趙建偉，張劍

(上海河圖工程股份有限公司 青島分公司，山東 青島 266061)

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石化企業(yè)火氣系統(tǒng)設(shè)計探討

趙建偉，張劍

(上海河圖工程股份有限公司 青島分公司，山東 青島 266061)

摘要：火氣系統(tǒng)(FGS)在保障石化企業(yè)安全生產(chǎn)中起著重要作用，但由于國內(nèi)石化工程公司內(nèi)部自控與電信專業(yè)分工不同,以及氣體報警系統(tǒng)與火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計驗收標準的差異，使得FGS在國內(nèi)項目中應(yīng)用較少。通過對國內(nèi)相關(guān)標準規(guī)范以及消防產(chǎn)品市場準入制度的簡介，提出適用于國內(nèi)項目的FGS實施方案。

關(guān)鍵詞：火氣系統(tǒng)火災(zāi)報警控制器氣體報警控制器安全完整性等級

火氣系統(tǒng)(FGS)是氣體自動報警、火災(zāi)自動報警以及消防聯(lián)動控制的綜合性控制系統(tǒng)，屬消防控制系統(tǒng)范疇。國內(nèi)石化工程公司由于存在電信、自控專業(yè)設(shè)計分工，從而對火氣系統(tǒng)概念理解并不一致。規(guī)范提倡將火災(zāi)自動報警與氣體自動報警進行合并設(shè)計，氣體自動報警起到火災(zāi)預(yù)警功能。FGS對應(yīng)的消防過程示意如圖1所示[1]。

圖1消防過程示意

國外石化項目中，F(xiàn)GS基本屬于標配，通常以安全型PLC作為核心，將各類火災(zāi)探測器、可燃氣體探測器、消防聯(lián)動控制的執(zhí)行元件等均接入該系統(tǒng)。由于國內(nèi)消防產(chǎn)品市場準入制度、標準規(guī)范與國外存在差異，以安全型PLC為核心的FGS在國內(nèi)并不適用，而是將國外的FGS模式“分拆”開來。筆者通過對國內(nèi)相關(guān)規(guī)范、消防產(chǎn)品市場準入制度的簡述，對國內(nèi)項目的FGS設(shè)計方案提出建議。

1相關(guān)標準規(guī)范

當(dāng)前，國內(nèi)FGS還沒有一個完整的、綜合性的設(shè)計規(guī)范，設(shè)計主要依據(jù)以下規(guī)范進行，包括： GB 50160—2008《石油化工企業(yè)防火設(shè)計規(guī)范》、GB 50493—2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》、GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》。

文獻[2]是石化企業(yè)防火設(shè)計的主要指導(dǎo)規(guī)范，規(guī)范5.1.3條要求：“在使用或產(chǎn)生甲類氣體或甲、乙A類液體的工藝裝置、系統(tǒng)單元和儲運設(shè)施內(nèi)設(shè)置可燃氣體報警系統(tǒng)”，而可燃氣體報警系統(tǒng)通常根據(jù)文獻[3]要求設(shè)計。同時，文獻[2]第8.11和8.12條要求：“生產(chǎn)區(qū)、罐區(qū)、公用及輔助設(shè)施、全廠性、區(qū)域性重要設(shè)施以及石化企業(yè)一些特殊的建筑物(如擠壓造粒廠房、催化劑倉庫等)應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)”，該規(guī)范對生產(chǎn)裝置、罐區(qū)等石化企業(yè)特有區(qū)域的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計作出了規(guī)定，而其他建構(gòu)筑物則要求根據(jù)文獻[1]的要求設(shè)計。

除此之外，石化企業(yè)其他建筑物(如辦公樓、食堂等)也可根據(jù)文獻[4]的要求設(shè)計。

2消防產(chǎn)品市場準入制度

國內(nèi)外主要消防產(chǎn)品認證制度有3種[5]： 國家強制性消防產(chǎn)品認證、強制性與社會化自愿消防產(chǎn)品認證相結(jié)合、完全社會化自愿消防產(chǎn)品認證，見表1所列。

表1　國內(nèi)外主要消防產(chǎn)品認證制度

國內(nèi)實行強制性消防產(chǎn)品認證，氣體報警控制器、火災(zāi)報警控制器等消防產(chǎn)品必須取得CCC(F)認證；而PLC作為通用產(chǎn)品，無法得到CCC(F)認證，這也是國外項目中經(jīng)常采用的以安全型PLC為核心的FGS無法在國內(nèi)應(yīng)用的主要原因。

3火氣系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)以上規(guī)范的簡要介紹，在設(shè)計過程中可將項目設(shè)施分為建筑類和生產(chǎn)類，從而執(zhí)行不同的標準規(guī)范來設(shè)計FGS方案。

3.1建筑物的FGS設(shè)計

建筑物的FGS應(yīng)根據(jù)GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》要求來設(shè)計[1]。許多設(shè)計單位在以往設(shè)計中，建筑物的可燃氣體探測器都是通過總線形式直接接入火災(zāi)報警控制器中。而文獻[1]出于系統(tǒng)可靠性考慮，要求FGS設(shè)計方案中應(yīng)設(shè)置獨立的可燃氣體報警控制器，可燃氣體探測信號先經(jīng)可燃氣體報警控制器再接入FGS中。建筑物的FGS因此應(yīng)由各類火災(zāi)探測器、氣體探測器、可燃氣體報警控制器、火災(zāi)報警控制器及消防聯(lián)動設(shè)備等組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　建筑物FGS結(jié)構(gòu)示意

3.2生產(chǎn)區(qū)的FGS設(shè)計

石化企業(yè)生產(chǎn)區(qū)主要包括工藝裝置以及儲運罐區(qū)。生產(chǎn)區(qū)的FGS結(jié)構(gòu)與建筑物的FGS基本一致，區(qū)別在于生產(chǎn)區(qū)的FGS消防聯(lián)動控制設(shè)備為消防泵、噴淋冷卻控制閥、泡沫滅火控制閥、泡沫發(fā)生裝置等，生產(chǎn)區(qū)的FGS如圖3所示。

石化企業(yè)生產(chǎn)區(qū)的可燃氣體報警系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)文獻[3]要求進行設(shè)計。根據(jù)文獻[3]要求，氣體報警系統(tǒng)由氣體探測器、指示報警設(shè)備及報警器等組成。對于氣體指示報警設(shè)備，文獻[3]進一步提出4種設(shè)計方案：

1) 氣體指示報警設(shè)備與火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)合并設(shè)置，即將氣體探測信號直接接入火災(zāi)報警控制器，如圖4所示。

圖3　生產(chǎn)區(qū)FGS示意

圖4　與火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)合并設(shè)計示意

該方案與文獻[1]對建筑物氣體報警系統(tǒng)的要求有矛盾之處，建議有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)進行協(xié)調(diào)以保持一致。

2) 采用獨立的工業(yè)程序控制器、可編程控制器等，如圖5所示。

圖5　采用獨立的控制器示意

該方案中氣體探測器接入獨立的PLC系統(tǒng)，利用PLC上位機豐富的圖形顯示界面作為報警的人機對話界面，同時可以將有關(guān)氣體報警信號通過聯(lián)網(wǎng)，發(fā)送到其他有關(guān)FGS中，建立全廠獨立的可燃氣體報警系統(tǒng)。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，補水、給水閥門控制；液化石油氣球罐根部防火閥控制；高溫油泵出、入口防火閥門控制等。由于PLC具有完備的軟硬件功能，且安全可靠，因而在大型石化項目或大型油庫中經(jīng)常選用該方案。

3) 采用常規(guī)的模擬儀表，如圖6所示。

圖6　采用常規(guī)模擬儀表示意

該方案中氣體報警系統(tǒng)由氣體探測器+氣體報警控制器構(gòu)成且獨立設(shè)置。一種形式是探測器和報警器點對點連接，另一種形式是探測器和報警器總線形式連接。當(dāng)項目規(guī)模較小，報警點數(shù)較少時，可選用單點式氣體報警控制器；報警點數(shù)較多時，可選用總線式氣體報警控制器。無論哪種形式都可將氣體報警信號接入其他FGS中。

4) 與生產(chǎn)過程離散控制系統(tǒng)(DCS)合并設(shè)計，輸入/輸出卡件獨立設(shè)置，如圖7所示。

圖7　與DCS合并設(shè)計示意

該方案較為常用，往往借助生產(chǎn)裝置的DCS設(shè)置獨立I/O卡件，或獨立的控制站將可燃氣體檢測信號接入其中，同時在控制室按操作分區(qū)設(shè)置專用的可燃氣體報警監(jiān)視站。

對于石化企業(yè)生產(chǎn)設(shè)施的消防控制通常采用方案2)或方案4)。其中對于火災(zāi)聯(lián)動控制的回路，則根據(jù)文獻[1]要求，由火災(zāi)聯(lián)動控制器實現(xiàn)聯(lián)動控制，其他則由DCS或PLC來實現(xiàn)消防控制。

3.3系統(tǒng)形式及消防控制室

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)分為區(qū)域報警系統(tǒng)、集中報警系統(tǒng)以及控制中心報警系統(tǒng)，文獻[2]第8.12.3條要求石化企業(yè)的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)集成為全廠性火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。當(dāng)前，石化企業(yè)控制室已向全廠中心控制室的形式轉(zhuǎn)變，消防控制室可借鑒這一發(fā)展趨勢，設(shè)置全廠的消防控制室，可與中心控制室合建。

3.4故障動作原則

根據(jù)文獻[6]第1.0.2的條文解釋，F(xiàn)GS并不屬于安全儀表系統(tǒng)，筆者認為對于一般的氣體、火災(zāi)報警控制回路應(yīng)按非故障安全原則設(shè)計，主要理由：

1) 文獻[1]要求消防聯(lián)動采用2臺獨立的火災(zāi)檢測器報警信號，經(jīng)“與”邏輯運算后輸出控制，強調(diào)動作的真實性。

2) 從圖1可知，自動滅火應(yīng)在人員疏散完成或已不具備疏散條件的情況下才啟動。

3) 消防產(chǎn)品多數(shù)具有回路檢測功能，聯(lián)動設(shè)備也設(shè)置了多種控制方式，能確保系統(tǒng)的完整性和可用性。

但是對于涉及工藝過程的消防控制，應(yīng)根據(jù)工藝需求來設(shè)計故障動作原則。

3.5安全完整性等級(SIL)

對于一般的氣體、火災(zāi)報警控制回路是不需要進行SIL分析的，因為SIL的概念主要針對通過工藝過程各保護層風(fēng)險降低分配來減少工藝系統(tǒng)風(fēng)險，而氣體、火災(zāi)報警控制回路是工藝過程以外的，屬于減災(zāi)、應(yīng)急響應(yīng)層，作用于環(huán)境安全保護。

對于涉及工藝過程的消防控制回路，如消防水罐液位指示，補水、給水閥門控制，高溫油泵出、入口防火閥門控制，加熱爐爐膛滅火蒸汽控制，液化石油氣球罐根部防火閥控制等，則應(yīng)滿足SIL的要求，提高安全性。

4結(jié)束語

筆者認為，石化企業(yè)設(shè)置FGS是大勢所趨，隨著新版GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》實施的深入，大家對FGS的認識也將越來越清晰，作為設(shè)計人員，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行的法律法規(guī)、標準規(guī)范以及不同項目的實際需求，對FGS進行合理設(shè)計。

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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

作者簡介：趙建偉(1985—)，男，浙江蘭溪人，2008年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)自動化專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)工作于上海河圖工程股份有限公司青島分公司自控室，任工程師。

中圖分類號：TP277

文獻標志碼：B

文章編號：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。