天然氣處理廠消防系統(tǒng)改造效果評(píng)價(jià)

景元，高好潔，朱珠，王德龍，高欣，馬雙伏，趙彥女，王西龍，王軍妮

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林718100）

天然氣處理廠消防系統(tǒng)改造效果評(píng)價(jià)

景元，高好潔，朱珠，王德龍，高欣，馬雙伏，趙彥女，王西龍，王軍妮

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林718100）

消防系統(tǒng)是油氣田安全、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展的重要保障。本文通過(guò)對(duì)米脂天然氣處理廠消防系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀分析，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存在的不足，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝及設(shè)備條件提出工藝改造措施并實(shí)施。最后對(duì)米脂天然氣處理廠消防系統(tǒng)的變頻改造效果進(jìn)行安全經(jīng)濟(jì)等方面的評(píng)價(jià)。

消防系統(tǒng)；消防泵；變頻控制；效果評(píng)價(jià)

消防系統(tǒng)是油氣田安全、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展的重要保障。現(xiàn)有油氣田消防系統(tǒng)功能相對(duì)簡(jiǎn)單，遠(yuǎn)距離溝通只能通過(guò)對(duì)講機(jī)、電話進(jìn)行語(yǔ)音交流，沒(méi)有相對(duì)明確的數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程啟停控制，存在報(bào)警及時(shí)率不高，滅火作戰(zhàn)無(wú)法迅速響應(yīng)等亟待解決的難題。

1 消防系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 消防系統(tǒng)工藝

米脂天然氣處理廠消防系統(tǒng)由消防水罐、消防泵，泡沫泵、泡沫混合裝置、消防給水管道、固定式消防（泡沫）炮、消火栓組成。消防給水系統(tǒng)最高供水壓力0.8MPa，最大供水量為162 m3/h，滅火時(shí)由消防泵加壓，向消防管網(wǎng)供水，通過(guò)水龍帶、水槍對(duì)著火設(shè)施冷卻滅火。消防泡沫系統(tǒng)最高供水壓力1.2 MPa，最大供水量72 m3/h，負(fù)責(zé)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)部及罐區(qū)外圍進(jìn)行泡沫滅火。

1.2 消防響應(yīng)運(yùn)行現(xiàn)狀

目前消防系統(tǒng)響應(yīng)流程為：中央控制室通過(guò)對(duì)講機(jī)、電話等方式將消防啟停指令傳達(dá)至消防崗位，消防崗員工通過(guò)人工啟停并調(diào)整消防系統(tǒng)供水壓力，從接到啟停指令到消防系統(tǒng)完全啟動(dòng)大約需要4 min～6 min，響應(yīng)速度較慢。

圖1 消防系統(tǒng)工藝流程圖

2 運(yùn)行存在問(wèn)題及原因分析

2.1 消防系統(tǒng)響應(yīng)速度滯后

米脂天然氣處理廠現(xiàn)有消防水泵、消防泡沫泵各兩臺(tái)，由于設(shè)計(jì)原因，消防系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)時(shí)需人工啟泵，且需要人為開(kāi)啟回流閥控制消防供水壓力，造成響應(yīng)速度滯后，員工操作不便，無(wú)法達(dá)到最佳運(yùn)行效果。

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控存在不足

現(xiàn)有的中央控制室DCS系統(tǒng)僅有消防系統(tǒng)供水壓力的數(shù)據(jù)顯示，無(wú)法遠(yuǎn)程控制消防系統(tǒng)啟停及監(jiān)控消防系統(tǒng)其他運(yùn)行參數(shù)。消防系統(tǒng)與米脂天然氣處理廠FGS系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立無(wú)連鎖，未能進(jìn)一步保障生產(chǎn)設(shè)施安全運(yùn)行。

2.3 工頻運(yùn)行造成能源浪費(fèi)

現(xiàn)有消防水泵電機(jī)額定功率為75 kW，消防泡沫泵電機(jī)額定功率為45 kW，消防系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)機(jī)泵采取工頻運(yùn)行，造成電能浪費(fèi)，不符合節(jié)能降耗的理念與要求。

3 優(yōu)化改造措施

經(jīng)過(guò)對(duì)油氣田先進(jìn)消防系統(tǒng)調(diào)研得知：消防系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控啟停、變頻調(diào)速運(yùn)行的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，且監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確，應(yīng)急響應(yīng)迅速，運(yùn)行效果良好。最終確定米脂天然氣處理廠消防系統(tǒng)改造方案：

（1）新增兩具變頻控制柜，分別將消防水泵、消防泡沫泵接入控制柜，并將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制室，實(shí)現(xiàn)消防系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控啟停、壓力控制，并實(shí)現(xiàn)根據(jù)管網(wǎng)壓力、火警信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)消防系統(tǒng)等功能。

（2）新增一臺(tái)遠(yuǎn)程集中控制柜，設(shè)置觸摸屏和通訊交換機(jī)，并將消防系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至消防崗值班室，實(shí)現(xiàn)崗位遠(yuǎn)程監(jiān)控啟停消防系統(tǒng)功能。

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控控制原理

本次改造將消防泵引入變頻控制柜，可通過(guò)面板上按鈕現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟停消防泵；變頻控制柜將運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至消防值班室遠(yuǎn)程控制器，通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)崗位遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控水泵的功能。同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制室通訊機(jī)柜即DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中央控制室遠(yuǎn)程啟停監(jiān)控消防系統(tǒng)；并與FGS系統(tǒng)連鎖，如FGS檢測(cè)到火災(zāi)信號(hào)，消防系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)。

3.2 機(jī)泵變頻控制原理

工程設(shè)計(jì)中，水泵選型一般根據(jù)最高設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程選定的，在實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)耗水量不斷變化，絕大部分實(shí)際耗水量小于最高設(shè)計(jì)流量，水泵運(yùn)行時(shí)往往效率低下及揚(yáng)程過(guò)剩，造成浪費(fèi)。變頻泵根據(jù)需水量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，而泵的功率根據(jù)轉(zhuǎn)速而改變。其比例率函數(shù)公式為：

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控控制原理示意圖

其中，Q1、Q2分別為水泵調(diào)速前后流量；n1、n2分別為水泵調(diào)速前后轉(zhuǎn)速；H1、H2分別為水泵調(diào)速前后揚(yáng)程；N1、N2分別為水泵調(diào)速前后功率。從（1）式看出，轉(zhuǎn)速變化，揚(yáng)程比流量的響應(yīng)更為靈敏，所以采用消防泵出口管線壓力信號(hào)作為反饋信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)處控制端。

圖3 變頻泵變頻調(diào)速控制原理圖

PD為壓力差分界點(diǎn)（見(jiàn)圖3），KK為快速響應(yīng)斜率，KN為正常響應(yīng)斜率；當(dāng)實(shí)際壓力與設(shè)置壓力之差大于PD時(shí)，采用正常響應(yīng)斜率，當(dāng)實(shí)際壓力與設(shè)置壓力之差小于PD時(shí)，采用快速響應(yīng)斜率。PD可根據(jù)實(shí)際的工藝要求進(jìn)行調(diào)整。啟泵初期，變頻器采用快速響應(yīng)斜率，迅速提升消防泵轉(zhuǎn)速，將消防水壓力提升至設(shè)定值；當(dāng)消防泵運(yùn)行基本穩(wěn)定時(shí)，變頻器采用正常響應(yīng)斜率，運(yùn)行較為緩和，控制消防系統(tǒng)的穩(wěn)定供水。

4 運(yùn)行效果分析

4.1 安全性

消防系統(tǒng)改造后，實(shí)現(xiàn)消防系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟停、監(jiān)控功能，消防系統(tǒng)啟運(yùn)時(shí)間由之前4 min～6 min縮短至2 min，消防響應(yīng)時(shí)間大大減少，提升了消防系統(tǒng)安全可靠性。

4.2 智能性

消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，崗位員工可第一時(shí)間查看消防系統(tǒng)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理解決。同時(shí)消防控制系統(tǒng)與FGS系統(tǒng)連鎖，F(xiàn)GS系統(tǒng)檢測(cè)到火災(zāi)報(bào)警后將信號(hào)傳輸至DCS系統(tǒng)，消防系統(tǒng)將自動(dòng)啟運(yùn)。

4.3 實(shí)用性

變頻控制柜可采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，可在觸摸屏上直接操作，控制系統(tǒng)具備自動(dòng)切換、定期倒運(yùn)、故障檢測(cè)等功能，方便日常生產(chǎn)操作。

4.4 經(jīng)濟(jì)性

消防水泵額定功率75 kW，泡沫泵額定功率45 kW，采取變頻運(yùn)行后消防泵功率：

P1=I1U1=70×360×1.732×0.75=33 kW（一般運(yùn)行時(shí)出水壓力設(shè)置0.5 MPa，測(cè)得平均電壓360 V、電流值70 A）。

每小時(shí)節(jié)約電量75-33=42度電量。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得，消防泡沫泵變頻運(yùn)行每小時(shí)節(jié)約23度電量。

5 認(rèn)識(shí)結(jié)論

此次改造對(duì)消防系統(tǒng)高效安全運(yùn)行具有重要的意義，相比原有的消防系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)中央控制室對(duì)消防系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控啟停功能，響應(yīng)更迅速，提高了消防的效率，同時(shí)與FGS系統(tǒng)連鎖，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情消防系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情、快速反應(yīng)搭建了一條高速通道，系統(tǒng)功能更加全面可靠和智能，滿足了現(xiàn)代油氣田消防系統(tǒng)的要求，應(yīng)用價(jià)值重大。

［1］李曉光.變流變壓控制系統(tǒng)在泵站節(jié)能中的應(yīng)用［J］.遼寧建材，2004，（6）：66-67.

［2］陳日斌.變頻泵出口恒壓力控制的PLC方案［J］.科技信息，2011，（9）：453-454.

［3］姜校林.變頻泵及其供水系統(tǒng)效率曲線的確定［J］.暖通空調(diào)，2008，（1）：85-87.

［4］盛會(huì)青.鍋爐上水流程改進(jìn)研究和應(yīng)用探討［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011，（6）：282-283.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.031

TE937

B

1673-5285（2015）08-0120-03

2015－07-25

景元，男（1986－），油氣田開(kāi)發(fā)工程師，2008年畢業(yè)于西安科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任長(zhǎng)慶油田第二采氣廠米脂天然氣處理廠技術(shù)員，負(fù)責(zé)米脂天然氣處理廠生產(chǎn)工藝。