天祿能源油庫消防工程中自動化系統設計與實施

吳海權

摘 要：隨著我國工業和國民經濟的迅速發展，國家對能源資源的需求量日益增大，我們國家在大力興建大型油庫，油庫設計過程中都配套消防工程，消防工程的安全可靠運行對油庫的日常生產起著關鍵的作用。本文針對天祿能源油庫消防工程中自動化設計及實現的設計方案、功能特性、運行等方面的內容進行論述，說明自動化在油庫消防工程中的重要性。

關鍵詞：消防；自動化；PLC（可編程控制器）；報警

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.081

1 引言

在油庫工程中所配套的消防工程起著至關重要的作用，根據天祿能源油庫消防工程中的項目經驗，本文對消防工程中自動化系統的設計與實現進行論述，體現消防工程中自動化系統可靠性和安全性。油庫消防工程的投運和驗收是國家消防部門重點關注和有強制性要求的工程，早期油庫工程中的消防系統都由人工手動操作，當發生火災和險情的緊急情況下，只能人工手動啟動消防水泵、打開消防閥和打開泡沫閥進行滅火，響應時間較慢并且操作繁瑣，容易誤操作，不能在最短時間和有效時間內采取緊急措施進行處理，該項目特點是消防系統工程采用全自動化設計，無需現場人工手動操作相關設備，運行值班人員在中央控制室的上位機（計算機）就能實現自動滅火的全過程。上位機設計有多種靈活的操作方式，“點操”啟動、“程序自動啟動”以及“一鍵啟動”的三種啟動方式，項目消防自動化系統的投運得到了業主和消防管理部門的一致認可，現作為樣本工程進行推廣。

2 自動化系統概述

天祿油庫消防自動化系統包括一期和二期罐區的系統，為了確保油庫能夠安全穩定運行，項目采用了消防自動化和信息化兩化融合的整體解決方案。油庫自動化系統是建立在良好的儀表控制技術、可靠的總線控制技術、先進的網絡傳輸設備及綜合的信息管理平臺之上的一套完善的自動控制與管理的系統。自動控制系統核心是上位機監控軟件和PLC系統來完成，當罐區發生異常或火災時系統能夠根據操作人員的指令手動或自動一鍵完成滅火過程，主要目的是提高油庫自身保障能力和保障效率、安全防衛效能，科學縮短處理時間，快速解決消防問題并且減少損失。

消防自動化和信息化系統采用三層網絡架構方式，分別為設備層、控制層和信息層所組成。設備層由現場總線和硬接線兩種方式，可燃氣體探測儀表、火焰探測儀表和電動閥門采用現場總線，泵和風機采用硬接線。儀表和閥門采用工業現場總線為PROFIBUS和MODIBUS總線；控制層由計算機與PLC系統采用工業以太網進行連接，信息層與上級管理部門采用普通以太網進行連接。

消防自動化系統采用分散控制集中監控統一管理，罐區設計多個PLC子站，各子站與主站之間通過光纖進行信號傳輸。每個子站帶2個或3個罐組，每個罐組設計5條總線，2條儀表現場總線和3條閥門現場總線，每1條現場總線帶6臺氣體檢測儀表和6個電動閥門，各自將信號送至各個子站PLC系統。

3 消防自動化罐區探測系統

為了能夠最早發現險情，把事故消滅在萌芽狀態，良好及時的報警機制是必不可少的。在罐區安裝可燃氣體探測儀表報警器、溫度傳感器以及手動報警系統。可燃氣體報警器實時監測著整個庫區的可燃氣體濃度，并且將濃度信號實時傳送給各個子站系統，通過光纖以太網傳送至中央控制室上位機系統，濃度高報警時提示操作人員做出正確的處理。可燃氣體探測對火災的預防起到了至關重要的做用，庫區一般都會儲存原油、柴油和汽油。汽油是一種極易揮發的油品，在輸送的時候都有可能會有油氣的產生，儲罐或管線泄漏的地方都有可能揮發出油氣。高濃度的油氣極易發生爆炸或者火災，及時發現及時處理是避免火災發生的有效手段。

柴油、汽油以及揮發出來的油氣都是極易燃燒的，可燃點都很低，所以要保持適宜的溫度，在我國大部分地區的夏秋季節中午的溫度都很高，被陽光直接照射的油罐溫度更高，及早的發現高溫適時將油罐降溫也是避免火災發生的必要條件，每個油罐上的溫度傳感器可以把每個油罐的溫度實時傳送到消防自動化系統，溫度高報警時提示操作人員做出正確處理，溫度高高報警時消防系統自動打開消防水閥噴水降低油罐的溫度。庫區安裝手動報警器，對可燃氣體報警器和溫度傳感器更進一步起到保護作用，當巡檢人員發現異常，通過手動報警器將信號傳送給消防自動化系統，手動報警時提示操作人員做出正確處理，一鍵啟動按鈕能夠及時將罐區滅火系統自動啟動。

4 消防自動化罐區滅火系統

罐區發生異常或火災時消滅就要用到滅火系統，主要設備是消防水和泡沫液，這部分內容大體上分為三部分，一是消防泵站和消防水罐，二是消防泡沫站，三是消防管線和閥門。

4.1 消防泵站和消防水罐

消防泵站為消防系統提供壓力穩定的水源，一般要配備幾個水罐。消防水泵啟動的數量將根據自動化系統壓力程序判斷自動啟動，由壓力來自動控制，保證消防管線有足夠的壓力。只有壓力足夠大才能保證在用水時有足夠的水量。對于多臺水泵將設計成不同壓力等級下不同水泵工作的工況。壓力越低啟動的泵的數量就越多，隨著管道壓力的不斷升高消防水泵依次停止。對于臨界壓力下將啟動備用水泵，管道壓力采用壓力變送器進行測量，將信號送至PLC系統，PLC系統自動控制水泵啟停，這樣才能保證緊急情況下做到萬無一失了。

4.2 消防泡沫站

消防泡沫站是生產泡沫液的地方，在使用時由泡沫站輸出化學藥品，由消防水的壓力帶動水輪機自動運轉，將消防泡站的沫液輸出到泡沫管線。油庫分布有三個泡沫站，各個泡沫站的管線與罐區全部連通。

4.3 消防管線和閥門

消防管線包括主管線和進罐管線。在泡沫主管線和各個進罐管線上都安裝電動閥，保證在用泡沫液時能夠保證泡沫閥自動打開向事故發生地噴灑。在正常情況下泡沫主管線上的電動閥都是常開的，各個進罐的泡沫管線和消防水管線上的電動閥都是關閉的。在罐區外圍上每隔一段距離還配有消防水栓和泡沫液消防栓用于手動消滅火災或其他消防事故。

5 消防自動化系統控制方式

中央控制室上位機的消防自動化系統監控主畫面主要由罐區系統監控畫面、消防水系統監控畫面和泡沫站系統監控畫面三部分內容組成，各畫面設備布置與現場設備布置完全一致直觀清晰。

為了保障消防自動化系統安全穩定運行，系統設計有就地控制和遠程控制兩種控制方式，就地控制指操作人員在就地手動控制閥門的開關，水泵的啟停，遠程控制指操作人員在控制室自動控制閥門的開關，水泵的啟停，或程序根據罐區火災地點自動控制閥門的開關，水泵的啟停。就地控制指在電動閥門就地控制柜和閥門本體上進行手動操作，水泵在電氣MCC柜面板上面進行啟、停操作。遠程控制指在中央控制室上位機進行操作，遠程控制有2種方式，點操控制和自動控制。點操指鼠標點擊監控畫面的閥門彈出對話窗口進行操作。自動控制指TK1罐發生火災，鼠標點擊TK1罐“啟動“按鈕，彈出對話窗口”TK1發生火災了嗎“，點擊“否”按鈕對話窗口關閉，如果點擊“是”按鈕將彈出對話窗口，“真的確認TK1發生火災了嗎”，將進行二次確認，點擊“否”按鈕對話窗口關閉，點擊“是”按鈕，系統自動打開進水閥和泡沫閥同時自動關閉相鄰罐組的總管泡沫閥及啟動消防泡沫站系統。系統運行狀態通過顏色進行顯示，當TK1罐進水閥開到位TK1罐顯示綠色，TK1罐泡沫閥開到位TK1罐顯示紅色，如果進水閥和泡沫閥都開到位TK1罐顯示紅色。其它罐組顏色顯示一致。閥門監視狀態“紅色”開到位，“綠色”關到位，”黃色”故障報警，”蘭色“開或關信號均無狀態。系統設計聯鎖嚴謹，避免誤操作。

6 消防自動化分系統調試和驗收

自動化系統安裝、調試和驗收完成經過3個月的周期、整套自動化系統經過2個月的調試和1個月的試運行，以及經過多次模擬和在線試驗后順利驗收，滿足設計和運行要求。安全和保護裝置動作正確，符合技術規范和合同要求。其中儀表投入率達到100%，聯鎖保護投入率達到100%，系統安全穩定運行達到當初設計要求。消防系統自動化程度高，減少人員的投入，提高工作效率和準確率。現場各儀表檢測參數異常和設備參數指標超標，系統根據儀表測量數據，通過PLC中央處理器快速計算，及時作出反應，當有異常時根據參數的安全等級，提供聲光報警給運行人員采取相應的措施，或者根據參數報警的重要性系統自動計算、比較和判斷作出靈活的處理并作出響應，讓設備安全的停運，運行人員的手動操作系統設置有操作記錄文件，供系統出現誤操作引起設備故障時可提供記錄查詢。

7 結語

油庫的消防自動化系統經過監理公司、業主主管部門和國家消防部門聯合下的多次離線、在線啟動檢測和聯鎖試驗驗收，直至投運生產運行，實踐證明自動化系統為油庫的安全生產發揮了很大作用，能夠保障罐區設備安全生產，減少運行人員配置減輕人力資源成本，系統安全可靠，自動化程度高，無需人工干預一鍵啟動能夠解決油罐降溫和發生安全事故狀態及火災的滅火過程。

參考文獻：

[1]劉澤詳.現場總線技術[M].北京：機械工業出版社出版圖書，2011.

[2]張培志.電氣控制與可編程序控制器[M].北京：化學工業出版社，2007.