溫 源，吳紅忠

（焦作煤業(yè)（集團(tuán)）開元化工有限責(zé)任公司，河南 焦作454191）

化工企業(yè)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)過程中往往伴隨著易燃、易爆、有毒、有害氣體。這些氣體在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用的過程中一旦發(fā)生泄漏，將會(huì)引起中毒、火災(zāi)甚至爆炸事故，嚴(yán)重危害人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，也會(huì)對企業(yè)造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。因此，保持可燃、有毒氣體檢測手段、檢測設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)齊備、有效、及時(shí)就顯得至關(guān)重要，對避免和控制事故發(fā)生具有重要意義。

焦作煤業(yè)（集團(tuán)）開元化工有限責(zé)任公司（以下簡稱“開元化工”）成立于2009年10月，隸屬于河南能源化工集團(tuán)?，F(xiàn)有20萬t/a離子膜燒堿生產(chǎn)能力，目前生產(chǎn)穩(wěn)定，形成了產(chǎn)、供、銷一體的運(yùn)營模式，是河南能源骨干企業(yè)之一。

1 生產(chǎn)中存在的可燃、有毒氣體[1]

目前該公司主要有燒堿、鹽酸、液氯等產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中易燃、有毒有害氣體主要有H2、Cl2、HCl 3種氣體。其中H2易與空氣形成爆炸性混合物，其爆炸極限為4.1%～74.1%，在室內(nèi)使用和儲(chǔ)存時(shí)，泄漏氣體上升滯留屋頂不易排出，遇火星會(huì)引起爆炸；Cl2屬于劇毒化學(xué)品，有助燃性，對眼睛和呼吸道粘膜有強(qiáng)烈刺激性，吸入高濃度Cl2時(shí)會(huì)引起肺水腫、昏迷、休克甚至死亡，同氫氣的混合氣體（氫6%～88%）若加熱或用紫外線照射，會(huì)產(chǎn)生爆炸；HCl具強(qiáng)刺激性，對眼睛和呼吸道粘膜有強(qiáng)烈刺激性，吸入高濃度HCl時(shí)會(huì)引起肺水腫、昏迷、休克甚至死亡；其中氫氣、氯氣屬于《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品目錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2011〕95號）和《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布第二批重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2013〕12號）中重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，氫氣、氯氣采取的安全措施和應(yīng)急處置措施符合《重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品安全措施和應(yīng)急處置原則的通知》等規(guī)范的要求。

因此，必須對這3種氣體進(jìn)行有效監(jiān)測，確保工藝管線和廠房內(nèi)不出現(xiàn)泄漏點(diǎn)，以保證生產(chǎn)穩(wěn)定和人員安全。

2 可燃、有毒氣體檢測系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)及優(yōu)化方案[2]

開元化工以前采用將可燃和有毒有害氣體檢測報(bào)警系統(tǒng)并到過程生產(chǎn)控制系統(tǒng)DCS內(nèi)，這種做法的好處是投資少、品牌統(tǒng)一、備品備件數(shù)量少、便于后期維護(hù)等，但在管理過程中存在缺乏直觀性、系統(tǒng)性，管理效率較低，管理人員不能快速、直觀、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地掌握相關(guān)檢測信息，系統(tǒng)監(jiān)控安全性能、響應(yīng)時(shí)間、設(shè)備可靠性和人員安全上都存在著較大隱患。

隨著工業(yè)4.0、兩化融合、智能工廠以及中國制造2025等計(jì)劃的推進(jìn)和實(shí)施，以及越來越嚴(yán)峻的安全形勢要求，為了適應(yīng)新的要求，開元化工根據(jù)GB 50493-2009的第3.0.9條國內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范，采用新型的GDS系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的手段將相應(yīng)采集信息匯總，統(tǒng)一由獨(dú)立設(shè)置的管理平臺進(jìn)行智能分析和處理，實(shí)現(xiàn)可燃、有毒氣體在線監(jiān)測及自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)。值班人員亦可通過查看現(xiàn)場聯(lián)動(dòng)視頻，實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場狀況，進(jìn)行各種決策，確保企業(yè)的人員和財(cái)產(chǎn)安全，減少企業(yè)發(fā)生危險(xiǎn)事故的概率，達(dá)到企業(yè)安全生產(chǎn)的目標(biāo)。

GDS系統(tǒng)不僅能預(yù)防重大事故的發(fā)生，而且能在一定程度上將事故危害限制到最低程度。不僅能夠協(xié)助政府端和企業(yè)辨識、登記、普查重大危險(xiǎn)源，并且能夠評估事故嚴(yán)重程度和可能性，對危險(xiǎn)源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，加強(qiáng)組織管理，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏情況及時(shí)處理，有效將事故消滅于萌芽狀態(tài)，極大提高了裝置運(yùn)行的安全性。

3 可燃、有毒氣體在線監(jiān)控系統(tǒng)工作原理[3]

在生產(chǎn)現(xiàn)場可能泄漏可燃?xì)怏w和有毒氣體的地方安裝檢測目標(biāo)可燃?xì)怏w濃度的探測器，通過傳感器和輸入模塊的測量值由已設(shè)置好的內(nèi)置程序即時(shí)管理，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)監(jiān)控氣體泄漏，測量值達(dá)到測量臨界值時(shí)，發(fā)出聲音及可視警報(bào)，可燃、有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)開啟；探測器的傳感器屬電化學(xué)傳感器，可將監(jiān)控氣體濃度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號4～20 mA送至控制室指示報(bào)警器內(nèi)，并在達(dá)到危及安全的濃度時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場聲光報(bào)警。指示報(bào)警器（報(bào)警控制器）安裝在控制室內(nèi)，指示報(bào)警器具有對每個(gè)檢測點(diǎn)相對獨(dú)立、互不影響的報(bào)警功能，并能區(qū)分和識別報(bào)警場所位號?？扇?xì)怏w檢測系統(tǒng)采用二級報(bào)警，信號經(jīng)報(bào)警器送至DCS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

4 可燃、有毒氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成

4.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

GDS系統(tǒng)由可編程序邏輯控制器構(gòu)成，主要由處理器、I/O卡件、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、電源、安裝附件等組成。為保證系統(tǒng)的可靠性，GDS的處理器（包括各控制子系統(tǒng)的處理器）應(yīng)采用雙機(jī)雙背板熱備，熱備套件必須固化熱備切換程序，實(shí)現(xiàn)無擾切換，無需編寫切換程序，熱備系統(tǒng)為硬件切換型。GDS配備與DCS系統(tǒng)的通信接口，可將兩個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來。

該系統(tǒng)設(shè)1個(gè)工程師站，工程師站可用于系統(tǒng)的組態(tài)、參數(shù)設(shè)定及修改、用戶應(yīng)用軟件的開發(fā)，通訊接口站用于與全廠信息管理系統(tǒng)的連接。設(shè)6個(gè)操作員站，操作員站之間互為冗余。各操作員站的功能有流程圖、趨勢圖、列表等形式顯示機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與查詢、報(bào)警及打印，用鼠標(biāo)可進(jìn)行設(shè)備啟停和閥門開度調(diào)節(jié)等操作（軟手操），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和指令發(fā)送等功能。6臺DCS機(jī)柜由DCS完成現(xiàn)場信號采集及運(yùn)算、邏輯等功能。

本系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)（DCS）完成裝置全部生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制、監(jiān)視、操作、管理及自動(dòng)打印報(bào)表等。整個(gè)DCS系統(tǒng)具有上位通訊功能，便于全廠信息的統(tǒng)一管理。采用的DCS系統(tǒng)具有開放性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其硬件和軟件先進(jìn)可靠，同時(shí)又有成熟的、有效的高級應(yīng)用軟件包，可滿足生產(chǎn)控制、優(yōu)化管理的需要。

DCS可與其他系統(tǒng)設(shè)備和平臺通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成和信息交換，包括：HART、MODBUS、TCP/IP、OPC等。本系統(tǒng)設(shè)置一套獨(dú)立安全儀表SIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對裝置的關(guān)鍵部位安全聯(lián)鎖控制，確保裝置的安全可靠。

4.2 系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)由燒堿裝置、倉庫、罐區(qū)等組成，在其可能泄漏可燃?xì)怏w和有毒氣體的地方安裝檢測泄漏可燃?xì)怏w濃度的探測器，信號送至控制室指示報(bào)警器內(nèi)，并在達(dá)到危及安全的濃度時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場聲光報(bào)警。指示報(bào)警器（報(bào)警控制器）安裝在控制室內(nèi)。指示報(bào)警器具有對每個(gè)檢測點(diǎn)相對獨(dú)立，互不影響的報(bào)警功能，并能區(qū)分和識別報(bào)警場所位號?？扇?xì)怏w檢測系統(tǒng)采用二級報(bào)警，信號經(jīng)報(bào)警器送至DCS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

4.3 現(xiàn)場報(bào)警器設(shè)置

電解及淡鹽水脫氯工序設(shè)置Cl2氣體報(bào)警器13臺、H2氣體報(bào)警器10臺，合成鹽酸工序設(shè)置Cl2氣體報(bào)警器10臺、H2氣體報(bào)警器8臺，氯氣液化及整瓶包裝工序設(shè)置Cl2氣體報(bào)警器34臺，氯氣處理及壓縮工序設(shè)置Cl2氣體報(bào)警器16臺；氫氣處理工序設(shè)置H2氣體報(bào)警器4臺，氫氣鍋爐工序設(shè)置H2氣體報(bào)警器4臺，中控中化樓設(shè)置H2氣體報(bào)警器1臺。

整個(gè)項(xiàng)目設(shè)置一套獨(dú)立的可燃、有毒氣體報(bào)警器控制系統(tǒng)，報(bào)警控制柜設(shè)置在聯(lián)合站房控制室內(nèi)，并且與DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)傳送到DCS控制系統(tǒng)。本項(xiàng)目設(shè)置安全儀表系統(tǒng)（SIS系統(tǒng)）、可燃有毒氣體報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

5 優(yōu)化后可燃、有毒氣體在線監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）解決了可燃、有毒氣體報(bào)警器檢測點(diǎn)多、面廣、復(fù)雜繁重，相關(guān)管理人員在控制室與現(xiàn)場間來回跑動(dòng)，管理效率低的問題；

（2）解決了警情發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，延誤處理時(shí)間，導(dǎo)致隱患擴(kuò)大化問題；

（3）解決了各車間、各監(jiān)測設(shè)備單獨(dú)作業(yè)，無法實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測、聯(lián)動(dòng)管理，即時(shí)、直觀、形象監(jiān)測預(yù)警的問題；

（4）為安全生產(chǎn)相關(guān)部門提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)視頻和報(bào)警服務(wù)，為相關(guān)決策提供數(shù)據(jù)支持；

（5）解決了企業(yè)報(bào)警數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)和管理難的問題，提供歷史報(bào)警記錄檢索、查詢功能。

6 系統(tǒng)的主要應(yīng)用范圍

6.1 廠區(qū)綜合監(jiān)測

直觀展示整個(gè)廠區(qū)概況及檢測設(shè)備的位置分布信息等，展示檢測器傳回的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、報(bào)警信息等，智能判斷設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警級別，并通過抖屏、發(fā)光、聲音等多種報(bào)警效果通知、提醒用戶。

6.2 實(shí)時(shí)及歷史趨勢查詢

在廠區(qū)綜合監(jiān)測的基礎(chǔ)上，基于曲線監(jiān)測加列表監(jiān)測的方式，提供設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)趨勢和歷史數(shù)據(jù)趨勢查詢功能，查詢結(jié)果亦可導(dǎo)出來單獨(dú)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

6.3 報(bào)警閾值設(shè)置

通過系統(tǒng)批量或單獨(dú)預(yù)設(shè)高高報(bào)，高報(bào)，低報(bào)、低低報(bào)、預(yù)警等報(bào)警閾值。

6.4 分級預(yù)警及警情處理

根據(jù)檢測器的報(bào)警級別（高高報(bào)、高報(bào)、低報(bào)、低低報(bào)）分別設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警責(zé)任人（可重復(fù)多選），當(dāng)設(shè)備發(fā)生警情時(shí)，系統(tǒng)會(huì)依據(jù)預(yù)警設(shè)置通過抖屏、閃爍、聲光以及短信等方式自動(dòng)向不同報(bào)警級別責(zé)任人發(fā)送報(bào)警短信；相關(guān)負(fù)責(zé)人確認(rèn)、處理報(bào)警的同時(shí)，可手動(dòng)進(jìn)行消音、復(fù)位等操作。系統(tǒng)支持通過報(bào)警時(shí)間、企業(yè)、車間、監(jiān)控探頭等多條件、多維度組合查詢出報(bào)警記錄和報(bào)警處理記錄，同時(shí)支持列表模式、曲線模式展示，支持報(bào)警單個(gè)和批量處理等常用便捷操作。

6.5 設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測

實(shí)時(shí)監(jiān)測“監(jiān)測、監(jiān)控設(shè)備”的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備高高報(bào)，高報(bào)，低報(bào)，低低報(bào)，通訊故障，網(wǎng)絡(luò)故障，通訊超時(shí)、未連接、預(yù)熱、標(biāo)定等在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)生故障或報(bào)警時(shí)，可實(shí)時(shí)在系統(tǒng)中監(jiān)控到，為故障原因診斷、排查提供可靠依據(jù)。

6.6 視頻聯(lián)動(dòng)監(jiān)控

系統(tǒng)提供視頻聯(lián)動(dòng)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測現(xiàn)場各視頻監(jiān)控點(diǎn)位的實(shí)時(shí)視頻。當(dāng)車間內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)故障或報(bào)警時(shí)，可通過聯(lián)動(dòng)視頻查看現(xiàn)場情況，確認(rèn)現(xiàn)場無危險(xiǎn)后，再進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行故障或報(bào)警的處理，可達(dá)到安全、快速定位并處理故障的效果。

6.7 即時(shí)通訊交流

系統(tǒng)提供完備的即時(shí)通訊交流工具，值守人員之間可通過即時(shí)通訊工具迅速、快捷進(jìn)行溝通。

6.8 用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)支持權(quán)限管理，用戶實(shí)現(xiàn)分角色管理，主要包括“普通用戶”和“管理員”等角色，不同的角色可進(jìn)行不同的操作，滿足企業(yè)日常監(jiān)管需求。其中“普通用戶”對企業(yè)廠區(qū)進(jìn)行日常巡檢，同時(shí)對車間的設(shè)備及報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、報(bào)警通知、警情處理、綜合查詢、視頻監(jiān)控；“管理員”除具有普通用戶的權(quán)限外，亦可對系統(tǒng)用戶信息（用戶權(quán)限分配、密碼重置等）、設(shè)備信息（監(jiān)控探頭、監(jiān)控視頻、通信鏈路等）、企業(yè)信息（車間、安全員等）、系統(tǒng)信息（系統(tǒng)日志、圖片信息、探測介質(zhì)等）進(jìn)行配置和管理。

6.9 智能移動(dòng)終端

系統(tǒng)支持智能手機(jī)登錄訪問，可方便相關(guān)人員隨時(shí)隨地掌握廠區(qū)危險(xiǎn)源的狀態(tài)。

7 實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)

7.1 管理標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化

參照國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定相關(guān)業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)處理流程規(guī)范化、信息化管理。

7.2 直觀、便捷的重大危險(xiǎn)源電子臺賬

借助GIS地圖對廠區(qū)內(nèi)的重大危險(xiǎn)源建立電子臺賬，對其種類、分布情況、危害范圍等信息進(jìn)行排查摸底，使其處于可控范圍內(nèi)。

7.3 分級聯(lián)動(dòng)預(yù)警、報(bào)警

超限自動(dòng)報(bào)警，按報(bào)警級別發(fā)光、發(fā)聲、智能分級發(fā)送報(bào)警短信，及時(shí)通知相關(guān)責(zé)任人采取措施，降低危害；自動(dòng)彈出報(bào)警區(qū)域的監(jiān)控視頻，調(diào)取相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案，為處警人員提供及時(shí)科學(xué)的輔助決策，縮短反應(yīng)時(shí)間；實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場—車間—總控制室三級聯(lián)動(dòng)，報(bào)警—處理—反饋—結(jié)果跟蹤機(jī)制，降低事故發(fā)生的概率，保證企業(yè)安全生產(chǎn)，進(jìn)而增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

7.4 智能統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)現(xiàn)報(bào)警記錄和歷史記錄查詢、統(tǒng)計(jì)、分析，減少漏報(bào)、誤報(bào)情況，為改進(jìn)工作模式、提高工作效率提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

7.5 聯(lián)網(wǎng)登錄訪問

實(shí)現(xiàn)一處部署，多人多端訪問，借助辦公電腦、筆記本、智能手機(jī)等終端設(shè)備，利用廠區(qū)通訊網(wǎng)絡(luò)可隨時(shí)隨地掌握企業(yè)重大危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)信息和參數(shù)，提升企業(yè)的安全監(jiān)管技術(shù)水平和工作效率；并支持多級權(quán)限控制，數(shù)據(jù)加密傳輸，保證系統(tǒng)訪問和數(shù)據(jù)的安全性。

8 結(jié)語

20萬t/a離子膜燒堿裝置通過使用新型的可燃及有毒有害氣體在線監(jiān)控系統(tǒng)，能夠有效檢測并及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的可燃、有毒有害氣體的泄漏，并第一時(shí)間發(fā)出聲光報(bào)警信號，及時(shí)將報(bào)警模擬信號通過上位機(jī)組態(tài)圖形迅速顯示出來，在事故前期幫助監(jiān)控人員準(zhǔn)確地判別泄漏點(diǎn)，并盡快采取有效的防控措施，還可啟動(dòng)事故排風(fēng)機(jī)排盡廠房等密閉空間中的可燃及有毒有害氣體，從而在處理事故中對人員提供安全保障，確保安全生產(chǎn)，避免造成嚴(yán)重的危險(xiǎn)事故。