探討氨氣探測與水噴霧聯(lián)動控制的合理性及可行性

趙燕萍 呂雙波 楊軒

摘 要：目前有關液氨泄漏事故的預警、事故處理中關鍵環(huán)節(jié)大多還未實現(xiàn)自動化控制。在這樣的處理方法中，人員需要穿戴防護服，并從控制室到達泄漏點。一方面是貽誤事故處理的時機;另一方面是現(xiàn)場極易發(fā)生中毒事故。本文基于掌握有毒氣體探測報警系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)以及火災自動報警控制系統(tǒng)等相關規(guī)范要求的前提下，探索對泄漏點周圍進行有毒氣體濃度自動檢測，基于PLC原理，應用有毒氣體濃度探測信號，與集中火災報警系統(tǒng)聯(lián)動，進行報警并聯(lián)鎖啟動水噴霧系統(tǒng)。

關鍵詞：氨;泄漏;水噴霧;火災自動報警;PLC;聯(lián)動

1 基于PLC控制原理，氨氣檢測與水噴霧聯(lián)動啟動方案的工藝流程介紹

雖然液氨在各類企業(yè)中應用較多，但目前有關液氨泄漏事故的預警、事故處理中關鍵環(huán)節(jié)大多還未實現(xiàn)自動化控制。常用的做法是通過在氨泄漏點附近設置氨有毒氣體檢測報警探頭，實現(xiàn)現(xiàn)場泄漏檢測和報警的功能，并將報警信號傳輸?shù)紻CS控制室和現(xiàn)場操作室，人員接到報警信號后，通過手動啟動消防栓、水炮或者自動噴水、水噴霧系統(tǒng)進行處理。在這樣的處理方法中，人員需要穿戴防護服，并從控制室到達泄漏點。一方面是貽誤事故處理的時機，造成影響范圍擴大;另一方面是現(xiàn)場的事故處理人員極易發(fā)生中毒事故。如能對現(xiàn)場的手動水噴霧裝置的控制系統(tǒng)進行改造，和氨有毒氣體檢測信號進行聯(lián)鎖，在自動控制的情況下，可以節(jié)省事故處理時間和降低傷亡。自動聯(lián)鎖控制的工藝介紹如下：

1.1 氨有毒氣體探測報警系統(tǒng)

利用PLC原理，進行氨有毒氣體探測報警的設計理念為：發(fā)生氨氣泄漏時，安裝在保護區(qū)域現(xiàn)場的氨有毒氣體探測器，利用氣敏傳感器原理，將探測到的氨氣的濃度參數(shù)轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，傳輸?shù)桨庇卸練怏w報警控制器，控制器對接收到的氨有毒氣體濃度參數(shù)與設定值進行比對處理后，經(jīng)判斷，如為一級濃度報警（100%OEL或5%IDLH）[6]，則顯示并記錄發(fā)出報警信號的部位、報警時間、報警濃度信息等，同時，驅(qū)動現(xiàn)場的聲光警報裝置，發(fā)出聲光警報。如為二級濃度報警（200%OEL或10%IDLH）[6]，且同區(qū)域同時有2個及以上相互獨立的報警信號外，則除了一級濃度報警情況下的控制外，氨有毒氣體探測報警控制器將報警信號傳輸?shù)郊谢馂膱缶刂破鳌7]。

1.2 水噴霧系統(tǒng)聯(lián)鎖啟動控制流程

氨球罐屬于室外場所，結(jié)合《水噴霧滅火系統(tǒng)技術規(guī)范的要求》，本文探討以電動啟動方式進行自啟的水噴霧系統(tǒng)。其控制過程為：

集中火災報警控制器結(jié)合接收到的報警信號，進行邏輯分析后，輸出電信號打開水噴霧系統(tǒng)雨淋閥前的電磁閥，電磁閥開啟后，雨淋閥出水側(cè)壓力開關遠程啟動水泵。水流經(jīng)雨淋閥，充滿末端管道，經(jīng)水霧噴頭噴出。[4]

1.3 聯(lián)鎖控制的工藝流程

聯(lián)鎖控制過程的關鍵點，是將氨有毒氣體探測報警系統(tǒng)中探測報警控制器的輸出信號進行調(diào)試，使之符合火災報警控制器對接收信號要求。氨有毒氣體探測器推薦使用的為紅外氣體探測器[2][4]。從原理上，其聯(lián)鎖控制過程可以實現(xiàn)。聯(lián)動啟動方案的工藝流程如下：

2 PLC聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)上文所述，聯(lián)動控制系統(tǒng)主要由2個子系統(tǒng)組成：（1）氨有毒氣體探測報警控制系統(tǒng);（2）聯(lián)動開啟水噴霧的控制系統(tǒng)。

2.1 PLC聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的基本組成

PLC聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的基本組成如下：

2.2 PLC聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式及PLC的機型選擇

PLC的硬件結(jié)構(gòu)有整體式和模塊式，按照應用環(huán)境分，又可分為集中式和分布式。[1]根據(jù)適用范圍，氨有毒氣體探測報警系統(tǒng)和集中火災報警控制系統(tǒng)均選用整體集中式結(jié)構(gòu)形式。

在機型選擇方面，生產(chǎn)PLC的廠家很多（國內(nèi)外均有），可根據(jù)點數(shù)、容量、功能需求進行選擇。在本文論述的2個子系統(tǒng)中，PLC1選擇西門子S7-200系列。而需要聯(lián)動水噴霧啟動的集中火災報警系統(tǒng)，PLC2選擇西門子S7-300系列。

2.3 硬件構(gòu)成

采用S7-200和S7-300系列PLC組成控制系統(tǒng)的硬件。

S7-200的CPU模板需要完成氨有毒氣體泄漏檢測數(shù)據(jù)的輸入、存儲、數(shù)據(jù)比較、報警、定位和人機界面交互功能，實現(xiàn)模式為自動模式。

S7-300的CPU模板需要接收S7-200的報警輸出信號和定位信號，并完成對相應位置的水噴霧滅火系統(tǒng)的控制功能，以及人機界面交互功能。實現(xiàn)模式有手動和自動模式。

手動模式下，操作人員需到達電磁閥處，旋轉(zhuǎn)電磁閥的手動操作機構(gòu)，將電磁閥打開即可。此種操作模式只是水噴霧系統(tǒng)的一種手動模式，除了在電磁閥選型時，選用帶手動功能的電磁閥外，其他方面均不產(chǎn)生影響，不再分析。

自動模式下，S7-300的CPU模板完成信號處理和對水噴霧系統(tǒng)的控制。

CPU模板通過內(nèi)部總線與輸入/輸出模塊箱實現(xiàn)通信。CPU接收報警信號，并將需要開啟的位置信息通過總線傳遞給輸出模塊箱，經(jīng)變送后輸出，通電開啟電磁閥。并接收電磁閥、電磁閥后的壓力開關和水泵出口管上壓力開關的反饋信息，以判斷水噴霧吸收防護系統(tǒng)的執(zhí)行情況。

2.4 程序設計

PLC的軟件包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。采用整體式結(jié)構(gòu)形式的PLC，在出廠時，對于不同的品牌、型號，生產(chǎn)廠家對系統(tǒng)軟件已經(jīng)編制、打包。用戶只需要結(jié)合現(xiàn)場的控制目標，運用廠家提供的程序設計語言編制應用軟件即可，也可將自身的目標控制需求，由廠家編制應用軟件，進行安裝、調(diào)試后使用。

S7系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。智能型編程器采用計算機進行編程操作，將專用的編程軟件裝入計算機內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，由廠家的安裝人員進行編寫、調(diào)試后可以投入使用。

3 結(jié)論

液氨作為一種危險化學品，是很多行業(yè)的生產(chǎn)原料，對其可能發(fā)生的泄漏和毒害事故進行預警和自動化防護，在目前主要依靠手動報警和事故處理的實際情況下，不失為一種有效的事故預防和處理措施的進步與提升。本文立足于PLC控制系統(tǒng)的原理，認為氨有毒氣體探測與水噴霧吸收防護自動化聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的應用可以實現(xiàn)，而在實際應用中，企業(yè)需要實現(xiàn)的功能可能更復雜、具體，且該系統(tǒng)的核心——集中火災探測報警系統(tǒng)，作為企業(yè)全廠消防系統(tǒng)的控制中心，需要聯(lián)鎖控制更多的消防系統(tǒng)，因此，在進行全廠性設計和應用的時候，還需進行全局化考慮和設計。

參考文獻：

[1]周亞軍，張衛(wèi).電氣控制及PLC原理及應用.西安：西安電子科技大學出版社，2016.

[2]楊揚，陳亮.有毒氣體檢測報警系統(tǒng)的研究.科技風，2019.

[3]涂建煌，朱鵬.火災自動報警與消防聯(lián)動控制系統(tǒng)的主要電子設備探討.探索與觀察，2017.

[4]張曄.可燃有毒氣體檢測報警器安裝使用注意事項.中國計量，2015.

[5]中華人民共和國國家標準.水噴霧滅火系統(tǒng)技術規(guī)范（GB50219-2014）.

[6]中華人民共和國國家標準.石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測設計標準（GBT50493-2019）.

[7]中華人民共和國國家標準.火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范（GB50116-2013）.

作者簡介：趙燕萍（1985—），女，漢族，河南鄭州人，本科，中級工程師，安全評價師。