高三壘

中國電子科技集團公司第十三研究 河北石家莊 050051

1 氣體檢測及監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 系統(tǒng)描述

氣體檢測和監(jiān)控系統(tǒng)（GDS/GMS）是生命安全系統(tǒng)（LSS）的一部分。該系統(tǒng)集成了氣體泄漏警報、安全組合以及各種氣體設(shè)備的重要運行狀態(tài)監(jiān)視功能。其配有氣體檢測器，以檢測生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的危險氣體是否泄漏。

為了提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，GDS/GMS是冗余配置，它的所在位置是在氣化控制室中。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)，供電是雙回路電源（市電+固定電源）；網(wǎng)絡(luò)或電源出現(xiàn)故障將在系統(tǒng)中設(shè)置警報并使用另一網(wǎng)絡(luò)或其他電源。人機交互客戶端分別在發(fā)電廠的中央控制室和生產(chǎn)廠的氣化控制室以及行政大樓的安全控制室中[1]。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)架

詳細的系統(tǒng)架構(gòu)分為兩部分：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖和PLC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。下圖顯示了數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，其中包括兩個工程師站（ES），兩個操作員站（OS），兩組冗余的I/O服務(wù)器（I/OSERVER）和一組冗余的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過網(wǎng)絡(luò)跟數(shù)據(jù)收集與監(jiān)控相連。

1.3 系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分

1.3.1 可編程邏輯控制器（PLC）

GDS/GMS它們一個涵蓋了4000多個硬接線I/O點，布置兩組PLC設(shè)備，每組由兩個網(wǎng)絡(luò)和兩個電源進行供電，完成了整廠所有可編程邏輯控制器的把控邏輯以及聯(lián)合功能和監(jiān)視性能。

1.3.2 人機界面

GDS/GMS在廠房的中心控制室和生產(chǎn)車間氣化控制室以及行政樓里安?？刂剖依锒疾贾昧瞬僮鼽c，可以直接對該系統(tǒng)進行監(jiān)視和操作，同時在氣化控制室里布置了兩個工程師站點，能夠直接對該系統(tǒng)進行設(shè)置和程序的編程等。

2 氣體檢測器的選擇及設(shè)計

2.1 可燃和有毒氣體檢測器設(shè)置原則

根據(jù)石化可燃氣體檢測規(guī)范GB50493-2009和有毒氣體報警設(shè)計規(guī)范，可燃氣體和有毒氣體檢測儀的設(shè)置原則如下：

當(dāng)可燃氣體泄漏時，可燃氣體的濃度可能達到25%LEL，但是當(dāng)有毒氣體無法達到最大允許濃度時，將安裝可燃氣體檢測器。當(dāng)有毒或含有可燃氣體泄漏時，有毒氣體的濃度可能達到最大允許濃度，但是當(dāng)可燃氣體的濃度不能達到25%LEL時，應(yīng)安裝有毒氣體檢測儀。

當(dāng)兩者同時存在時，可燃氣體濃度可能達到25%LEL，有毒氣體的濃度也可能達到最高容許濃度時，分別設(shè)置可燃氣體和有毒氣體檢測器。

在同時存在可燃氣體和有毒氣體的情況下，可燃氣體的濃度可以達到25%LEL，有毒氣體的濃度可以達到最大允許濃度時，可以分別對它們設(shè)置檢測器。

當(dāng)相同的氣體可燃且有毒時，僅安裝有毒氣體檢測器。

2.2 檢測的氣體種類及檢測原理

氣體種類中使用的13種有毒或可燃氣體，按照規(guī)定設(shè)置了不同類型的檢測器，和在控制系統(tǒng)里設(shè)置兩級警報。

有毒氣體檢測原理：分為電化學(xué)、紅外、定點電解以及隔膜離子電極等。

電化學(xué)類型：將擴散氣體的電極浸入普通電解液中，通常是濃酸溶液或鹽溶液，方便在工作電極和負電極間進行離子導(dǎo)電。根據(jù)電池的特定類型不一樣，被測氣體會在工作電極的表面上被氧化或還原該反應(yīng)改變了基于參考電極的工作電極的位置。連接到電池的電子驅(qū)動電路根據(jù)與所測量的氣體濃度成比例的標準在工作電極和對比電極之間傳輸電流，從而反映所測量的氣體濃度[2]。

催化燃燒類型：當(dāng)可燃氣體/空氣混合物經(jīng)過熱催化劑的表面時，它將燃燒。燃燒釋放的熱量將改變鉑線圈的電阻值，該線圈在標準電橋電路中用作溫度計來使用和測量。電阻值的變化表示周圍空氣中被測氣體的濃度，可以顯示在氣體檢測器上。根據(jù)氣體檢測儀的安裝區(qū)域，有必要考慮防護等級和防爆要求。如果安裝在室外開放區(qū)域，則應(yīng)選擇室外類型或添加防護罩；如果安裝在防爆區(qū)域，則必須根據(jù)不同的防爆等級選擇相應(yīng)的防爆產(chǎn)品[3]。

3 與其他系統(tǒng)的聯(lián)動功能

3.1 與公共廣播系統(tǒng)（CCTV）的聯(lián)動

當(dāng)GDS檢測到氣體泄漏時，它會向CCTV發(fā)送泄漏信號，然后CCTV在整個工廠廣播警報并疏散人員。

3.2 與廠務(wù)設(shè)施管理與控制系統(tǒng)（FMCS）的聯(lián)動

當(dāng)GDS檢測到氣體泄漏時，它將泄漏信號發(fā)送給FMCS，F(xiàn)MCS會激活相應(yīng)區(qū)域中的緊急排氣風(fēng)扇以進行緊急排氣，以確保及時釋放氣體。

3.3 與火警系統(tǒng)（FAS）的聯(lián)動

當(dāng)工廠區(qū)域內(nèi)的建筑物發(fā)生火災(zāi)時，F(xiàn)áS將向GDS發(fā)送信號，GDS將自動關(guān)閉建筑物中的天然氣運輸設(shè)備。

以上討論證明，用于半導(dǎo)體電子工廠的氣體檢測和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗證是可行和可靠的。根據(jù)工藝和生產(chǎn)要求，分析使用的可燃氣體和有毒氣體的種類和使用的領(lǐng)域、相關(guān)的工藝設(shè)備以及設(shè)備之間的關(guān)系；根據(jù)氣體種類找出不同氣體的檢測原理和傳感器種類；根據(jù)不同領(lǐng)域的功能要求，確定操作站和工程師站的數(shù)量和位置等；