FGS系统在盐化工装置中的应用前景分析

黄仲伟 杨 玄 李 杰 刘 彬 郑春红 王琼霞 徐何军

1. 中国石化江汉油田分公司盐化工总厂, 湖北 潜江 433121; 2. 中国石化江汉油田分公司江汉采油厂, 湖北 黄冈 438011

0 前言

随着经济发展与社会进步,中国盐化工行业在全球占据了较大份额。盐化工行业已经从传统的“三酸两碱”中的烧碱、纯碱和盐酸,逐步发展成向着众多的精细专用化学品延伸的综合型基础原材料行业链,PVC、甲烷氯化物、环氧丙烷、TDI/MDI等多种基础性化工原料就是盐化工企业的产物。随着产品的不断丰富,盐化工行业的安全环保要求也不断提高,提出工业4.0背景下的智能化工厂展望，所以必须依靠智能化系统全面保障盐化工企业安全环保运行[1]。

在石油化工领域,智能化生产已初见成效。国内,西北石油局建成并投运了智能化油田调度系统,解决了油田单井点多面广巡检不利的局面,极大节约了人力资源,提高了油田整体生产效率[2-3]。国外,相关的化工企业设计并运用了数字化工厂SIS系统,优化了化工装置调控响应时间,综合提高了化工企业生产平稳率,极大降低了事故发生概率。

从行业未来的趋势来看,盐化工行业未来将大力向多产品、集成化发展,特别是在氯产品的基础上衍生消耗氢、烧碱的下游产品。形成以氢气、氯气、烧碱及其下游产品贯穿其中,中间产品互利型多种精细化学品的行业链[4-6]。由此看来盐化工装置工艺流程复杂,风险控制点多,安全生产责任重大。

1 盐化工装置安全特点

精细化工是盐化工的下一步发展方向,但由于中国盐化工起步较早,相应企业厂房设施及工艺设备存在装置老化、生产现场作业环境差等问题。鉴于成本考量,精细化工发展上往往会在传统盐化工厂房及设备基础上进行改造[7]。老旧工厂的建设年份、设备运行情况及当时建设的国标等因素都为改造后的后续生产带来较多安全隐患,生产形势严峻。但鉴于工程预算,又不能大规模进行基础设施建设和设备更新换代,只能在大修和改造的基础上缓步推进盐化工装置的发展[8-10]。盐化工装置常见安全隐患见表1。

表1盐化工装置常见安全隐患

设备及装置安全隐患发生概率/(%)反应釜及反应器1)减速机异响、漏油、塑料风叶热融变形;2)机封、减速机缺油;3)垫圈老化、物料泄漏;4)爆破片失效、压力表失效、阀门内漏;5)温度偏高、搅拌终端且存在异常升压或冲料;6)反应釜酸性腐蚀,搪瓷内胆腐蚀且物料易燃易爆具有腐蚀性,系统及附件老化;7)缺少备用机或备用机年久失修21贮槽、罐区、槽车1)液位计模糊或损坏、堵塞;2)高位贮槽未能有效固定;3)常压贮槽带压使用;5)贮罐频繁受真空、氮气交变载荷,且出现裂缝;6)低沸点溶剂或液化气贮槽受阳光直射;7)室外贮罐等存在运输车辆等撞击危险;8)危险品罐区围堰孔洞未封堵,防护堤封堵不严密,任意开设排雨水孔18冷凝器、再沸器1)任何情况引起的腐蚀与泄漏;2)冷凝后物料温度过高;3)换热介质层被淤泥、微生物堵塞19管道及附件1)可燃或腐蚀性物料出口管线,其支架未设置吊式压式弹簧补偿措施,或直接采用挠性连接短管;2)保温保冷层破损;3)腐蚀、色标不清;4)液位计及相关仪表未设置防护28机泵1)泄漏、异响、防护罩缺失;2)泵进口管径小或管路长或拐弯多,泵出口未装压力表或止回阀;3)长期停用时,未放净泵和管道中液体,造成腐蚀或冻结14

盐是化学工业的重要原料,具有通用性与延伸性。当前以盐为原料的盐化工种类繁多,工艺流程复杂,进行不同装置的互助生产可以运用单一盐化工装置制成氯气、金属钠、纯碱、烧碱和盐酸等种类繁多的产品，但装置反应复杂,产品危险性大,其中纯碱和氯碱等延伸产品具有较大毒性需要最高等级安全防护。所以相应盐化工企业生产与产品储存安全任务重、环保压力大。当前相关企业建立有保障工厂正常运行的DCS控制系统，而个别工厂因为建设年份久远,成本压力大等原因,未设立智能化安全防护系统。所以在发生泄漏、火灾等重大事故时,保障工程最后关口的防护措施至关重要。

2 FGS系统概述

火气系统全称为火灾报警和气体检测系统(Fire Alarm and Gas Detector System,FGS),为专用独立的安全预警性火气系统,符合中国消防安全资格认证(CCCF认证),在国际上常与SIS系统配合使用,保障工厂生产安全。目前，FGS系统在中国新一代化工厂和相关油气储运工程中运用,但尚未全面普及，也没有相应法律法规和明确行业标准进行FGS系统的强制性或建议性运用[11]。

FGS系统主要针对火源和气体进行有效探测,并实施报警响应。FGS系统原理逻辑见图1，其主要工作原理为:首先通过火焰、可燃气体、烟感、温感等探头进行现场实时采集;然后进行数据分析和信息传递,经过软件逻辑触发中控和现场报警，并在电脑上显示报警位置和实时参数；最后进行自动或半自动遥控消防炮、雨淋阀、泡沫阀以及空调系统的自动化响应,实现应急处理,最终达到保障安全目的[12-14]。

图1 FGS系统原理逻辑

FGS系统主要由现场检测元件、逻辑控制器、执行元件、模拟报警盘及不间断电源组成,且包括办公区火灾报警和空调控制系统,见图2。FGS系统采用冗余结构,具有较强可靠性和可用性。现场每个装置区域的FGS系统互为独立,且与DCS保持冗余串行通讯,保证单一故障不影响系统全局正常运行[15]。其中每套FGS系统均配置冗余的以太网接口,通过光纤连接至冗余的FGS系统中央交换机。中控室控制面板与消防支队的HMI上位机可通过以太网进行各个FGS系统数据共享并保持实时通讯畅通,确保现场探头和系统报警状态实时受控，全面提高应急反应速度和人员处置效率[16]。

FGS系统具备故障自检和恢复功能。在系统设置之初,若系统发生供电故障、功能紊乱、检测回路不畅等多种情况时,会触发报警提示并且锁死检测报警和消防阀。所以FGS系统中的全面装置只默认非故障安全模式，能在及时发生潜在故障并且自动或半自动恢复,充分确保系统稳定性与易用性[17-19]。

图2 FGS系统组成

3 FGS系统应用前景

盐化工装置设计紧凑,存在交叉性反应和物料互窜等风险。加上精细化工发展方向上的传统盐化工厂工艺设备改造,使原有的安全问题更严峻。单纯依靠传统人工巡检难以达到安全生产的标准,迫切需要类似FGS系统的智能化安全防护系统进行全方位检测预警[20]。

某公司安装有燕山石化国外引进并自主创新后FGS系统,该系统基于工程工艺流程，首先进行了现场探头安装位置标注，确保中控人员随时监控各测点数据情况,及时发现报警点位置。

然后通过硬件将冗余可编程序控制器和火灾报警控制器融为一体。HMI上位机部分采用组态软件完成,使整个系统具备人性化操作界面,确保具备事前预防、事中处理、事后查询分析的功能。具体运行规程为可编程序控制器冗余系统与上位机通过以太网TCP/IP协议通讯,将现场通讯数据进行中控面板显示,若现场传感器检测到异常,信息会通过RS 485总线经火灾报警控制器链入冗余可编程序控制系统,触发声光报警并在中控面板显示出报警位置及报警情况,以列表形式提示工作人员。FGS系统还能根据可燃气体泄漏量及相应探头数据变化情况进行智能判断并进行预警等级限定,防止出现误报或消防设备触发等较为敏感问题[21]。

综上所述,FGS系统具有先进性与可靠性,能根据工艺装置特点进行现场探头的自由搭配,在全面兼容的系统框架下进行包括报警灯、报警喇叭、电磁阀、消防设施等设备的灵活优选联动优选;极大提高系统可用程度,充分节约人力资源,避免人员伤亡，保障装置设备安全。盐化工装置可根据工艺设备情况进行包括手动报警、烟感、温感、压力开关、流量开关等基础DCS联锁设置,然后通过FGS系统进行自动预警,智能响应地全方位安全防护。由此可见,盐化工装置投用FGS系统方案可行。

4 结论

盐化工装置工艺流程复杂,产品危险性大,具有互助反应等行业特点。所以安全工作不仅要依靠体系文件和加强培训等工作来加强,还必须依靠智能化先进方案进行软硬件结合,形成具备自动预警、智能指挥、实操演练等多项功能的立体化防护网。

采用全新设计理念和技术的FGS系统与传统的DCS、SIS系统配伍协调性使用,实现流程工业生产管理上的检测、传输、显示与报警等安全方面功能,极大提高了装置安全性。达到第一时间应急处置,极大降低事故危害。在管理上真正做到检测、传输、显示、报警、应急启动几乎在同一时间完成。

FGS系统结构简单,维护性良好。在极大兼容现场已有设施前提下做到成本可控,经济性最优。FGS系统自带的故障检测功能齐全，具有较好的故障定位和修复能力,系统维护效率较高。毫秒级SOE功能(事故顺序记录)的实现,极大地方便了用户的事故数据采集,该功能弥补了民用普通火灾报警器在这一功能上的缺陷。