石化企業火氣系統設計探討

趙建偉，張劍

(上海河圖工程股份有限公司 青島分公司，山東 青島 266061)

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石化企業火氣系統設計探討

趙建偉，張劍

(上海河圖工程股份有限公司 青島分公司，山東 青島 266061)

摘要：火氣系統(FGS)在保障石化企業安全生產中起著重要作用，但由于國內石化工程公司內部自控與電信專業分工不同,以及氣體報警系統與火災報警系統設計驗收標準的差異，使得FGS在國內項目中應用較少。通過對國內相關標準規范以及消防產品市場準入制度的簡介，提出適用于國內項目的FGS實施方案。

關鍵詞：火氣系統火災報警控制器氣體報警控制器安全完整性等級

火氣系統(FGS)是氣體自動報警、火災自動報警以及消防聯動控制的綜合性控制系統，屬消防控制系統范疇。國內石化工程公司由于存在電信、自控專業設計分工，從而對火氣系統概念理解并不一致。規范提倡將火災自動報警與氣體自動報警進行合并設計，氣體自動報警起到火災預警功能。FGS對應的消防過程示意如圖1所示[1]。

圖1消防過程示意

國外石化項目中，FGS基本屬于標配，通常以安全型PLC作為核心，將各類火災探測器、可燃氣體探測器、消防聯動控制的執行元件等均接入該系統。由于國內消防產品市場準入制度、標準規范與國外存在差異，以安全型PLC為核心的FGS在國內并不適用，而是將國外的FGS模式“分拆”開來。筆者通過對國內相關規范、消防產品市場準入制度的簡述，對國內項目的FGS設計方案提出建議。

1相關標準規范

當前，國內FGS還沒有一個完整的、綜合性的設計規范，設計主要依據以下規范進行，包括： GB 50160—2008《石油化工企業防火設計規范》、GB 50493—2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》、GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》、GB 50016—2014《建筑設計防火規范》。

文獻[2]是石化企業防火設計的主要指導規范，規范5.1.3條要求：“在使用或產生甲類氣體或甲、乙A類液體的工藝裝置、系統單元和儲運設施內設置可燃氣體報警系統”，而可燃氣體報警系統通常根據文獻[3]要求設計。同時，文獻[2]第8.11和8.12條要求：“生產區、罐區、公用及輔助設施、全廠性、區域性重要設施以及石化企業一些特殊的建筑物(如擠壓造粒廠房、催化劑倉庫等)應設置火災自動報警系統”，該規范對生產裝置、罐區等石化企業特有區域的火災報警系統設計作出了規定，而其他建構筑物則要求根據文獻[1]的要求設計。

除此之外，石化企業其他建筑物(如辦公樓、食堂等)也可根據文獻[4]的要求設計。

2消防產品市場準入制度

國內外主要消防產品認證制度有3種[5]： 國家強制性消防產品認證、強制性與社會化自愿消防產品認證相結合、完全社會化自愿消防產品認證，見表1所列。

表1　國內外主要消防產品認證制度

國內實行強制性消防產品認證，氣體報警控制器、火災報警控制器等消防產品必須取得CCC(F)認證；而PLC作為通用產品，無法得到CCC(F)認證，這也是國外項目中經常采用的以安全型PLC為核心的FGS無法在國內應用的主要原因。

3火氣系統設計

根據以上規范的簡要介紹，在設計過程中可將項目設施分為建筑類和生產類，從而執行不同的標準規范來設計FGS方案。

3.1建筑物的FGS設計

建筑物的FGS應根據GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》要求來設計[1]。許多設計單位在以往設計中，建筑物的可燃氣體探測器都是通過總線形式直接接入火災報警控制器中。而文獻[1]出于系統可靠性考慮，要求FGS設計方案中應設置獨立的可燃氣體報警控制器，可燃氣體探測信號先經可燃氣體報警控制器再接入FGS中。建筑物的FGS因此應由各類火災探測器、氣體探測器、可燃氣體報警控制器、火災報警控制器及消防聯動設備等組成，其系統結構如圖2所示。

圖2　建筑物FGS結構示意

3.2生產區的FGS設計

石化企業生產區主要包括工藝裝置以及儲運罐區。生產區的FGS結構與建筑物的FGS基本一致，區別在于生產區的FGS消防聯動控制設備為消防泵、噴淋冷卻控制閥、泡沫滅火控制閥、泡沫發生裝置等，生產區的FGS如圖3所示。

石化企業生產區的可燃氣體報警系統應根據文獻[3]要求進行設計。根據文獻[3]要求，氣體報警系統由氣體探測器、指示報警設備及報警器等組成。對于氣體指示報警設備，文獻[3]進一步提出4種設計方案：

1) 氣體指示報警設備與火災檢測報警系統合并設置，即將氣體探測信號直接接入火災報警控制器，如圖4所示。

圖3　生產區FGS示意

圖4　與火災檢測報警系統合并設計示意

該方案與文獻[1]對建筑物氣體報警系統的要求有矛盾之處，建議有關部門應當進行協調以保持一致。

2) 采用獨立的工業程序控制器、可編程控制器等，如圖5所示。

圖5　采用獨立的控制器示意

該方案中氣體探測器接入獨立的PLC系統，利用PLC上位機豐富的圖形顯示界面作為報警的人機對話界面，同時可以將有關氣體報警信號通過聯網，發送到其他有關FGS中，建立全廠獨立的可燃氣體報警系統。另外，尚可完成其他必要的消防控制功能，如消防水罐液位指示，補水、給水閥門控制；液化石油氣球罐根部防火閥控制；高溫油泵出、入口防火閥門控制等。由于PLC具有完備的軟硬件功能，且安全可靠，因而在大型石化項目或大型油庫中經常選用該方案。

3) 采用常規的模擬儀表，如圖6所示。

圖6　采用常規模擬儀表示意

該方案中氣體報警系統由氣體探測器+氣體報警控制器構成且獨立設置。一種形式是探測器和報警器點對點連接，另一種形式是探測器和報警器總線形式連接。當項目規模較小，報警點數較少時，可選用單點式氣體報警控制器；報警點數較多時，可選用總線式氣體報警控制器。無論哪種形式都可將氣體報警信號接入其他FGS中。

4) 與生產過程離散控制系統(DCS)合并設計，輸入/輸出卡件獨立設置，如圖7所示。

圖7　與DCS合并設計示意

該方案較為常用，往往借助生產裝置的DCS設置獨立I/O卡件，或獨立的控制站將可燃氣體檢測信號接入其中，同時在控制室按操作分區設置專用的可燃氣體報警監視站。

對于石化企業生產設施的消防控制通常采用方案2)或方案4)。其中對于火災聯動控制的回路，則根據文獻[1]要求，由火災聯動控制器實現聯動控制，其他則由DCS或PLC來實現消防控制。

3.3系統形式及消防控制室

火災自動報警系統分為區域報警系統、集中報警系統以及控制中心報警系統，文獻[2]第8.12.3條要求石化企業的火災自動報警系統應通過網絡集成為全廠性火災自動報警系統。當前，石化企業控制室已向全廠中心控制室的形式轉變，消防控制室可借鑒這一發展趨勢，設置全廠的消防控制室，可與中心控制室合建。

3.4故障動作原則

根據文獻[6]第1.0.2的條文解釋，FGS并不屬于安全儀表系統，筆者認為對于一般的氣體、火災報警控制回路應按非故障安全原則設計，主要理由：

1) 文獻[1]要求消防聯動采用2臺獨立的火災檢測器報警信號，經“與”邏輯運算后輸出控制，強調動作的真實性。

2) 從圖1可知，自動滅火應在人員疏散完成或已不具備疏散條件的情況下才啟動。

3) 消防產品多數具有回路檢測功能，聯動設備也設置了多種控制方式，能確保系統的完整性和可用性。

但是對于涉及工藝過程的消防控制，應根據工藝需求來設計故障動作原則。

3.5安全完整性等級(SIL)

對于一般的氣體、火災報警控制回路是不需要進行SIL分析的，因為SIL的概念主要針對通過工藝過程各保護層風險降低分配來減少工藝系統風險，而氣體、火災報警控制回路是工藝過程以外的，屬于減災、應急響應層，作用于環境安全保護。

對于涉及工藝過程的消防控制回路，如消防水罐液位指示，補水、給水閥門控制，高溫油泵出、入口防火閥門控制，加熱爐爐膛滅火蒸汽控制，液化石油氣球罐根部防火閥控制等，則應滿足SIL的要求，提高安全性。

4結束語

筆者認為，石化企業設置FGS是大勢所趨，隨著新版GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》實施的深入，大家對FGS的認識也將越來越清晰，作為設計人員，應根據現行的法律法規、標準規范以及不同項目的實際需求，對FGS進行合理設計。

參考文獻:

[1]丁宏軍，張穎琮，劉凱，等.GB 50116—2013火災自動報警系統設計規范[S].北京： 中國計劃出版社，2013.

[2]李蘇秦，胡晨，董繼軍，等.GB 50160—2008石油化工企業設計防火規范[S].北京： 中國計劃出版社，2009.

[3]文科武，李蘇秦，羅明，等.GB 50493—2009石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范[S].北京： 中國計劃出版社，2009.

[4]杜蘭萍，馬恒，倪照鵬，等.GB 50016—2014建筑設計防火規范[S].北京： 中國計劃出版社，2014.

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[8]National Fire Protection Association.NFPA-72 National Fire Alarm and Signaling Code[S]. Quincy： NFPA, 2010.

[9]徐永漢.火氣系統在石化企業的應用策略[J].石油化工自動化，2011，47(06)： 22-24.

Discussion on Fire and Gas System Design for Petrochemical Enterprise

Zhao Jianwei，Zhang Jian

(Qingdao Branch, Shanghai HOTO Engineering Inc., Qingdao, 266061, China)

Abstract：Fire and gas system(FGS) plays an important role in petrochemical enterprise safe production. FGS is less applied in domestic projects because of professional division of process control and telecommunication specialty, difference of design and acceptance standard between gas alarm system and fire alarm system. Through introduction of domestic relative standards and market access system for fire-fighting materials, FGS implementation scheme suitable for domestic project is put forward.

Key words:fire and gas system; fire alarm controller; gas alarm controller; safety integrity level

作者簡介：趙建偉(1985—)，男，浙江蘭溪人，2008年畢業于中國石油大學(華東)自動化專業，獲學士學位，現工作于上海河圖工程股份有限公司青島分公司自控室，任工程師。

中圖分類號：TP277

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)03-0024-04

稿件收到日期： 2015-12-15，修改稿收到日期： 2016-03-26。