑物的FGS基本一致，区别在于生产区的FGS消防联动控制设备为消防泵、喷淋冷却控制阀、泡沫灭火控制阀、泡沫发生装置等，生产区的FGS如图3所示。

石化企业生产区的可燃气体报警系统应根据文献[3]要求进行设计。根据文献[3]要求，气体报警系统由气体探测器、指示报警设备及报警器等组成。对于气体指示报警设备，文献[3]进一步提出4种设计方案：

1) 气体指示报警设备与火灾检测报警系统合并设置，即将气体探测信号直接接入火灾报警控制器，如图4所示。

图3　生产区FGS示意

图4　与火灾检测报警系统合并设计示意

该方案与文献[1]对建筑物气体报警系统的要求有矛盾之处，建议有关部门应当进行协调以保持一致。

2) 采用独立的工业程序控制器、可编程控制器等，如图5所示。

图5　采用独立的控制器示意

该方案中气体探测器接入独立的PLC系统，利用PLC上位机丰富的图形显示界面作为报警的人机对话界面，同时可以将有关气体报警信号通过联网，发送到其他有关FGS中，建立全厂独立的可燃气体报警系统。另外，尚可完成其他必要的消防控制功能，如消防水罐液位指示，补水、给水阀门控制；液化石油气球罐根部防火阀控制；高温油泵出、入口防火阀门控制等。由于PLC具有完备的软硬件功能，且安全可靠，因而在大型石化项目或大型油库中经常选用该方案。

3) 采用常规的模拟仪表，如图6所示。

图6　采用常规模拟仪表示意

该方案中气体报警系统由气体探测器+气体报警控制器构成且独立设置。一种形式是探测器和报警器点对点连接，另一种形式是探测器和报警器总线形式连接。当项目规模较小，报警点数较少时，可选用单点式气体报警控制器；报警点数较多时，可选用总线式气体报警控制器。无论哪种形式都可将气体报警信号接入其他FGS中。

4) 与生产过程离散控制系统(DCS)合并设计，输入/输出卡件独立设置，如图7所示。

图7　与DCS合并设计示意

该方案较为常用，往往借助生产装置的DCS设置独立I/O卡件，或独立的控制站将可燃气体检测信号接入其中，同时在控制室按操作分区设置专用的可燃气体报警监视站。

对于石化企业生产设施的消防控制通常采用方案2)或方案4)。其中对于火灾联动控制的回路，则根据文献[1]要求，由火灾联动控制器实现联动控制，其他则由DCS或PLC来实现消防控制。

3.3系统形式及消防控制室

火灾自动报警系统分为区域报警系统、集中报警系统以及控制中心报警系统，文献[2]第8.12.3条要求石化企业的火灾自动报警系统应通过网络集成为全厂性火灾自动报警系统。当前，石化企业控制室已向全厂中心控制室的形式转变，消防控制室可借鉴这一发展趋势，设置全厂的消防控制室，可与中心控制室合建。

3.4故障动作原则

根据文献[6]第1.0.2的条文解释，FGS并不属于安全仪表系统，笔者认为对于一般的气体、火灾报警控制回路应按非故障安全原则设计，主要理由：

1) 文献[1]要求消防联动采用2台独立的火灾检测器报警信号，经“与”逻辑运算后输出控制，强调动作的真实性。

2) 从图1可知，自动灭火应在人员疏散完成或已不具备疏散条件的情况下才启动。

3) 消防产品多数具有回路检测功能，联动设备也设置了多种控制方式，能确保系统的完整性和可用性。

但是对于涉及工艺过程的消防控制，应根据工艺需求来设计故障动作原则。

3.5安全完整性等级(SIL)

对于一般的气体、火灾报警控制回路是不需要进行SIL分析的，因为SIL的概念主要针对通过工艺过程各保护层风险降低分配来减少工艺系统风险，而气体、火灾报警控制回路是工艺过程以外的，属于减灾、应急响应层，作用于环境安全保护。

对于涉及工艺过程的消防控制回路，如消防水罐液位指示，补水、给水阀门控制，高温油泵出、入口防火阀门控制，加热炉炉膛灭火蒸汽控制，液化石油气球罐根部防火阀控制等，则应满足SIL的要求，提高安全性。

4结束语

笔者认为，石化企业设置FGS是大势所趋，随着新版GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》实施的深入，大家对FGS的认识也将越来越清晰，作为设计人员，应根据现行的法律法规、标准规范以及不同项目的实际需求，对FGS进行合理设计。

参考文献:

[1]丁宏军，张颖琮，刘凯，等.GB 50116—2013火灾自动报警系统设计规范[S].北京： 中国计划出版社，2013.

[2]李苏秦，胡晨，董继军，等.GB 50160—2008石油化工企业设计防火规范[S].北京： 中国计划出版社，2009.

[3]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[S].北京： 中国计划出版社，2009.

[4]杜兰萍，马恒，倪照鹏，等.GB 50016—2014建筑设计防火规范[S].北京： 中国计划出版社，2014.

[5]王荷兰，陈也.世界主要消防产品认证体制及认证体系对比[J].消防科学与技术，2008(04)： 295-297.

[6]黄步余，叶向东，范宗海，等.GB/T 50770—2013石油化工安全仪表系统设计规范[S].北京： 中国计划出版社，2013.

[7]王春喜，梅恪，包伟华，等.GB/T 21109—2007过程工业领域安全仪表系统的功能安全[S].北京： 中国标准出版社，2008.

[8]National Fire Protection Association.NFPA-72 National Fire Alarm and Signaling Code[S]. Quincy： NFPA, 2010.

[9]徐永汉.火气系统在石化企业的应用策略[J].石油化工自动化，2011，47(06)： 22-24.

Discussion on Fire and Gas System Design for Petrochemical Enterprise

Zhao Jianwei，Zhang Jian

(Qingdao Branch, Shanghai HOTO Engineering Inc., Qingdao, 266061, China)

Abstract：Fire and gas system(FGS) plays an important role in petrochemical enterprise safe production. FGS is less applied in domestic projects because of professional division of process control and telecommunication specialty, difference of design and acceptance standard between gas alarm system and fire alarm system. Through introduction of domestic relative standards and market access system for fire-fighting materials, FGS implementation scheme suitable for domestic project is put forward.

Key words:fire and gas system; fire alarm controller; gas alarm controller; safety integrity level

作者简介：赵建伟(1985—)，男，浙江兰溪人，2008年毕业于中国石油大学(华东)自动化专业，获学士学位，现工作于上海河图工程股份有限公司青岛分公司自控室，任工程师。

中图分类号：TP277

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2016)03-0024-04

稿件收到日期： 2015-12-15，修改稿收到日期： 2016-03-26。