最新標準對GDS 中有毒氣體的設置要求與消防控制GDS 配置方案

王 博

（北京石油化工工程有限公司西安分公司）

在石油化工生產過程中，不可避免地會產生大量可燃或有毒氣體， 這些氣體一旦發生泄漏，就可能引起火災、中毒等安全事故，更有甚者會引發工廠爆炸，后果極為嚴重。 因此，國家對石化行業安全生產的重視程度也越來越高，特別是涉及“兩重點一重大”的企業，更是國家安全監管部門重點監管的對象。 2020 年1 月1 日GB/T 50493—2019［1］正式發布，升級后的新標準對部分章節進行了修改和完善， 取消了強制性條文，提高了標準的可操作性。 筆者從工程設計的角度，對新、 舊標準 （GB/T 50493—2019 （新） 和GB 50493—2009［2］（舊））部分內容的差異和一些GDS的設計經驗進行總結。

1 GDS 的應用目的

隨著石化行業人員安全意識的提高，可燃氣體和有毒氣體檢測系統 （Gas Detection System，GDS） 在生產中的使用越來越廣泛，GDS 的設計也越來越受到重視， 因此GB/T 50493—2019 在開始的總則中描述：“為保障石油化工企業的人身安全和生產安全，監測生產過程及儲運設施中泄漏的可燃氣體或有毒氣體，并及時報警，預防人身傷害以及火災與爆炸事故的發生，制定本標準。 ”本條總則相比于GB 50493—2009，明確了制定新標準的兩個重要目的：一個是“監測”，另一個是“報警”，但對監測報警后的處理措施并未做明確要求， 因此在石油化工生產過程中，GDS主要起預警作用，后續的聯鎖處理手段還需根據相關專業要求和現場實際情況進行合理配置。

2 量程與報警值設置

新、舊標準對可燃氣體與有毒氣體的測量范圍和報警值都有明確規定，但新標準對有毒氣體的測量范圍和報警值的規定有明顯變化。

2.1 被測氣體量程

新、舊標準中對于可燃氣體測量范圍的規定沒有變化，仍然為0%～100%LEL，但是對有毒氣體的測量范圍重新進行了定義，并且增加了環境氧氣的測量范圍與線型可燃氣體的測量范圍。 目前，有毒氣體的量程選擇定義了4 種模式：最高容許濃度 （MAC）、 時間加權平均容許濃度（PCTWA）、短時間接觸容許濃度（PC-STEL）和直接致害濃度（IDLH）。

舊標準以MAC、PC-STEL 和IDLH 模式作為有毒氣體的量程選擇， 并且要求首選MAC，若無MAC 時再選擇PC-STEL，當無MAC 與PCSTEL 時最后選擇IDLH。 新標準引入了專業術語“職業接觸限值（OEL）”，重新定義了有毒氣體的測量范圍選擇方式，即“有毒氣體的測量范圍應為0%～300%OEL， 當現有探測器的測量范圍不能滿足上述要求時有毒氣體的測量范圍可為0%～30%IDLH， 環境氧氣的測量范圍為0%～25%VOL。 ”

化學因素的職業接觸限值分為MAC、PCTWA 和PC-STEL。 與舊標準不同的是，新標準明確了OEL 的優先級，即“確定有毒氣體的職業接觸限值時， 應按MAC、PC-TWA 和PC-STEL 的優先次序選用。 ”因此，新、舊標準對有毒氣體的測量范圍選擇方式有差別。

表1 列舉了3 種典型的有毒氣體在新、舊標準的測量范圍， 其中CO 按舊標準要求， 由于無MAC 值， 因此選擇以0%～300%PC-STEL 作為測量范圍，即0～90mg/m3；而根據新標準要求，需要選擇0%～300%OEL 作為測量范圍， 由于CO 無MAC 值，但是有PC-TWA 和PC-STEL 值，因此按優先級要求，選擇PC-TWA 作為測量范圍，即0～60mg/m3。 實際數據顯示，PC-TWA 的濃度值要求均低于PC-STEL，因此根據新標準，當有毒氣體無法查到MAC 時， 實際所設置的測量范圍比舊標準要小。

表1 有毒氣體測量范圍比較 mg/m3

在實際工程設計中，也經常會遇到一些OEL很低的有毒介質，使得目前大部分主流檢測器生產廠家都無法滿足測量要求， 此時就需要選擇IDLH 作為測量范圍依據， 如表1 中的氰化氫，MAC 為1mg/m3，若按300%OEL 作為量程，廠家就很難滿足要求。 因此，只能使用氰化氫的IDLH（56mg/m3），按30%IDLH（16.8mg/m3）設 置，這 樣一來大部分廠家都可以滿足要求了。

綜上所述，新、舊標準在有毒氣體測量范圍方面的主要區別是：舊標準有毒氣體的測量范圍選擇方式無優先級要求，并且主要在MAC 與PCSTEL 二者中選擇；新標準有了優先級要求，將范圍設在OEL 中，按OEL 的優先級選擇，即首選是MCA， 其次是PC-TWA， 最后是PC-STEL， 當無MAC 時，由于PC-TWA 的濃度值要求均低于PCSTEL， 因此對于這種情況新標準縮小了測量范圍，提高了檢測要求。

2.2 檢測氣體報警值

新、舊標準對檢測氣體的報警設定值都分為一、二級報警，其中對可燃氣體的一、二級報警設定值沒有變化。 但是針對有毒氣體，舊標準沒有對一、二級報警設定值做明確區分，通常參考別的規范或企業要求從嚴選擇，而新標準對有毒氣體一、二級報警設定值做了明確要求，即“有毒氣體的一級報警設定值為小于或等于100%OEL，有毒氣體的二級報警設定值為小于或等于200%OEL， 當現有探測器的測量范圍不能滿足測量要求時， 有毒氣體的一級報警設定值不得超過5%IDLH，有毒氣體的二級報警設定值不得超過10%IDLH。 ”同時新標準增加了對環境氧氣和線型可燃氣體測量報警設定值的要求。

GBZ/T 223—2009［3］也對有毒氣體報警值做了要求， 即預報值為MAC 的1/2 或PC-STEL 的1/2，報警值為MAC 或PC-STEL，通常可將預報值作為一級報警值，報警值作為二級報警值。

下面將通過4 個使用不同規范要求的實例對常用有毒氣體的報警值做橫向比較，詳見表2，可以看出，根據OEL 的優先級，當有MAC 時，按GBZ/T 223—2009 設定報警值比GB/T 50493—2019 要求更為嚴格，如H2S；當無MAC，并且PCSTEL 大于兩倍的PC-TWA 時， 按GB/T 50493—2019 設定報警值比GBZ/T 223—2009 的要求更為嚴格，如氯乙烯；當無MAC，并且PC-STEL 與兩倍的PC-TWA 相等時， 按GB/T 50493—2019設定報警值與GBZ/T 223—2009 的要求一致，如丙烯腈； 當無MAC， 并且PC-STEL 小于兩倍的PC-TWA 時， 按GBZ/T 223—2009 設定報警值比 GB/T 50493—2019 的要求更 為 嚴格，如CO。

表2 有毒氣體報警值比較 mg/m3

在工程設計中，有毒氣體的報警設定值可嚴于標準要求，因此對有毒氣體的一、二級報警設定 值 可 依 據GB/T 50493—2019、GBZ/T 223—2009 或企業要求從嚴選擇。

3 系統設置

根據GB/T 50493—2019 以及安監總管三［2014］第116 號相關管理部分的要求，GDS 應獨立于其他系統設置，如DCS、SIS 等。 通常GDS 既不需要取得SIL 認證， 也不需要取得消防產品型式檢測報告。

目前，國內各石油化工企業對GDS 的選擇也不盡相同。 一些企業采用DCS，一些企業采用專用的氣體報警控制器，還有一些要求高的企業則采用SIS。 對于GDS 最終采用的形式，還需要根據工程項目的具體要求進一步具體分析。 如：一些大型石油化工裝置，全廠需要集中監測，氣體探測器數量較多時可采用DCS；一些規模較小的裝置，氣體檢測點數相對較少時可采用性價比較高的專用氣體報警控制器或小型PLC 等，這樣既能滿足業主節省投資的要求，又能從本質上實現GDS 應有的安全功能。

當可燃氣體檢測信號參與消防聯動時，需要采用符合GB 16808—2008 《可燃氣體報警控制器》相關要求并取得消防產品型式檢測報告的專用氣體報警控制器。 通常在GDS 中，有可燃氣體檢測器，也有有毒氣體檢測器，其中參與消防聯動的可燃氣體檢測器數量相對較少，這就需要根據裝置規模、氣體檢測器數量等因素綜合考慮， 來判斷是對整個GDS 取得消防產品型式檢測報告，還是僅對參與消防聯動的可燃氣體檢測器取得消防產品型式檢測報告。

當氣體檢測器信號作為SIS 輸入時， 檢測器需根據SIL 定級獨立設置，并符合GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表系統設計規范》的有關規定。

值得注意的是， 新標準中新增了一項內容，即“可燃氣體的第二級報警信號和報警控制單元的故障信號應送至消防控制室進行圖形顯示和報警。 可燃氣體探測器不能直接接入火災報警控制器的輸入回路。 ”本條依據來源于GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》［4］中關于可燃氣體探測報警系統的要求。

可燃氣體檢測本就屬于火災自動報警系統中的一項內容，只是長期以來，國內設計院或工程公司的可燃氣體及有毒氣體檢測報警、火災自動報警的設計是由不同專業完成的，可燃氣體和有毒氣體檢測報警由儀表專業負責，火災自動報警由電信專業負責，并且兩個專業在監控系統的設計方面也存在差異。 因此，可燃氣體的二級報警信號和報警控制單元的故障信號送至消防控制室進行圖形顯示和報警，也有利于消防部門及時獲得相關信息。

目前，可燃氣體的二級報警信號和報警控制單元的故障信號送至消防控制室主要通過3 種方式實現：

a. 分別將各可燃氣體檢測器的二級報警信號和報警控制單元的故障信號通過硬接線方式從GDS 輸出到火災報警控制器，并在火災系統的圖形顯示裝置上顯示；

b. 以通信方式將各報警信號送至火災報警系統并在火災系統的圖形顯示裝置上顯示；

c. 單獨設置一臺GDS 操作站， 設置在消防控制室進行圖形顯示及報警。

以上3 種方式中，方式a 會大量占用GDS 系統的輸出通道和火災報警控制器的輸入通道，當生產裝置規模小并且檢測器數量較少時可以選用， 如果規模大并且監測點多時就不太合適了；方式b 采用通信方式，節約了成本，也比較便捷，只是由于不同專業的設計理念不同，在火災報警圖形顯示裝置上的可燃氣體報警顯示不夠直觀，無法直觀區分檢測器報警的位置；方式c 采用獨立的GDS 操作站，可以直觀地在操作站上看到裝置布置圖中各位置的氣體檢測器的報警狀態，并且不再占用火災報警系統資源， 各系統相對獨立，唯一成本是設置了一臺GDS 操作站，適合大型化工生產裝置并且監測點較多的情況。

4 結束語

可燃氣體和有毒氣體的檢測和報警是石化生產裝置安全設施的重要組成部分，是保證人身安全的重要手段。 新標準的完善與實施，有利于提高國內可燃氣體和有毒氣體的檢測和報警水平，提升設計的規范性，保證裝置方案的合理性和科學性。 筆者通過分析氣體的測量范圍和報警值的設定，介紹了GDS 的配置方案，可為工程設計和企業應用提供參考，相信在不久將來，石化裝置GDS 的設置會越來越完善，GDS 也將更好、更充分地發揮其應有的作用。