王 博

（北京石油化工工程有限公司西安分公司）

在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量可燃或有毒氣體， 這些氣體一旦發(fā)生泄漏，就可能引起火災(zāi)、中毒等安全事故，更有甚者會(huì)引發(fā)工廠爆炸，后果極為嚴(yán)重。 因此，國(guó)家對(duì)石化行業(yè)安全生產(chǎn)的重視程度也越來(lái)越高，特別是涉及“兩重點(diǎn)一重大”的企業(yè)，更是國(guó)家安全監(jiān)管部門重點(diǎn)監(jiān)管的對(duì)象。 2020 年1 月1 日GB/T 50493—2019［1］正式發(fā)布，升級(jí)后的新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)部分章節(jié)進(jìn)行了修改和完善， 取消了強(qiáng)制性條文，提高了標(biāo)準(zhǔn)的可操作性。 筆者從工程設(shè)計(jì)的角度，對(duì)新、 舊標(biāo)準(zhǔn) （GB/T 50493—2019 （新） 和GB 50493—2009［2］（舊））部分內(nèi)容的差異和一些GDS的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1 GDS 的應(yīng)用目的

隨著石化行業(yè)人員安全意識(shí)的提高，可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng) （Gas Detection System，GDS） 在生產(chǎn)中的使用越來(lái)越廣泛，GDS 的設(shè)計(jì)也越來(lái)越受到重視， 因此GB/T 50493—2019 在開始的總則中描述：“為保障石油化工企業(yè)的人身安全和生產(chǎn)安全，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程及儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施中泄漏的可燃?xì)怏w或有毒氣體，并及時(shí)報(bào)警，預(yù)防人身傷害以及火災(zāi)與爆炸事故的發(fā)生，制定本標(biāo)準(zhǔn)。 ”本條總則相比于GB 50493—2009，明確了制定新標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)重要目的：一個(gè)是“監(jiān)測(cè)”，另一個(gè)是“報(bào)警”，但對(duì)監(jiān)測(cè)報(bào)警后的處理措施并未做明確要求， 因此在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，GDS主要起預(yù)警作用，后續(xù)的聯(lián)鎖處理手段還需根據(jù)相關(guān)專業(yè)要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行合理配置。

2 量程與報(bào)警值設(shè)置

新、舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)可燃?xì)怏w與有毒氣體的測(cè)量范圍和報(bào)警值都有明確規(guī)定，但新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有毒氣體的測(cè)量范圍和報(bào)警值的規(guī)定有明顯變化。

2.1 被測(cè)氣體量程

新、舊標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于可燃?xì)怏w測(cè)量范圍的規(guī)定沒(méi)有變化，仍然為0%～100%LEL，但是對(duì)有毒氣體的測(cè)量范圍重新進(jìn)行了定義，并且增加了環(huán)境氧氣的測(cè)量范圍與線型可燃?xì)怏w的測(cè)量范圍。 目前，有毒氣體的量程選擇定義了4 種模式：最高容許濃度 （MAC）、 時(shí)間加權(quán)平均容許濃度（PCTWA）、短時(shí)間接觸容許濃度（PC-STEL）和直接致害濃度（IDLH）。

舊標(biāo)準(zhǔn)以MAC、PC-STEL 和IDLH 模式作為有毒氣體的量程選擇， 并且要求首選MAC，若無(wú)MAC 時(shí)再選擇PC-STEL，當(dāng)無(wú)MAC 與PCSTEL 時(shí)最后選擇IDLH。 新標(biāo)準(zhǔn)引入了專業(yè)術(shù)語(yǔ)“職業(yè)接觸限值（OEL）”，重新定義了有毒氣體的測(cè)量范圍選擇方式，即“有毒氣體的測(cè)量范圍應(yīng)為0%～300%OEL， 當(dāng)現(xiàn)有探測(cè)器的測(cè)量范圍不能滿足上述要求時(shí)有毒氣體的測(cè)量范圍可為0%～30%IDLH， 環(huán)境氧氣的測(cè)量范圍為0%～25%VOL。 ”

化學(xué)因素的職業(yè)接觸限值分為MAC、PCTWA 和PC-STEL。 與舊標(biāo)準(zhǔn)不同的是，新標(biāo)準(zhǔn)明確了OEL 的優(yōu)先級(jí)，即“確定有毒氣體的職業(yè)接觸限值時(shí)， 應(yīng)按MAC、PC-TWA 和PC-STEL 的優(yōu)先次序選用。 ”因此，新、舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有毒氣體的測(cè)量范圍選擇方式有差別。

表1 列舉了3 種典型的有毒氣體在新、舊標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量范圍， 其中CO 按舊標(biāo)準(zhǔn)要求， 由于無(wú)MAC 值， 因此選擇以0%～300%PC-STEL 作為測(cè)量范圍，即0～90mg/m3；而根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)要求，需要選擇0%～300%OEL 作為測(cè)量范圍， 由于CO 無(wú)MAC 值，但是有PC-TWA 和PC-STEL 值，因此按優(yōu)先級(jí)要求，選擇PC-TWA 作為測(cè)量范圍，即0～60mg/m3。 實(shí)際數(shù)據(jù)顯示，PC-TWA 的濃度值要求均低于PC-STEL，因此根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)有毒氣體無(wú)法查到MAC 時(shí)， 實(shí)際所設(shè)置的測(cè)量范圍比舊標(biāo)準(zhǔn)要小。

表1 有毒氣體測(cè)量范圍比較 mg/m3

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，也經(jīng)常會(huì)遇到一些OEL很低的有毒介質(zhì)，使得目前大部分主流檢測(cè)器生產(chǎn)廠家都無(wú)法滿足測(cè)量要求， 此時(shí)就需要選擇IDLH 作為測(cè)量范圍依據(jù)， 如表1 中的氰化氫，MAC 為1mg/m3，若按300%OEL 作為量程，廠家就很難滿足要求。 因此，只能使用氰化氫的IDLH（56mg/m3），按30%IDLH（16.8mg/m3）設(shè) 置，這 樣一來(lái)大部分廠家都可以滿足要求了。

綜上所述，新、舊標(biāo)準(zhǔn)在有毒氣體測(cè)量范圍方面的主要區(qū)別是：舊標(biāo)準(zhǔn)有毒氣體的測(cè)量范圍選擇方式無(wú)優(yōu)先級(jí)要求，并且主要在MAC 與PCSTEL 二者中選擇；新標(biāo)準(zhǔn)有了優(yōu)先級(jí)要求，將范圍設(shè)在OEL 中，按OEL 的優(yōu)先級(jí)選擇，即首選是MCA， 其次是PC-TWA， 最后是PC-STEL， 當(dāng)無(wú)MAC 時(shí)，由于PC-TWA 的濃度值要求均低于PCSTEL， 因此對(duì)于這種情況新標(biāo)準(zhǔn)縮小了測(cè)量范圍，提高了檢測(cè)要求。

2.2 檢測(cè)氣體報(bào)警值

新、舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)氣體的報(bào)警設(shè)定值都分為一、二級(jí)報(bào)警，其中對(duì)可燃?xì)怏w的一、二級(jí)報(bào)警設(shè)定值沒(méi)有變化。 但是針對(duì)有毒氣體，舊標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)一、二級(jí)報(bào)警設(shè)定值做明確區(qū)分，通常參考別的規(guī)范或企業(yè)要求從嚴(yán)選擇，而新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有毒氣體一、二級(jí)報(bào)警設(shè)定值做了明確要求，即“有毒氣體的一級(jí)報(bào)警設(shè)定值為小于或等于100%OEL，有毒氣體的二級(jí)報(bào)警設(shè)定值為小于或等于200%OEL， 當(dāng)現(xiàn)有探測(cè)器的測(cè)量范圍不能滿足測(cè)量要求時(shí)， 有毒氣體的一級(jí)報(bào)警設(shè)定值不得超過(guò)5%IDLH，有毒氣體的二級(jí)報(bào)警設(shè)定值不得超過(guò)10%IDLH。 ”同時(shí)新標(biāo)準(zhǔn)增加了對(duì)環(huán)境氧氣和線型可燃?xì)怏w測(cè)量報(bào)警設(shè)定值的要求。

GBZ/T 223—2009［3］也對(duì)有毒氣體報(bào)警值做了要求， 即預(yù)報(bào)值為MAC 的1/2 或PC-STEL 的1/2，報(bào)警值為MAC 或PC-STEL，通常可將預(yù)報(bào)值作為一級(jí)報(bào)警值，報(bào)警值作為二級(jí)報(bào)警值。

下面將通過(guò)4 個(gè)使用不同規(guī)范要求的實(shí)例對(duì)常用有毒氣體的報(bào)警值做橫向比較，詳見(jiàn)表2，可以看出，根據(jù)OEL 的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)有MAC 時(shí)，按GBZ/T 223—2009 設(shè)定報(bào)警值比GB/T 50493—2019 要求更為嚴(yán)格，如H2S；當(dāng)無(wú)MAC，并且PCSTEL 大于兩倍的PC-TWA 時(shí)， 按GB/T 50493—2019 設(shè)定報(bào)警值比GBZ/T 223—2009 的要求更為嚴(yán)格，如氯乙烯；當(dāng)無(wú)MAC，并且PC-STEL 與兩倍的PC-TWA 相等時(shí)， 按GB/T 50493—2019設(shè)定報(bào)警值與GBZ/T 223—2009 的要求一致，如丙烯腈； 當(dāng)無(wú)MAC， 并且PC-STEL 小于兩倍的PC-TWA 時(shí)， 按GBZ/T 223—2009 設(shè)定報(bào)警值比 GB/T 50493—2019 的要求更 為 嚴(yán)格，如CO。

表2 有毒氣體報(bào)警值比較 mg/m3

在工程設(shè)計(jì)中，有毒氣體的報(bào)警設(shè)定值可嚴(yán)于標(biāo)準(zhǔn)要求，因此對(duì)有毒氣體的一、二級(jí)報(bào)警設(shè)定 值 可 依 據(jù)GB/T 50493—2019、GBZ/T 223—2009 或企業(yè)要求從嚴(yán)選擇。

3 系統(tǒng)設(shè)置

根據(jù)GB/T 50493—2019 以及安監(jiān)總管三［2014］第116 號(hào)相關(guān)管理部分的要求，GDS 應(yīng)獨(dú)立于其他系統(tǒng)設(shè)置，如DCS、SIS 等。 通常GDS 既不需要取得SIL 認(rèn)證， 也不需要取得消防產(chǎn)品型式檢測(cè)報(bào)告。

目前，國(guó)內(nèi)各石油化工企業(yè)對(duì)GDS 的選擇也不盡相同。 一些企業(yè)采用DCS，一些企業(yè)采用專用的氣體報(bào)警控制器，還有一些要求高的企業(yè)則采用SIS。 對(duì)于GDS 最終采用的形式，還需要根據(jù)工程項(xiàng)目的具體要求進(jìn)一步具體分析。 如：一些大型石油化工裝置，全廠需要集中監(jiān)測(cè)，氣體探測(cè)器數(shù)量較多時(shí)可采用DCS；一些規(guī)模較小的裝置，氣體檢測(cè)點(diǎn)數(shù)相對(duì)較少時(shí)可采用性價(jià)比較高的專用氣體報(bào)警控制器或小型PLC 等，這樣既能滿足業(yè)主節(jié)省投資的要求，又能從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)GDS 應(yīng)有的安全功能。

當(dāng)可燃?xì)怏w檢測(cè)信號(hào)參與消防聯(lián)動(dòng)時(shí)，需要采用符合GB 16808—2008 《可燃?xì)怏w報(bào)警控制器》相關(guān)要求并取得消防產(chǎn)品型式檢測(cè)報(bào)告的專用氣體報(bào)警控制器。 通常在GDS 中，有可燃?xì)怏w檢測(cè)器，也有有毒氣體檢測(cè)器，其中參與消防聯(lián)動(dòng)的可燃?xì)怏w檢測(cè)器數(shù)量相對(duì)較少，這就需要根據(jù)裝置規(guī)模、氣體檢測(cè)器數(shù)量等因素綜合考慮， 來(lái)判斷是對(duì)整個(gè)GDS 取得消防產(chǎn)品型式檢測(cè)報(bào)告，還是僅對(duì)參與消防聯(lián)動(dòng)的可燃?xì)怏w檢測(cè)器取得消防產(chǎn)品型式檢測(cè)報(bào)告。

當(dāng)氣體檢測(cè)器信號(hào)作為SIS 輸入時(shí)， 檢測(cè)器需根據(jù)SIL 定級(jí)獨(dú)立設(shè)置，并符合GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

值得注意的是， 新標(biāo)準(zhǔn)中新增了一項(xiàng)內(nèi)容，即“可燃?xì)怏w的第二級(jí)報(bào)警信號(hào)和報(bào)警控制單元的故障信號(hào)應(yīng)送至消防控制室進(jìn)行圖形顯示和報(bào)警。 可燃?xì)怏w探測(cè)器不能直接接入火災(zāi)報(bào)警控制器的輸入回路。 ”本條依據(jù)來(lái)源于GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］中關(guān)于可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的要求。

可燃?xì)怏w檢測(cè)本就屬于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的一項(xiàng)內(nèi)容，只是長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院或工程公司的可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測(cè)報(bào)警、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警的設(shè)計(jì)是由不同專業(yè)完成的，可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警由儀表專業(yè)負(fù)責(zé)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警由電信專業(yè)負(fù)責(zé)，并且兩個(gè)專業(yè)在監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面也存在差異。 因此，可燃?xì)怏w的二級(jí)報(bào)警信號(hào)和報(bào)警控制單元的故障信號(hào)送至消防控制室進(jìn)行圖形顯示和報(bào)警，也有利于消防部門及時(shí)獲得相關(guān)信息。

目前，可燃?xì)怏w的二級(jí)報(bào)警信號(hào)和報(bào)警控制單元的故障信號(hào)送至消防控制室主要通過(guò)3 種方式實(shí)現(xiàn)：

a. 分別將各可燃?xì)怏w檢測(cè)器的二級(jí)報(bào)警信號(hào)和報(bào)警控制單元的故障信號(hào)通過(guò)硬接線方式從GDS 輸出到火災(zāi)報(bào)警控制器，并在火災(zāi)系統(tǒng)的圖形顯示裝置上顯示；

b. 以通信方式將各報(bào)警信號(hào)送至火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)并在火災(zāi)系統(tǒng)的圖形顯示裝置上顯示；

c. 單獨(dú)設(shè)置一臺(tái)GDS 操作站， 設(shè)置在消防控制室進(jìn)行圖形顯示及報(bào)警。

以上3 種方式中，方式a 會(huì)大量占用GDS 系統(tǒng)的輸出通道和火災(zāi)報(bào)警控制器的輸入通道，當(dāng)生產(chǎn)裝置規(guī)模小并且檢測(cè)器數(shù)量較少時(shí)可以選用， 如果規(guī)模大并且監(jiān)測(cè)點(diǎn)多時(shí)就不太合適了；方式b 采用通信方式，節(jié)約了成本，也比較便捷，只是由于不同專業(yè)的設(shè)計(jì)理念不同，在火災(zāi)報(bào)警圖形顯示裝置上的可燃?xì)怏w報(bào)警顯示不夠直觀，無(wú)法直觀區(qū)分檢測(cè)器報(bào)警的位置；方式c 采用獨(dú)立的GDS 操作站，可以直觀地在操作站上看到裝置布置圖中各位置的氣體檢測(cè)器的報(bào)警狀態(tài)，并且不再占用火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)資源， 各系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，唯一成本是設(shè)置了一臺(tái)GDS 操作站，適合大型化工生產(chǎn)裝置并且監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多的情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

可燃?xì)怏w和有毒氣體的檢測(cè)和報(bào)警是石化生產(chǎn)裝置安全設(shè)施的重要組成部分，是保證人身安全的重要手段。 新標(biāo)準(zhǔn)的完善與實(shí)施，有利于提高國(guó)內(nèi)可燃?xì)怏w和有毒氣體的檢測(cè)和報(bào)警水平，提升設(shè)計(jì)的規(guī)范性，保證裝置方案的合理性和科學(xué)性。 筆者通過(guò)分析氣體的測(cè)量范圍和報(bào)警值的設(shè)定，介紹了GDS 的配置方案，可為工程設(shè)計(jì)和企業(yè)應(yīng)用提供參考，相信在不久將來(lái)，石化裝置GDS 的設(shè)置會(huì)越來(lái)越完善，GDS 也將更好、更充分地發(fā)揮其應(yīng)有的作用。