陳 相

〔中國石化銷售股份有限公司華中分公司 湖北武漢 430000〕

某大型成品油油庫罐區(qū)地處長江經(jīng)濟帶區(qū)域，毗鄰某大型煉油廠，總庫容19萬m3，是某骨干管網(wǎng)輸送的首站。該油庫通過管道與輸油碼頭相連，負責區(qū)域范圍內(nèi)主要成品油市場供應(yīng)和調(diào)節(jié)，其安全可靠性要求意義重大。按照相關(guān)規(guī)范的設(shè)計要求，在罐區(qū)內(nèi)設(shè)有多種消防系統(tǒng)以維護罐區(qū)的安全，主要有：①消防給水系統(tǒng)。采用獨立的穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)，穩(wěn)壓泵設(shè)定壓力0.75 MPa，同時設(shè)有1座3 000 m3的專用消防水罐，設(shè)有3臺水泵和1臺穩(wěn)壓泵；②水噴淋冷卻系統(tǒng)。在罐壁周圍設(shè)置了水噴淋消防冷卻系統(tǒng)；③泡沫滅火系統(tǒng)。采用平衡壓力比例混合泡沫滅火系統(tǒng)，采用液上噴射泡沫的滅火方式。另外，罐區(qū)還設(shè)有可燃氣體報警器和手動報警器、全覆蓋多視角視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

1 原消防系統(tǒng)存在的問題

該罐區(qū)依山而建，消防值班室與工藝集中控制室布置距離罐區(qū)較遠，緊急情況下難以實現(xiàn)第一時間應(yīng)急處置。儲罐泡沫系統(tǒng)共有48個DN100球閥，冷卻噴淋水系統(tǒng)有32個DN150球閥，均為手動控制，一旦發(fā)生火災(zāi)，需要應(yīng)急人員到現(xiàn)場逐個打開閥門，不僅存在人身傷害風險，同時由于油庫值班人員較少，開啟閥門工作量較大，難以滿足初期火災(zāi)撲救要求。

根據(jù)千例油罐事故類型分布統(tǒng)計(見圖1)，浮頂罐在運行一定時間后，由于浮盤密封老化、磨損等原因，不可避免地存在油氣逸散，一旦遇上點火源，將造成火災(zāi)事故。因此，火災(zāi)事故占油罐事故的42.4 %[1]，是主要的油罐事故。成品油是易燃易爆液體，具有燃燒速度快、火勢兇猛、輻射熱強、擴散快等特點，火災(zāi)危險性極大。由此可見，在大型成品油罐區(qū)運行和管理工作中，為保證大型油罐及罐組安全，必須提高油庫的消防系統(tǒng)自動監(jiān)控水平和處置水平。

圖1 千例油罐事故類型分布統(tǒng)計

2 消防系統(tǒng)自動化集成的實施

消防系統(tǒng)自動化集成主要滿足油庫日常消防管理和應(yīng)急狀態(tài)下的快速、準確處置要求，應(yīng)用了自動化控制與通訊、數(shù)據(jù)庫技術(shù)。通過因特網(wǎng)絡(luò)將消防水、泡沫系統(tǒng)、可燃氣報警器、手動報警器進行系統(tǒng)集成。通過工業(yè)現(xiàn)場組態(tài)軟件對各種設(shè)備和協(xié)議支持的優(yōu)勢，實現(xiàn)了多種協(xié)議的支持和現(xiàn)場設(shè)備通訊與實時數(shù)據(jù)采集、控制等功能，為油庫的消防監(jiān)測提供支持。

拓撲圖如圖2所示。

圖2 消防自動化集成拓撲圖

消防自動化集成系統(tǒng)由消防操作站、消防PLC控制站及現(xiàn)場儀表組成。消防操作站設(shè)置在綜合樓中心控制室內(nèi)，用于顯示消防控制流程、儀表參數(shù)，監(jiān)測消防系統(tǒng)的運行，執(zhí)行控制過程的操作指令，完成數(shù)據(jù)存儲及各種管理報表的查詢、打印。

在消防泡沫站旁新建現(xiàn)場機柜間，將消防PLC控制站設(shè)置在現(xiàn)場機柜間內(nèi)，由冗余CPU處理器、冗余配置的接口模塊、過程I/O及功能模塊組成，用于實時采集現(xiàn)場儀表返回的信號及狀態(tài)，并對消防自動設(shè)備進行程序控制，實現(xiàn)消防監(jiān)控和管理。

在石油庫現(xiàn)有消防管線上安裝開關(guān)型氣動球閥(閥體利舊)，消防系統(tǒng)實時檢測閥門狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)指令對閥門的開關(guān)進行控制。在石油庫現(xiàn)有2個罐組的消防水管網(wǎng)各設(shè)置壓力變送器1臺，在新增3處供氣管線末端增加3臺壓力變送器，信號上傳至消防PLC控制站，以實現(xiàn)消防管網(wǎng)及供氣管線的壓力遠程監(jiān)控。

在12座儲罐頂部設(shè)置光纖光柵感溫系統(tǒng)。探測系統(tǒng)主要由光柵感溫探測器、光纖光柵信號處理器及探測器連接光纜組成，如圖3所示，采用光纖光柵為測量單位，多個檢測單元之間相互串聯(lián)，形成檢測系統(tǒng)。主要檢測油罐現(xiàn)場環(huán)境溫度，實時傳遞溫度值和火災(zāi)信息給信號處理器，安裝在拱頂罐頂，設(shè)置一周光纖光柵感溫探頭，實時檢測各油罐溫度的異常變化。光纖光柵系統(tǒng)機柜設(shè)置在現(xiàn)場機柜間內(nèi)，對儲罐溫度信號進行主動監(jiān)測，光纖光柵信號處理器通過RS-485接口將溫度信號傳輸至消防PLC控制站，在綜合樓中心控制室消防操作站上可對罐壁溫度進行連續(xù)監(jiān)測，當溫度超限報警后可自動提示工作人員，并與消防系統(tǒng)聯(lián)鎖。

圖3 光纖光柵感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)局部示意圖

通過串口服務(wù)器將火災(zāi)報警系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)將火災(zāi)報警系統(tǒng)及工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)接入消防遠程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)聯(lián)鎖、聯(lián)動。

3 系統(tǒng)維護及故障處置

火災(zāi)自動報警與PLC自動控制相結(jié)合的監(jiān)控模式，使系統(tǒng)監(jiān)控的智能化程度大為提高，其報警及滅火控制功能更為先進，有利于從本質(zhì)上確保安全。

3.1 系統(tǒng)維護

消防自動化系統(tǒng)由于其特殊性，要求其具有極高的可靠性，否則關(guān)鍵時刻無法使用，將造成災(zāi)難性后果。因此，日常維護工作就顯得極為重要。日常管理過程中，堅持巡檢時對PLC機柜間進行仔細檢查，觀察是否存在故障報警信號。每班對不同區(qū)域內(nèi)的消防水氣動閥門進行遠程、就地和機柜間三種模式的操作，測試系統(tǒng)報警音。檢查煉廠來凈化風系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)壓力是否正常，冬季時每班在凈化風系統(tǒng)最不利點進行脫水，依據(jù)溫度變化定期對地上消防水系統(tǒng)進行活線防凍操作。

3.2 運行過程中的主要故障

在運行初期，仍然存在一定故障，主要體現(xiàn)在：①光纖光柵感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)誤報率較高，誤報后導(dǎo)致自動噴淋動作，從而引發(fā)消防水系統(tǒng)壓力降低后主泵啟動；②消防水、泡沫系統(tǒng)氣動球閥無法動作，在消防演練中多次發(fā)生該類現(xiàn)象。

3.3 故障原因分析及處置

3.3.1 光纖光柵系統(tǒng)故障及處置

光纖光柵感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)型號為TGW-380D，包括感溫火災(zāi)探測器和火災(zāi)探測信號處理器。探測器中探測單元環(huán)境溫度發(fā)生變化時，由探測單元保護管經(jīng)導(dǎo)熱感溫元件傳導(dǎo)到測量光柵，導(dǎo)致布喇格波長發(fā)生變化?；馂?zāi)探測信號處理器通過探測此波長的變化獲得環(huán)境溫度，從而達到溫度傳感的目的。

光纖光柵感溫探頭分別布設(shè)在各個探測點上，感溫傳感信號通過光纖和波長解調(diào)系統(tǒng)送到計算機中進行判斷處理。波長解調(diào)系統(tǒng)為光纖光柵溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)的解調(diào)部分，包括寬帶光源、光分路器、標準恒溫解調(diào)器、波長調(diào)節(jié)設(shè)定單元、光探測器以及相應(yīng)的電子電路，能夠可靠地實現(xiàn)現(xiàn)場信號實時檢測，同時輸出兩級報警控制信號。

以經(jīng)常出現(xiàn)誤報的107號罐為例，在探測器主機VGA接口接上顯示器，對應(yīng)通道波形顯示如圖4所示。

圖4 維修前107號罐通道示波圖

正常波形掃描波上升沿和下降沿波為10個以上(包括8個探測器光柵和2個自檢光柵)，零點位置整齊適合。但該通道僅有5個上升沿和下降沿，一個波形的上升沿和下降沿出現(xiàn)重疊，零點位置不規(guī)整，有疑似電路噪聲或光柵旁伴噪聲。

調(diào)整其對應(yīng)通道光電接收單元電位器，分別用來調(diào)整放大器的零點和增益(放大倍數(shù))，波形無明顯改善；對光纖接頭進行檢查，通過酒精清洗，故障依舊。采用沸水澆淋試驗，從起點向終點逐段排查，確定了斷纖或衰減嚴重線段，為保證一次性修復(fù)率，向前數(shù)一個或兩個感溫探測單元，將光纖截斷，換上經(jīng)過檢測合格的感溫光纖光柵，接上后，通過儀表通電后預(yù)熱10 min，恢復(fù)正常，波形圖如圖5所示。

圖5 維修后107號罐通道示波圖

3.3.2 消防水、泡沫系統(tǒng)氣動閥故障及處置

在開展消防演練過程中，曾多次發(fā)生消防水、泡沫系統(tǒng)氣動閥不動作故障，存在較大的消防隱患。出現(xiàn)故障主要是兩種形式，一是所有閥門均無法控制，二是罐組個別閥門無法控制。針對第一種情況，重點檢查了從罐區(qū)I/O間到1016交換機的光纖，發(fā)現(xiàn)是光電轉(zhuǎn)換器工作不穩(wěn)定，更換后沒有發(fā)生過該類故障。

針對第二種情況，通過對控制系統(tǒng)進行測試，加上每次故障僅發(fā)生在一至兩個閥門上，閥門改就地控制后故障依舊，排除了控制系統(tǒng)故障的原因。對煉廠來凈化風系統(tǒng)進行檢查，發(fā)現(xiàn)壓力達到0.5 MPa，是可以滿足氣動閥工作要求的，但在開閥過程中，風壓下降明顯，瞬間降低到0.2 MPa左右。通過排查發(fā)現(xiàn)，罐區(qū)距離煉廠空壓站距離較遠，采用DN50管線從主管接出，流量計處管線縮徑加上前后安裝閥門，整個系統(tǒng)壓降較大，管線低點沒有設(shè)置排凈口，凈化風中的冷凝水積聚后更增大了壓降。由于罐區(qū)采用穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)，消防水系統(tǒng)由于沒有循環(huán)流動，系統(tǒng)由于管道腐蝕，水中各類雜質(zhì)較多，在球閥的球體和閥座之間沉積后引起閥門卡澀，加上凈化風系統(tǒng)壓降較大，多種原因共同作用下，導(dǎo)致開閥瞬間難以推動氣缸動作而打開閥門。找到原因后，主要采取了以下措施：①將流量計前后壓降較大的截止閥改為球閥，平時處于全開狀態(tài)，在管道爬坡段低點設(shè)置排凈閥，加裝空氣疏水閥；②每周在消防水系統(tǒng)最遠端消防栓進行放水試驗，將系統(tǒng)中的腐蝕產(chǎn)物等雜質(zhì)排出；③制定每班閥門測試表，每周依次將所有閥門均做一次開關(guān)試驗，通過瞬時開關(guān)將密封面上的雜質(zhì)進行沖洗；④對卡澀較為嚴重的閥門進行解體維修，將閥座密封材料更換為自潤滑性能較好的PTFE材料，減小開關(guān)所需扭矩。

通過各項改進工作的開展，一方面可以及時發(fā)現(xiàn)故障，及時處置，保證了消防設(shè)施完好備用率，另一方面也從本質(zhì)上提高了設(shè)備可靠性，滿足了安全運行要求。

4 結(jié)束語

隨著安全和環(huán)保要求日益提高，通過消防系統(tǒng)自動化集成，不斷提升預(yù)警能力和快速處置能力已經(jīng)成為一種趨勢。消防自動報警與PLC自動控制相結(jié)合的監(jiān)控模式，使系統(tǒng)監(jiān)控的智能化程度大為提高，其報警及滅火控制功能更為先進，設(shè)備本質(zhì)安全程度更高，是石化系統(tǒng)消防安全理念的創(chuàng)新及發(fā)展。