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石油化工企業可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范及應用-安仕得科技
2018-03-21 14:21:43

摘要:針對可燃氣體和有毒氣體的定義,可燃氣體檢測點的設置范圍,報警值的設定等,對GB50493-2009SH3063-1999標準的差異性進行了比較和分析。從工程角度闡述了GB50493-2009對可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計的新要求,實施新標準對工程設計的影響,著重介紹了現場聲光報警器和氣體報警監控系統的工程設計經驗。在借鑒國內外監控系統設計方案的基礎上,安仕得科技對石油化工裝置氣體檢測報警系統設置的概念和工程實施過程中遇到的問題進行了總結和分析。最后,對氣體檢測報警系統的安全度等級要求進行了探討。

石油化工工業生產過程中大量使用易燃易爆和有毒物質,如何保證安全生產、環境保護和職業健康是石油化工行業的重大課題。本著“預防為主,防消結合”的方針,可燃氣體、有毒氣體的檢測和報警控制在石油化工生產中一直受到高度重視。國家和石化行業的相關標準,如SH3063-1999《石油化工企業可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》,都對可燃氣體和有毒氣體的檢測和報警設計有明確規定。特別是2009年,國家根據發展需要頒布了GB-50493-2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》(以下簡稱新標準),并且部分條文為強制性條文,必須嚴格執行,由此可以看出國家對可燃氣體和有毒氣體檢測和報警的重視。安仕得科技從工程設計的角度,針對實施新標準過程中的經驗進行了總結。

1可燃氣體和有毒氣體的定義首先需要澄清一個概念,不是所有的可燃氣體和有毒氣體都需要檢測報警。新版本的標準都對需要被檢測的可燃氣體和有毒氣體進行了明確的定義,但定義的范圍有所不同,尤其是在有毒氣體方面。

1.1、可燃氣體

舊標準中定義可燃氣體指“氣體的爆炸下限濃度(V%)為10%以下或爆炸上限與下限之差大于20%的甲類氣體或液化烴、甲B、乙A類可燃液體氣化后形成的可燃氣體或其中含有少量有毒氣體”。新標準中定義可燃氣體指“甲類可燃氣體或甲、乙A類可燃液體氣化后形成的可燃氣體”。從字面看新舊標準對可燃氣體的范圍定義不同,舊標準將三種類型的可燃氣體定義為需要檢測;而新標準依據GB-50160-2008對可燃氣體的分類只定義兩種類型,即新標準取消了舊標準中“爆炸上限與下限之差大于20%的甲類氣體”。 安仕得科技查閱了SH3063-1999附錄中的可燃氣體和有毒氣體蒸氣特性表,符合舊標準可燃氣體定義中 “爆炸上限與下限之差大于20%的甲類氣體”的只有一氧化碳,但同時一氧化碳又屬于有毒氣體。根據規定,同一種氣體,既屬可燃氣體又屬有毒氣體時,應只設置有毒氣體檢測儀。因此,新標準將一氧化碳從可燃氣體檢測范圍中去除,劃分為有毒有害氣體。從以上分析可以看出,關于可燃氣體的定義,新舊標準沒有本質區別,并且新標準的定義更加簡練,可操作性更強。

1.2、有毒氣體

舊標準對有毒氣體的定義為“系指硫化氫、氰化氫、氯氣、一氧化碳、丙烯腈、環氧乙烷、氯乙烯”。新標準對有毒氣體的范圍定義為“《高毒物品目錄》(衛法監發[2003]142號)中所列的有毒蒸氣或有毒氣體。常見的有二氧化氮、硫化氫、苯、氰化氫、氨、氯氣、一氧化碳、丙烯腈、氯乙烯、光氣(碳酞氯)等”。從以上定義可以看出,新舊標準對需要檢測的有毒氣體范圍差別很大,舊標準僅有七種有毒氣體需要檢測,而新標準要求《高毒物品目錄》(2003)年版)中所列的31種有毒蒸氣或氣體均需檢測。實施新標準對石油化工行業影響比較大的是對氨和苯蒸氣這兩種有毒氣體的檢測,舊標準并沒有將其列為需要檢測的有毒氣體。GB50160-2008將苯定義為甲B類可燃液體,將液氨定義為乙A類可燃液體。以往國內對氨的檢測方法并不統一,部分裝置作為可燃氣體檢測,部分裝置作為有毒氣體檢測。氨作為有毒氣體檢測技術較為成熟,實施新標準對實際工程影響不大。而對苯的檢測,由于現有檢測技術很難達到微量級別,以往苯大多被當作可燃氣體來檢測,當可燃氣體檢測器報警時通常苯質量濃度已經遠遠超過了有毒氣體職業接觸限制量值,無法達到人身保護的要求。新標準將苯列為需要檢測的高毒物品,其檢測器探頭的選擇、現場布置和以前都有很大差別,并且可選產品不多。(安仕得科技有限公司自主研發的可燃、有毒有害氣體報警預設控制系統完全遵守國家安全標準設計規范,自主完善了設計理念及現場安裝施工方案,為您的安全生產帶來了有效的保障)

2、可燃氣體檢測點的設置范圍

舊標準中規定“生產或使用可燃氣體的工藝裝置和儲運設施(包括甲類氣體和液化烴、甲B類液體的儲罐區、裝卸設施、灌裝站等)的2區內及附加2區內,應設置可燃氣體檢測報警器”。舊標準將需要設置可燃氣體的范圍定在2區及附加2區內,但在檢測點的設置規定中要求根據可燃氣體密度在地坑、排污溝及封閉或半封閉廠房制高點設置可燃氣體檢測器。根據GB50058-92中關于爆炸危險區域的定義,上述通風不良的死角處應局部提高爆炸危險區域的等級,即可能由2區升級為1區。新標準在設置范圍中取消了2區及附加2區內限定,糾正了舊標準在此處存在前后矛盾的情況;但是,新標準依然強調可燃氣體檢測器所檢測的主要對象是屬于第二級釋放源的設備或場所。在爆炸性氣體環境連續出現或長時間存在的0區場所不設置可燃氣體檢測器。因為生產裝置從設計階段就已明確了0區場所的范圍,并且范圍很小,所以應通過改造工藝、嚴禁煙火、加強巡檢等工藝和管理手段防止爆炸發生。另一方面,如果0區場所設置可燃氣體檢測儀會造成經常報警,反而不利于生產管理。而2區及附加2區為在正常運行時不可能出現爆炸性氣體,也是容易使人麻痹大意的地方,需要通過連續檢測來監視異常情況,這正是設置可燃氣體檢測的初衷。因此,在實際工程應用中要明確不是所有可能出現可燃氣體的區域都需要設置檢測點。

3、報警值的設定

新標準第3.0.2條強制要求“可燃氣體和有毒氣體的檢測系統應采用兩級報警”;而舊標準中并沒有強制要求,僅在需要聯鎖保護時采取二級報警。新標準對報警裝置要求更高,但在實踐中影響不大,目前主流報警裝置都可以很容易地實現二級報警,并且在新標準發布前,很多項目就已經采用了二級報警。和舊標準相比,新標準中對有毒氣體的量程范圍和報警值的規定沒有采取一刀切的做法,在滿足多數應用的情況下同時兼顧了現有檢測技術的實際情況。新標準引自 GBZ2.1-2007《工作場所有害因素職業接觸限值化學有害因素》,采用幾種不同的有毒氣體職業接觸限制量評價體系。當現有檢測技術難以滿足常規檢測要求時,采取了低一檔次的測量和報警標準,使標準的可操作性更強,體現了標準重在執行的原則。具體要求:“有毒氣體的報警設定值不宜大于100%最高容許濃度/短時間接觸容許濃度,當試驗用標準氣調制困難時,報警設定值可為200%最高容許濃度/短時間接觸容許濃度以下。當現有探測器的測量范圍不能滿足測量要求時,有毒氣體的測量范圍可為030%直接致害濃度;有毒氣體的二級報警設定值不得超過10%直接致害濃度”。例如,比較難于檢測的苯蒸氣,短時間接觸容許質量濃度為10mg/每立方米 ,而直接致害質量濃度為9800mg/每立方米,如果報警設定值采用不大于100%短時間接觸容許質量濃度。

4、現場聲光報警器的設置

和舊標準相比,新標準第3.0.4條強制要求在現場裝置區域內設置聲光報警器,實際應用中現場聲光報警器的設置有兩種:采用自帶聲光報警的一體化可燃氣體及有毒氣體檢測儀;獨立設置聲光報警器,兩種方式各有優缺點。

a、自帶聲光報警器的優點是在現場可以很直觀地發現報警點,有利于維修和應急處理人員迅速找到泄漏點;安裝簡便,無需監控系統另外發出啟動控制信號。其缺點也是顯而易見的,由于實際安裝的氣體檢測器高度多數距地坪或樓板0.30.6m,這樣就限制了聲光報警器發揮作用;另外,受到功率和功能限制,這種一體化的氣體檢測報警儀的閃光報警亮度不高,喇叭聲響也很難達到報警所需的高分貝,聲調不可調,并且價格相對高。

b、采用獨立設置的方式,可燃及有毒氣體檢測儀首先將檢測信號送至監控系統,當檢測值達到報警設定值時通過監控系統觸發設在控制室和現場的聲光報警器同時報警。這種方法有以下優點:

1)聲光報警器的位置設置靈活,不受檢測點的位置限制。一般設置在通道或樓層出入口的易觀察處,距地坪或所在樓板2.5m左右。

2)可根據裝置區的面積、設備及建筑物的布置、工藝流程的關聯性以及道路圍堰等造成的自然分隔將裝置劃分為若干個報警區域,一個報警區域內的多個可燃氣體檢測儀、有毒氣體檢測儀可共用一個或多個聲光報警器。通過對監控系統編程可實現一個報警區域內的氣體檢測器僅觸發本區域內的聲光報警器,實現分區域報警,有利于迅速確定報警發生的區域。

5、可燃氣體和有毒氣體監控系統的設置

可燃氣體和有毒氣體監控系統的作用是對來自現場的氣體檢測信號進行數據采集和記錄,當達到報警設定值時,通過編程觸發控制室和現場的聲光報警器報警,當達到聯鎖設定值時還可以聯鎖空調設備、消防設施等。

5.1、可燃氣體及有毒氣體監控系統獨立設置

舊標準允許監控系統可以是DCS(分布式控制系統)中的一個相對獨立的單元;新標準要求可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統宜獨立設置。目前,國內很多項目依然采用將可燃氣體及有毒氣體檢測信號合并到DCS(分布式控制系統)等過程控制系統的作法。這種做法的優點是節省投資,缺點是控制系統檢修或故障時氣體檢測報警系統也無法工作。根據IEC(國際電工委員會)61511 3關于工廠安全保護層的理念,如圖1所示,


1 工廠安全保護層模型

可燃氣體及有毒氣體監控系統屬于儀表減災層及工廠應急響應和撤離層次,在裝置檢修甚至發生事故時應依然發揮作用,指導人員撤離、救援和應急處理。因此,新標準雖沒有強制要求可燃氣體及有毒氣體監控系統單獨設置,但這是未來的發展趨勢。

5.2、火災和氣體檢測報警系統合并設置值得注意的是,新標準第5.3.2條對應的條文說明中提出:“對于大型聯合裝置、區域控制中心和全廠中心控制室等的可燃及有毒氣體檢測報警系統可優先考慮與火災檢測報警系統合并設置”,即常說的火災及氣體監測報警系統FGS(火災報警和氣體檢測系統)。雖然FGS(火災報警和氣體檢測系統)引進中國已近十年,但國內一直沒有關于FGS(火災報警和氣體檢測系統)的相應標準,該提法是在國內標準中首次涉及FGS(火災報警和氣體檢測系統)的概念。

FGS(火災報警和氣體檢測系統)的職責是通過專用的傳感器和監測儀器,檢測出早期火災和可燃及有毒氣體泄漏,由音響、燈光等設備發出警告提醒有關操作人員進行相關的操作,組織疏散和逃生;或者通過預先編制的聯鎖邏輯自動地啟動相應的保護、救護裝置;通過遠程報警能得到及時增援,從而使可能發生的火災、爆炸、中毒事故在萌芽狀態能被發現并消除,已經發生的事故能得到及時有效的控制,使相關人員、設備和周圍環境得到有效的保護。隨著國內《安全生產法》的頒布,近年來,工廠安全、環境保護及職業衛生受到了前所未有的高度重視,FGS(火災報警和氣體檢測系統)已經逐漸成為大型聯合裝置的標準配置,成為獨立于DCS(分布式控制系統)和SIS(廠級監控信息系統)的第三大工廠監控系統。

FGS(火災報警和氣體檢測系統)的職責涵蓋生產裝置現場的所有火災、可燃氣體及有毒氣體的探測報警,中央控制室及現場的聲光報警,泡沫消防及噴淋冷卻等消防設施的聯動,以及HVAC(空氣調節系統)新風口有害氣體檢測報警等;

但是在中央控制室和機柜間等建筑物內的火災報警和聯動往往由另外一套火災自動報警系統負責,即僅實現了生產裝置現場可燃及有毒氣體檢測報警系統與火災檢測報警系統合并設置,而非全廠性的火災及氣體檢測報警系統合并設置。

就功能而言,這兩種監控系統有著很多的相似之處,單獨設置無論對裝置初期投入還是后期的日常維護管理都不經濟。究其原因,主要由以下幾點造成:

a)行業管理形成了不同的設計規范。通常,有關工業和民用建筑物內的火災報警及消防聯動系統的設計規范采用的是GB50116-98《火災自動報警系統設計規范》,GB-50160-2008《石油化工企業設計防火規范》以及GB-50016-2006《建筑設計防火規范》;而可燃氣體及有毒氣體監控系統的設計規范采用的是SH3063-1999GB50493-2009,不同標準在系統設計要求上存在差異。

b)長期以來,國內設計院和工程公司在可燃氣體及有毒氣體檢測報警、火災自動報警、消防聯動的設計上分別由3個不同專業來完成。可燃氣體及有毒氣體檢測報警由儀表專業負責,火災自動報警由電信或電氣專業負責,消防則由水道或消防專業負責,不同專業對一體化的火氣監控思想不統一,對其他專業的監控系統認知度不足。安仕得科技參與過的大型石化聯合裝置的工程項目中,甚至出現機柜室有三套獨立的系統參與監控,除了FGS(火災報警和氣體檢測系統)和火災自動報警系統外,在機柜間還獨立設置了惰性氣體滅火系統。

c)由于不同行業采用的標準不同,使廠家依據不同標準制造出的監控系統產品也有所差異。火災自動報警系統大多采用總線型檢測儀表,通過總線和地址編碼技術將檢測儀表和監控系統連接起來

如圖2所示。

FGS(火災報警和氣體檢測系統)仍然采用常規點對點的模擬信號和開關信號回路,如圖3所示。

5.3FGS(火災報警和氣體檢測系統)的安全度等級

a)無論國內標準還是國際標準都沒有規定FGS(火災報警和氣體檢測系統)必須達到何種安全度等級。雖然從IEC(國際電工委員會)61511 3關于工廠安全保護層的理念來看,FGS(火災報警和氣體檢測系統)所處的保護層位于基本過程控制層和安全儀表系統層之外,但并不意味著其監控系統的安全度等級就必須高于前兩者。

b)FGS(火災報警和氣體檢測系統)和SIS(廠級監控信息系統)有著本質的區別。 SIS(廠級監控信息系統)的每個回路都要經過風險評估以確定其SILSIL認證就是基于IEC 61508GB/T 20438, IEC 61511(GB/T 21109), IEC61513, IEC 13849-1, IEC 62061, IEC 61800-5-2等標準,對安全設備的安全完整性等級(SIL)或者性能等級(PL)進行評估和確認的一種第三方評估、驗證和認證。);檢測儀表和最終執行元件通常采用冗余設計以使整個回路達到SIL要求;而以上要求FGS(火災報警和氣體檢測系統)都無法達到,僅僅提高監控系統的可靠性,這對提高整個FGS(火災報警和氣體檢測系統)的SIL收效甚微。

c)FGS(火災報警和氣體檢測系統)的作用來看,石油化工企業火災和氣體檢測,除了極個別的對象有特殊的聯動要求以外,大量是用于報警和監控目的,不直接參與工藝過程控制。對于消防系統的聯動,很多消防設備,如雨淋閥等,其自身具有探測火災的功能,當發生火災時其自身機械結構設計使得聯動可以不依賴于FGS(火災報警和氣體檢測系統)的電信號,雙重保護使得安全性大大提高。此外,除了FGS(火災報警和氣體檢測系統) ,工業電視監控系統,便攜式可燃氣體檢測儀和有毒氣體檢測儀等同樣可以起到火災和氣體檢測報警的作用。因此,FGS(火災報警和氣體檢測系統)發生故障或誤報警的后果相對較輕。

總之,絕對的零風險是不存在的,安全并不是要求零風險,采用何種SILFGS應進行綜合分析和風險評估,而不應盲目追求高等級的監控系統。

6、結束語

可燃氣體及有毒氣體的檢測和報警是保證石油化工裝置和人身安全的重要手段。實施新標準有利于提高國內可燃氣體及有毒氣體檢測和報警水平;有利于國際化合作和縮小與先進國家在該領域的差距。在工程設計和應用上,采用全廠一體化的FGS(火災報警和氣體檢測系統)聯動系統將是必然的趨勢。


安仕得科技氣體檢測預警控制系統

安仕得科技民用燃氣檢測報警控制系統

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