國外氣體探測器操作維護標準先進性研究

曹威,杜生平,王曉丹,吳京

(1. 煤炭工業合肥設計研究院，安徽 合肥 230041；2. 中國石油天然氣股份有限公司西南管道南寧輸油氣分公司, 廣西 南寧 530000；3. 中國石油管道中原輸油氣分公司，山東 德州 253000)

國外氣體探測器操作維護標準先進性研究

曹威1,杜生平2,王曉丹3,吳京3

(1. 煤炭工業合肥設計研究院，安徽 合肥 230041；2. 中國石油天然氣股份有限公司西南管道南寧輸油氣分公司, 廣西 南寧 530000；3. 中國石油管道中原輸油氣分公司，山東 德州 253000)

中國已制定了氣體探測器的設計、施工和檢定校準等標準，但在氣體探測器操作維護標準方面還有所欠缺。以新發布的ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012《爆炸性氣體環境》為例，介紹了美國輸油氣站場氣體探測器在產品選型、傳感器冗余設計、設置場所、報警設定值和培訓方面的先進經驗和推薦做法。最后，提出了借鑒美國標準完善國內氣體檢測器標準的建議。

氣體探測器 標準 選型 報警 操作維護 培訓

氣體探測器廣泛應用于輸油氣站場，是保障現場操作人員安全的重要設備。借助氣體探測器發出的聲光報警信號，可采取緊急停運設備、疏散人員、啟動通風設備等應急措施，從而降低環境危險性[1]。

中國針對氣體探測器設計、安裝和檢定的標準比較完善，有GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》和GB 16808—2008《可燃氣體報警控制器》。本文重點針對氣體探測器操作和維護領域，介紹了美國氣體探測器標準在產品類型、特殊場所

冗余設計、設置場所原則、報警設定值和培訓等方面的先進經驗。結合中國氣體探測器應用實踐和相關技術標準進行了對比分析，對于提高國內輸油氣站場管理水平具有重要意義。

1 中國氣體探測器運行維護標準簡介

針對氣體探測器產品類型、設置場所原則和安裝區域尺寸要求，國內有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 50183—2015《石油天然氣工程設計防火規范》，SY 6503—2008《石油天然氣工程可燃氣體檢測報警系統安全技術規范》；針對氣體探測器日常檢查、操作維護要求，有Q/SY 152—2012《油氣管道火災和可燃氣體自動報警系統運行維護規程》，Q/SY GD 1053—2014《輸油氣站庫固定消防系統手冊》等。

2 美國氣體探測器標準簡介

美國儀表協會ISA(the international society of automation)與油氣管道行業相關的標準包含可燃氣體和有毒氣體探測器標準、儀表安全等級標準、儀表完整性標準和爆炸性氣體環境電氣設備標準。本文以ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012《爆炸性氣體環境》第29-2部分： 氣體探測器-易燃氣體和氧氣探測器的選型、安裝、使用和維護為例，說明美國可燃氣體探測器的技術水平和發展趨勢。

3 氣體探測器產品類型

輸油氣站場氣體探測器主要是探測烴類可燃氣體，廣泛應用了催化燃燒型氣體探測器，在缺氧或高腐蝕性場所一般選擇紅外吸收型氣體檢測器，此外還應用了電化學型、熱傳導型、半導體型、光致電離型氣體探測器[2]。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012規定了上述氣體探測器的工作溫度范圍、探測氣體種類/濃度范圍、靈敏度、響應時間、抗干擾性等技術參數，還介紹火焰離子化探測器FID(flame ionization detectors)和火焰溫度分析儀FTA(flame temperature analysers)，國內較少應用，簡介如下：

1) 火焰離子化探測器。利用有機化合物在氫氣火焰中燃燒，正負離子運動產生電位梯度，在燃燒室的電極間形成幾百伏的電壓，電壓與氣體體積分數成比例關系。該類探測器適用于探測易燃有機化合物，不能探測惰性氣體和無機氣體，反應時間低于1 s，測試范圍寬，從百萬分之幾到最低燃燒下限(LFL)甚至更高。

2) 火焰溫度分析儀?；诨鹧鏈囟戎?，火焰由試樣中的易燃污染物燃燒產生，要求試樣中空氣和易燃氣體流量保持恒定形成火焰。火焰溫度分析儀適用于探測濃度低于LFL的易燃氣體，反應時間低于5 s。

4 氣體探測器選型原則

國內輸油氣站場根據探測氣體種類選擇氣體探測器，例如GB 50493—2009規定烴類可燃氣體宜選用催化燃燒型氣體探測器；缺氧或高腐蝕性場所宜選擇紅外氣體探測器；探測氫氣選用催化燃燒型、電化學型或熱傳導型探測器。此外,氣體探測器選型應考慮以往設計經驗和投資成本，但較少綜合考慮易燃氣體-空氣混合物性質、探測場所特點、人員可進入性和方便維護等因素。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012規定了氣體探測器選型應考慮的因素，包括： 介質物理化學性質和封閉狀況；探測氣體中組分濃度范圍，氣體探測器精度要求；蒸氣壓、汽化熱、沸點、閃點、相對密度和儲存溫度等油品揮發性參數；氣體探測器用途，例如特殊位置監測、人身安全監測、油品滲漏探測、日常安全檢查等；腐蝕性、風速、降雨、霜霧等環境條件。

5 特殊場所氣體探測器冗余設計

傳感器是氣體探測器的核心組件。國內標準規定了氣體探測器和火災報警系統的相互關系以及控制器多線路輸出功能要求，但針對特殊區域或者重要場所，氣體探測器的重要部件是否需要進行冗余設計，國內標準無規定。一旦傳感器損壞，無法發生聲光報警信號。例如GB 50116—2013和SY 6503—2008規定氣體探測器宜獨立設置，氣體探測器不應接入火災報警系統的探測器回路；GB 16808—2008規定氣體控制器應至少保證2組控制輸出信號。文獻[3]研發了油庫可燃氣體遠程監測報警系統，采用計算機分布式模塊化設計方法，實現了多區域監測和獨立報警功能，但未采用氣體探測器的傳感器冗余設計理念。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012規定在連續不間斷監測的重要場所，氣體探測器的傳感器應設置雙重或者三重冗余設計，或采用“故障安全性”輸出電路，防止氣體探測器的傳感器故障或者輸出電路元件故障而不能發出報警信號，但未說明適用該設計原則的具體場所。建議針對涉及人員作業安全的重要場所，或者進入設備內部的受限空間作業場所，例如儲罐人孔、工藝閥井等，氣體探測器應采用傳感器冗余設計理念，確保在傳感器故障條件下或者氣體探測器檢修期間的場所環境安全監測。

6 氣體探測器設置場所

國內輸油氣站場設置氣體探測器的場所如下： GB 50183—2015規定輸氣站壓縮機房應設氣體探測器；Q/SY GD 1053—2014規定輸油氣站場工藝閥井、管溝及排污油溝應設氣體探測器；原油和成品油儲罐防火堤內應設氣體檢測器。存在的問題是： 國內標準氣體探測器在操作和維護過程中的防護措施，例如Q/SY GD 1053—2014規定氣體探測器安裝應預留更換和檢定的空間，探測器位于室外時應有防塵和防雨設施。國內輸油氣站場維護側重于輸油泵、壓縮機、閥門、加熱爐和工藝管網等設備設施，氣體探測器一般視為附屬生產設備，維護保養工作有待改進；另一方面由于氣體探測器維護不及時、防護措施不到位導致的誤報警故障普遍存在[4]。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012規定了在復雜場所和惡劣氣象條件下氣體探測器應采取的防護措施，具有借鑒意義，包括：

1) 環境溫度低于-10℃，電化學型探測器中的電解液可能凍結，應采取保暖防凍措施。

2) 安裝在旋轉式機械設備上的氣體探測器應采用減振設計。

3) 含腐蝕性氣體，例如氨、酸霧、H2S等的空氣環境中的探測器，應定期檢查金屬構件腐蝕狀況，避免嚴重腐蝕導致電氣故障。

4) 如塵埃、濕氣、薄霧等空氣污染物含量較高，也可能導致探測器元件故障，應采取相應防護措施。

7 氣體探測器報警設定值

Q/SY GD 1053—2014和Q/SY 152—2012規定可燃氣體探測器宜采用兩層級報警模式，第一級報警高限設定值為小于25%LFL；第二級報警高-高限設定值為小于50%LFL。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012規定催化燃燒型氣體探測器報警設定值根據探測氣體類型略有差異，甲烷體積分數報警設定值不低于5%LFL，丙烷和丁烷體積分數報警設定值不低于10%LFL，易燃油氣-空氣混合物體積分數報警設定值不低于20%LFL。針對氣體探測器報警設定值，美國標準更嚴格，建議國內標準修訂氣體探測器一級報警設定值為小于20%LFL。

8 氣體探測器故障時的替代措施

Q/SY GD 1053—2014和Q/SY 152—2012規定氣體探測器在維修或檢定時應采取其他替代監測方法或者替代防護措施，保證現場環境安全。存在的問題是未規定詳細的替代措施，可能給輸油氣站場管理造成混淆和不便，甚至可能產生安全隱患因素[5]。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012規定氣體探測器故障時應采取下列替代措施，具有借鑒意義，包括：

1) 氣體探測器故障應持續發出報警信號。

2) 使用便攜式可燃氣體檢測儀。

3) 啟動通風設備。

4) 消除點火源或明火。

5) 釋放源封閉。

6) 必要時緊急停止設備。

9 氣體探測器培訓

針對氣體探測器使用方法培訓，國內管道企業主要依據產品說明書以及實踐經驗，側重于論述設備操作規程和氣體檢測器操作維護規程，針對氣體探測器運行特性以及零位漂移調整、讀數異常和報警滯后等特殊故障問題較少涉及[6]。掌握設備運行特性和故障修理等技術對于提高氣體探測器使用率和完好率具有重要意義。

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012規定操作人員應掌握氣體探測器基本知識、運行特性和故障原理等信息，建議納入氣體探測器培訓范疇，具體如下：

1) 單個氣體探測器只能探測有限區域范圍內的氣體，氣體探測器無法探測可燃性薄霧、粉塵和纖維物質等。

2) 異常的濕度/溫度變化可能導致蒸氣冷凝在探測器表面，可能導致探測器讀數顯示錯誤、誤報警或者不能發出報警信號。

3) 應掌握典型的氣體流動特性，例如管道泄漏時高速流動氣體形成射流，儲罐破裂油品傾瀉噴濺形成可燃氣體的擴散流動特性。

4) 氣體檢測器精度針對探測不同種類氣體存在差異，例如探測氣體和儀器檢定所用氣體不同，儀器讀數上下浮動屬于正常情況。

5) 儀器故障或者空氣擾動均可能造成讀數異常，可用相同型號的探測器進行比對，存在讀數異常的探測器應檢查后才能使用。

6) 長時間探測低濃度可燃氣體可能導致讀數零位漂移，建議探測器使用空氣校準后再繼續使用。

7) 如出現讀數超過最大量程的情形，都應認為是可燃氣體濃度超標的原因，應立即采用應急措施，并用便攜式可燃氣體探測器確認是否存在可燃氣體。

10 結 論

ISA-60079-29-2(12.13.02)—2012的技術先進性主要表現在以下幾個方面：

1) 氣體探測器產品類型多樣，除國內應用的氣體探測器之外，還研發了火焰離子化探測器和火焰溫度分析儀。

2) 氣體探測器選型原則細致，考慮介質物理化學性質、探測氣體中組分濃度范圍、油品揮發性和探測器用途等多種因素。

3) 在特殊重要場所，氣體探測器采用傳感器冗余設計理念。

4) 在機械振動等復雜場所和低溫、潮濕等惡劣氣象條件下采取氣體探測器防護措施。

5) 氣體探測器一級報警設定值小于20%LFL，相對國內標準為25%LFL更嚴格。

6) 規定氣體探測器故障時應采取的替代措施。

7) 將氣體探測器運行特性、檢定氣體介質、零位漂移調整、讀數異常和報警滯后等問題納入氣體探測器培訓范疇。

[1] 黃維和，鄭洪龍，王婷. 我國油氣管道建設運行管理技術及發展趨勢[J]. 油氣儲運，2014，33(12)： 1259-1262.

[2] 首曉潔，趙曉龍，鄧莎萍. 油氣站場可燃氣體濃度檢測的設計[J]. 油氣田地面工程，2013，32(12)： 75-76.

[3] 郭福田，劉心紅. 油氣站庫可燃氣體遠程監測與報警系統設計[J]. 天然氣與石油，2014，32(03)： 63-65.

[4] 關中原，高輝，賈秋菊. 油氣管道安全管理及相關技術現狀[J]. 油氣儲運，2015，34(05)： 457-463.

[5] 李明凱，任桂芬. 可燃氣體報警控制設備的使用與維護[J]. 石油工程建設，2003，29(05)： 17-19.

[6] 梁富華，段沖. 天然氣管道可燃氣體探測器誤報警的原因及對策[J]. 石油工程建設，2008，34(03)： 70-71.

Advancement Study on Foreign Gas Detector Operation and Maintenance Standards

Cao Wei1, Du Shengping2, Wang Xiaodan3, Wu Jing3

(1. Coal Industry Hefei Design Institute, Hefei, 230041, China; 2. CNPC Southwest Pipeline Transportation Nanning Oil & Gas Branch, Nanning, 530000, China; 3. CNPC Zhongyuan Oil & Gas Transportation Branch, Dezhou, 253000, China)

s： Design, construction and calibration standards of gas detectors have been developed in China.Gas detector operation and maintenance standards need to be improved. With the newly released ISA-60079-29-2(12.13.02)-2-12ExplosiveGasEnvironmentas the case, advanced experiences and recommended practices of American combustible gas detector are introduced from the aspects of instrument selection, sensor redundancy design, setting position, alarm setting value, training on operation and maintenance. Suggestions of adopting American standards to improve domestic combustible gas detector standards are proposed finally.

gas detector; standard; type selection; alarm; operation and maintenance; training

曹威(1987—)，男，2013年畢業于中國石油大學(北京)石油天然氣工程專業，獲碩士學位，現主要從事天然氣相關設計工作，任工程師。

TP273

A

1007-7324(2017)04-0005-03

稿件收到日期： 2017-02-24，修改稿收到日期： 2017-05-18。