劉鐵川，徐業(yè)蓬

(中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司，江蘇 徐州 221008)

無(wú)線技術(shù)在浮頂儲(chǔ)罐一二次密封層間油氣監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

劉鐵川，徐業(yè)蓬

(中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司，江蘇 徐州 221008)

在浮頂儲(chǔ)罐火災(zāi)事故中，一、二次密封層間的可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)過(guò)高是導(dǎo)致雷擊火災(zāi)的重要原因之一。在大多數(shù)罐區(qū)操作中，密封層中可燃?xì)怏w檢測(cè)工作主要以人工攜帶便攜式可燃?xì)鈾z測(cè)儀抽檢為主。通過(guò)對(duì)浮頂儲(chǔ)罐一、二次密封層間可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)技術(shù)的探討，提出了使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)的方案，并對(duì)無(wú)線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、檢測(cè)儀器、通信網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備、管理軟件等進(jìn)行了介紹。提出了可燃?xì)怏w稀釋的方法： 負(fù)壓稀釋法、惰性氣體稀釋法，并對(duì)比了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)在儲(chǔ)庫(kù)儲(chǔ)罐上試用，其監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)90%～95%，解決了浮頂儲(chǔ)罐密封層間氣體監(jiān)測(cè)的難題。

浮頂儲(chǔ)罐 可燃?xì)?檢測(cè) 無(wú)線

中國(guó)是一個(gè)能源消耗大國(guó)，據(jù)專家預(yù)測(cè)，到2020年中國(guó)石油消費(fèi)量將達(dá)到450 Mt以上，按照目前的消費(fèi)量計(jì)算，中國(guó)需要建立的石油儲(chǔ)備量約在70 Mt。因此，庫(kù)區(qū)的可燃?xì)怏w安全監(jiān)測(cè)非常重要，尤其是浮頂儲(chǔ)罐的一、二次密封層中的可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)，更是亟待解決的難題。通過(guò)有效的可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)，可以提早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取恰當(dāng)措施，杜絕事故發(fā)生。

1 浮頂儲(chǔ)罐存在的安全隱患

浮頂儲(chǔ)罐，特別是原油儲(chǔ)罐，發(fā)生火災(zāi)事故的原因除人為原因外，很大的因素是雷擊起火。大型浮頂金屬油罐的雷擊事故較多，雖然雷擊是主要原因，設(shè)備的安全設(shè)計(jì)存在缺陷，浮船上下運(yùn)動(dòng)和儲(chǔ)罐壁的變形，監(jiān)測(cè)手段落后也是主要原因。油罐浮頂邊緣的一、二次密封處，是造成雷擊起火的主要部位，發(fā)生雷擊的情況下，遇到揮發(fā)出的可燃?xì)?，可能引燃?chǔ)罐，給庫(kù)區(qū)安全管理帶來(lái)極大的隱患。因此，迫切需要實(shí)時(shí)可靠地監(jiān)測(cè)出一、二次密封層間可燃?xì)怏w濃度，進(jìn)而采取必要的技術(shù)措施和對(duì)策，降低可燃?xì)怏w濃度，使其無(wú)法達(dá)到爆炸極限，消除密封空間產(chǎn)生爆炸的條件是避免油罐雷擊火災(zāi)的重要措施。儲(chǔ)罐一、二次密封如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)罐一二次密封示意

浮頂儲(chǔ)罐二次密封裝置的主要作用是避免外界條件(風(fēng)力、陽(yáng)光、沙石、雨、雪等)對(duì)一次密封裝置的破壞，減少油氣損耗，降低對(duì)大氣的污染。一、二次密封層都不能完全阻止油氣揮發(fā)，隨著長(zhǎng)時(shí)間的積累，一、二次密封層之間可燃?xì)怏w濃度可能為較高數(shù)值，甚至超過(guò)爆炸極限，威脅著儲(chǔ)罐的安全?，F(xiàn)代儲(chǔ)罐的防雷措施、設(shè)計(jì)水平和建造技術(shù)都已十分完善，但仍不能完全消除雷擊火災(zāi)的發(fā)生。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)密封層處的可燃?xì)怏w濃度，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施成為防止密封層火災(zāi)事故的有效手段。

2 可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成和功能

目前在大多數(shù)罐區(qū)操作中，密封層中可燃?xì)怏w檢測(cè)主要以人工攜帶便攜式可燃?xì)鈾z測(cè)儀采取抽檢方式為主，這種方式具有時(shí)間取樣的特點(diǎn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)只代表極小段時(shí)間被檢空間可燃?xì)怏w濃度，一般檢測(cè)間隔在一周以上，檢測(cè)頻率無(wú)法達(dá)到安全防范火災(zāi)的作用。同時(shí)由于人工抽檢的工作方式，往往要2～3人配合完成，造成人力資源的浪費(fèi)，也存在人身安全隱患。采用在線式可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以有效解決實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，無(wú)需人為參與。常規(guī)在線式可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用有線通信方式，需要施工、布線，施工周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，后期維護(hù)工作量大。對(duì)于浮頂儲(chǔ)罐這種活動(dòng)場(chǎng)合使用有線連接，容易產(chǎn)生斷線等故障，影響安全生產(chǎn)。一種具有無(wú)線通信能力的新型可燃?xì)怏w檢測(cè)儀的推出，解決了線纜敷設(shè)帶來(lái)的諸多問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、遠(yuǎn)程報(bào)警，統(tǒng)一進(jìn)入中心控制室。

2.1 無(wú)線可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由前端的可燃?xì)怏w檢測(cè)儀、本安型供電系統(tǒng)、路由器、無(wú)線數(shù)據(jù)接收器和安全管理軟件平臺(tái)組成，如圖2所示。一般情況下，根據(jù)儲(chǔ)罐容量，可以在浮頂四周安裝4～6臺(tái)可燃?xì)怏w檢測(cè)儀，通過(guò)對(duì)一、二次密封層間氣體采樣，檢測(cè)出該點(diǎn)可燃?xì)怏w濃度，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控主機(jī)。檢測(cè)儀使用太陽(yáng)能系統(tǒng)供電，儲(chǔ)存電能的電池組安裝在檢測(cè)儀附近，太陽(yáng)能電池板可以使用長(zhǎng)導(dǎo)線安裝在易于接收陽(yáng)光的地方。在與主機(jī)距離較遠(yuǎn)的情況下，為了保證通信穩(wěn)定可靠，可以使用無(wú)線路由器中轉(zhuǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)。采用路由通信方式后，該系統(tǒng)的通信距離可以覆蓋國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)庫(kù)區(qū)。

圖2 無(wú)線可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意

2.2 無(wú)線可燃?xì)怏w檢測(cè)儀

無(wú)線可燃?xì)怏w檢測(cè)儀是一種將無(wú)線數(shù)據(jù)通信功能與可燃?xì)怏w檢測(cè)儀可靠結(jié)合在一起的氣體檢測(cè)裝置，它采用催化燃燒式傳感器，對(duì)絕大多數(shù)可燃?xì)怏w都能檢測(cè)。檢測(cè)儀可現(xiàn)場(chǎng)顯示、聲光報(bào)警，并可將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線上傳至主機(jī)。因催化燃燒式檢測(cè)儀功耗較大，需要加裝外置供電裝置。外置供電裝置由本安型可充電電池組和本安型太陽(yáng)能電池板組成?？沙潆婋姵亟M在充滿電的情況下，可為檢測(cè)儀提供連續(xù)20 d全天候的正常工作。太陽(yáng)能電池板為可充電電池組不斷地提供能源，確保了檢測(cè)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定工作。整個(gè)前端檢測(cè)系統(tǒng)為本安設(shè)計(jì)，可以工作在防爆級(jí)別最高的0區(qū)。

2.3 通信網(wǎng)絡(luò)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)儀和數(shù)據(jù)接收主機(jī)間使用微功率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信。這是一個(gè)基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的Mesh網(wǎng)絡(luò)，各檢測(cè)儀之間可以自行組網(wǎng)，可靠連接。這種靈活的組網(wǎng)方式可以有效地避免因障礙物的阻擋而造成的通信中斷，讓系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。Mesh網(wǎng)絡(luò)的多級(jí)路由功能還可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的通信范圍，通過(guò)幾次路由，主機(jī)可以可靠讀取1 km外的檢測(cè)儀數(shù)據(jù)，使無(wú)線發(fā)射功率僅幾十毫瓦的無(wú)線設(shè)備通信范圍覆蓋面積達(dá)十余平方公里。

為了拓展網(wǎng)絡(luò)通信范圍，也可以使用Mesh路由器，它在做網(wǎng)絡(luò)路由的同時(shí)，還可以顯示接收到主機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度，這對(duì)于建立路由點(diǎn)、檢測(cè)儀安放具有指導(dǎo)作用。

2.4 無(wú)線數(shù)據(jù)接收器

無(wú)線數(shù)據(jù)接收器是用于監(jiān)控?zé)o線設(shè)備、接收無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中儀器數(shù)據(jù)的設(shè)備。為了使同一區(qū)域可以容納大量的無(wú)線設(shè)備，且區(qū)域內(nèi)的多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)互不干擾，使用PAN ID進(jìn)行區(qū)分。不同PAN ID 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不能通信，同一PAN ID網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)接收主機(jī)。無(wú)線數(shù)據(jù)接收器提供以太網(wǎng)接口和串行接口，可以方便地接入網(wǎng)絡(luò)和后臺(tái)監(jiān)控管理軟件。接入以太網(wǎng)后，一臺(tái)配有安全監(jiān)控軟件的主機(jī)就可以同時(shí)監(jiān)控多臺(tái)無(wú)線數(shù)據(jù)接收器的數(shù)據(jù)。

2.5 安全管理軟件

無(wú)線檢測(cè)設(shè)備配合后臺(tái)安全管理軟件，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)點(diǎn)可燃?xì)鉂舛葘?shí)時(shí)監(jiān)控，同步報(bào)警和多級(jí)監(jiān)控，報(bào)警點(diǎn)位置、設(shè)備狀態(tài)、氣體濃度等信息清晰明確。軟件具備以下幾項(xiàng)基本功能：

1) 地理信息系統(tǒng)(GIS)功能。系統(tǒng)支持監(jiān)控地區(qū)GIS， WebGIS等，支持地圖的放大、縮小、平移等操作。檢測(cè)設(shè)備在地圖上可用圖標(biāo)加實(shí)物圖像或單獨(dú)圖標(biāo)表示。儀器狀態(tài)可通過(guò)圖標(biāo)顏色輕易辨別，點(diǎn)擊圖標(biāo)可以看到詳細(xì)儀器信息。

2) 儀器管理。儀器窗口列出所有在線儀器狀態(tài)、名稱、編號(hào)及實(shí)時(shí)讀數(shù)，在軟件中可以對(duì)某些儀器的讀數(shù)單位、報(bào)警限值等進(jìn)行更改。

3) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析。軟件自動(dòng)將接收的數(shù)據(jù)分類存入數(shù)據(jù)庫(kù)，供后期分析存檔。數(shù)據(jù)記錄的周期可靈活設(shè)置，庫(kù)中數(shù)據(jù)可以通過(guò)過(guò)濾等手段輕松查找需要的信息。

4) 遠(yuǎn)程查看。對(duì)于一些特殊的場(chǎng)合，不僅需要現(xiàn)場(chǎng)查看檢測(cè)儀數(shù)據(jù)，還需要在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心查看數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和遠(yuǎn)程查看功能可以輕松地實(shí)現(xiàn)多級(jí)監(jiān)控，只要在2臺(tái)電腦上設(shè)置相應(yīng)軟件即可。

5) 二次開(kāi)發(fā)接口。軟件提供二次開(kāi)發(fā)接口，可以方便地將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)提供給第三方軟件使用，因而可以構(gòu)建大型多功能軟件平臺(tái)。

3 采取措施

采用了先進(jìn)的無(wú)線氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)后，控制室計(jì)算機(jī)屏幕上會(huì)實(shí)時(shí)顯示氣體濃度值，一旦數(shù)值超過(guò)報(bào)警閾值，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。值守人員接到報(bào)警信號(hào)后，需要對(duì)報(bào)警來(lái)源進(jìn)行判斷，采取相應(yīng)措施。

及時(shí)準(zhǔn)確地給出報(bào)警信號(hào)是無(wú)線可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效防止火災(zāi)爆炸事故發(fā)生的前提。如果引入自動(dòng)的氣體稀釋控制裝置，則可以在無(wú)人值守的情況下自動(dòng)降低一、二次密封層中可燃?xì)怏w濃度，使其達(dá)到低限報(bào)警值(25% LEL)以下。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警限值，可以準(zhǔn)確地控制機(jī)械閥門將可燃?xì)怏w濃度降至安全值以下。通常采取兩種辦法：

1) 負(fù)壓稀釋法。當(dāng)即將到達(dá)爆炸下限值時(shí)，打開(kāi)氣泵將一、二次密封層之間的高濃度可燃?xì)怏w吸出放散，由于密封層間出現(xiàn)負(fù)壓，密封層外的空氣由縫隙進(jìn)入一、二次密封層間，使可燃?xì)鉂舛冉档汀?/p>

2) 惰性氣體稀釋法。當(dāng)即將到達(dá)爆炸下限值時(shí)，使用惰性氣體，例如氮?dú)獯等胍?、二次密封層之間，稀釋內(nèi)部可燃?xì)怏w，這在火災(zāi)發(fā)生時(shí)也可以起到滅火的作用。

以上兩種辦法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都可以達(dá)到無(wú)人值守、自動(dòng)降低可燃?xì)怏w濃度的目的。先進(jìn)可靠的氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)加上有效的氣體稀釋方法，有效保護(hù)了國(guó)家財(cái)產(chǎn)免受損失，保證了生產(chǎn)安全。該系統(tǒng)在原油及成品油儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)具有很高的推廣價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)線監(jiān)測(cè)可燃?xì)怏w濃度新技術(shù)在某儲(chǔ)庫(kù)儲(chǔ)罐上進(jìn)行試用，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)90%～95%，解決了浮頂儲(chǔ)罐密封層間氣體監(jiān)測(cè)的難題，為大型浮頂儲(chǔ)罐安全運(yùn)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

劉鐵川，男，1992年畢業(yè)于中石油廊坊管道學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)主要負(fù)責(zé)輸油生產(chǎn)安全環(huán)保工作，任工程師。

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。