可燃有毒氣體報警儀系統設置現狀及應用分析

許又滟潔

摘要：隨著社會經濟的不斷提升，促使我國化工行業得到發展，社會各行各業開始大范圍應用一些易燃、有毒氣體，如果在其生產、運輸、應用環節出現問題，將導致氣體泄漏，進而造成中毒、爆炸等災害。因此，可燃、有毒氣體報警儀的作用就突顯出來。本文主要根據報警儀系統設置來探討存在的不足以及實際應用產生的問題，并以此提出了幾點意見。

關鍵詞：可燃有毒氣體報警儀 系統設置 現狀 應用

可燃有毒氣體報警系統簡稱為GDS系統，具備實時監測、預警處理、遠程控制、設備管理多功能一體化特點，能夠對廠區危險氣體泄露現象進行監測并實現智能分析與報警，同時報警方式多樣化，相關工作人員在注意后能夠及時處理。為使GDS系統具有高可靠性和在技術上達到國內領先水平，在系統設計上，應遵循技術先進、功能豐富、易于維護、使用方便的原則，對系統進行整體設計和實施。

1 GDS系統的設置規范

GDS系統設計主要遵循GB/T 50493-2019和原國家安全生產監督管理總局發布的《關于加強化工安全儀表系統管理的指導意見》執行，其中相關文獻規定，GDS系統設置應獨立存在，以及可燃、有毒氣體報警系統在發揮檢測與報警功能時，生產控制儀表不對其產生作用。就化工廠裝置的特點與規模，文獻中規定了可燃有毒氣體報警儀的系統設置標準，具體如下。

（1）GDS系統應與FAS（火災報警）系統相合并，目前一些工廠在可燃氣體報警系統的設置中，GDS與FAS處在不同的控制系統中，相關的硬件軟件是獨立設置的，而將GDS和FAS合并設置的工廠較少，普及力度小。通常可燃有毒氣體探測器、現場報警器、控制單元等是組成可燃氣體檢測系統的基本構件，從結構來看，GDS系統功能僅用于報警，聯動設備不屬于GDS組成部分。相關條約規定，可燃氣體探測報警系統需獨立存在，并且在火災報警系統內安設的可燃有毒氣體探測器，不能以直接形式接入，需要先獲取到報警信號后，再接入自動報警系統^[1]。

（2）報警指示設備的控制器類裝置也應相對獨立。現階段，大多數工廠以及相關裝置，習慣于使用PLC、特定的可燃有毒氣體檢測儀來作為GDS控制器，這一定程度上降低了成本消耗，但功能有所限制，對于大型聯合性工廠更加適用。

（3）使用通用模擬儀表作為指示報警裝置，這種方式比較符合相關的規范標準與文件要求，不過對于將現場儀表機柜室和中心控制室融合的工廠并不適用。如果GDS系統中的顯示報警裝置用常規儀表來代替，就需要在工廠中設置中心控制室，但其遠離生產設備，同時儀表信號范圍限制，難以有效通過儀表信號來檢

測生產設備現場存在的可燃有毒氣體，并將其傳遞到GDS報警顯示設備中。具體設計時要確保生產環節具備安全性、性價比等特點，針對系統中的程序編輯控制器、集散控制系統、安全儀表系統等要合理進行設置，保證GDS獨立。如果工程建設規模較大，使用GDS系統時涉及較多的檢測點數、火災報警點數，對消防和聯動控制存在一定要求時，考慮設計F&GS。

1. 在合并設置GDS與控制系統時，應獨立設置輸入、輸出卡件，這種配置在使用后能夠顯現出較好效果，同時具備一定的經濟性。不過屬于獨立設置，其中，安監總管三[2014]116號文件中對其設置有爭議，具體表現在GDS在DCS中如何設置的問題，如果DCS控制器出現故障，GDS是否還能維持穩定功能。

（5）如果檢測的有毒可燃氣體信號將作用到SIS系統中，應為其設置獨立的探測器，探測器輸出信號應送至相應的安全儀表系統，并且接收信號的SIS系統要有對應的功能。探測器的硬件配置應滿足《石油化工安全儀表系統設計規范》GB/T 50770有關規定。此規定說明GDS系統不需取得SIL認證，如果探測器信號用于安全儀表系統，應該獨立設置^[2]。

（6）如果檢測到可燃氣體二級信號或報警單元出現故障信號，需要在消防控制室完成報警以及顯示圖形的功能，火災報警控制器中的可燃氣體探測器在接入時不能直接與輸入回路相連。另外，相關規定說明，如果GDS系統不接入消防聯動只發揮警示報警作用，只要選擇以微處理器為核心的電子產品作為報警控制單元即可，如果GDS系統中可燃氣體檢測器信號需用于消防聯動，則報警控制單元需要得到CCCF認證，同時將信號傳輸至消防控制室。

2 GDS系統設計與改造建議

GDS能夠測量出特定環境存有多少濃度的可燃有毒氣體，并通過聲光報警來提醒相關技術人員、管理人員。GDS由可燃有毒氣體探測器、報警控制器及聲光報警設備組成。在石油化工行業應用廣泛，此系統很少被用來做聯動應用，絕大多數主要被用于報警。可燃有毒氣體探測儀多用于檢測濃度方面的工作，由于制造技術、探測器功能、所處環境存在不同，進而導致可燃有毒氣體探測儀存在誤報、漏報的情況相比溫度、流量等儀表更多一些，因此GDS系統受外部條件影響程度大。GDS不能作為故障安全儀表系統使用，其功能僅用于報警。與SIS系統相比，GDS無法起到防止可燃氣體出現或確保施工生產等過程安全的作用，同樣不能減低過程風險，基于這些原因，GDS不需要通過SIL等級進行衡量^[3]。

本文主要以某項案例來分析GDS系統設計思路，內容如下。首先，企業所使用的GDS系統與PLC系統公用，觀察系統結構發現，CPU冗余、獨立I/O卡件、環形網絡結構，可燃及有毒氣體探測器的供電電源選擇冗余直流電源，通過電源分配器供電。現階段存在電氣側短路現象，導致交流切換器空跳、PLC系統電力流失、GDS實效，現場CO濃度無法實現有效檢測，應急處置工作受到制約，并且不久前曾出現CO泄漏現象。

從系統結構來看，冗余配置要求得到滿足，不過不足有以下兩點。其一是電源系統缺乏可靠性，雖然電源可分為UPS與GPS兩路，但系統實際只采用一路電源，如果電源開關切換裝置或I/O機架電源模塊受損，就會導致系統從整體上喪失功能。其二則是難以有效進行系統維護工作，GDS系統管理體現在安全設施層面，管理要求嚴格，在設計與改造GDS系統時，可以考慮以下幾點^[2]。

（1）獨立原則，GDS系統在建設環節需要滿足相關的標準規范，并且與分散控制系統、安全儀表系統相獨立，在選擇控制系統上依據原則可應用PLC系統、安全儀表系統等，同時能冗余控制器、電源等部件的DCS、SIS系統應被優先選擇。其中的I/O背板在選擇時也應具備冗余供電特點，選擇雙路電源進行供電，另外，I/O測點應根據風險分散原則來進行分布。（2）想要改造所使用設備的GDS系統，可以從以下兩點考慮。其一，GDS系統中如果存在DCS、SIS控制系統，且一起共用DCS系統，就不需要改動，如果控制站接收信號來自可燃、有毒氣體，應強化管理級別。其二，如果PLC系統不具備冗余特點，特別是網絡、電源等部件，應實施整改工作。（3）是否使用SIS系統，需要通過SIF辨識，具備SIF功能，SIS系統在采用后應保持獨立。不要過分注重節約經費而只用特定的SIS系統來檢測所有的可燃有毒氣體信號。因為GDS與SIS并不在同一個保護層中，而相關規定中有描寫有關安全保護層的具體內容，GDS系統層次位于儀表減災層以及工廠應急響應與撤離層次，在設備檢修環節或故障時功能依然運行，對人員救援、應急、撤離工作進行指導，所以不可混用SIS系統，但能夠通過SIS系統來實現GDS系統，如果系統不存在SIF功能，可采用DCS、PLC等系統^[4]。

3 應用管理

3.1常見問題

（1）現階段存在較多的可燃有毒氣體報警儀生產商，導致市場上存在多種品牌報警儀，并且質量不一，一些儀表有嚴重的零點漂移現象，造成信息誤報，同時難以替換與儲備備件，因此在規劃環節選用產品應盡量品牌統一。日常工作環節需要按期檢定報警儀，記錄檢定臺賬，同時不定期校準。

（2）在應用時常出現要區分報警聲音的問題，在DCS中很常見，即為區分生產過程的報警與氣體報警儀聲音，最后報警提示功能沒有發揮效果。

（3）分布圖設置存在問題，畫面未集中。報警儀在各流程中分散存在，同時未畫現場分布圖，畫面位置不能真實顯現出現場測點部位，操作人員在具體查看和做應急處理時受到阻礙。

（4）報警值不合理。工廠裝置氣體報警值設置不合理，氣體日常濃度一直處于報警狀態，進而儀器長期報警，導致工作人員思想麻痹，無法辨認真實危險^[5]。

3.2選型與安裝

應選擇安全、先進、可靠且性價比高的報警儀檢測器，且制造、防爆、消防性能合格，同時確保其已被國家相關機構的計量器具認證。而一般會通過光學方法、電化學法來檢測，確保檢測器與被測介質相適應。

安裝檢測器的環境需要遠離陽光直射或灰塵，如果檢測器在使用時面臨惡劣環境，需要做好保護措施，同時確保選型、安裝符合標準。通常筒倉內部經常出現泥狀物，容易腐蝕儀表密封圈，因此應選擇分離式儀表。

3.3設定報警值

可燃有毒氣體檢測系統根據相關規定宜采用二級報警，其級別優于一級報警，且同一級別的報警信號，有毒氣體報警具有優先權。GBZ/T 233-2009對報警值有明確的等級劃分，可以設置預報、警報、高報3級，至少可設定報警值與高報值2級，或設定預報值與報警值2級。另外還有規定表述，如果爆炸可能性在25%以上，要將其設定為一級報警值，爆炸可能性在50%及以上要設置二級報警值，爆炸下限的測量范圍為0%～100%。并且GB/T 50493-2019規定與GBZ/T 233-2009規定存在一定的差別。前者內容為：所設定的有毒氣體以及報警值要在最高100%允許濃度或短時間接觸容許濃度范圍以下，如果測量有毒氣體的范圍不在測量要求中，測量有毒氣體范圍可在0%～30%直接致害濃度。而二級報警值設定不能超過10%致害濃度值，常規二級報警為182mg/m?。后者標準規定：5.2.2預報值為GBZ 2.1所規定的MAC的1/2，5.2.3報警值為GBZ 2.1所規定的MAC值，無PC-STEL的物質，為超限倍數值^[6]。

在具體設定報警值時需要考慮有毒氣體毒性、事故后果、設備、工藝條件等多方面因素，確保報警作用的有效發揮。

3.4 GDS在應用場景中的設計探討

3.4.1中央控制室

可燃有毒報警系統在獨立設置后，如果存在較多的I/O控制點數，應采用PLC或DCS來發揮實時數據傳輸、記錄、發出聲光報警等功能，如果主要是根據生產車間或設備在控制室內分區擺放控制生產過程系統的上位機，GDS上位機也可以根據此規則進行布置，方便管理和操作。需要注意的是，GDS是通過專用聲光報警設備來接受傳輸報警信息的，因此應從GDS機柜的I/O中輸出觸發信號，而僅依靠上位機內置聲卡、屏幕、外接音箱來實現聲光報警則無法滿足要求。如果機柜室在各車間建筑物中布設，通常使用壁掛機來調節控制室溫度，不過隨著企業不斷擴大管理規模，中央控制室開始顯現出獨立形式，能夠更好地對溫濕度進行控制，在這種條件下應用GDS系統，應注意將控制室的空調機組封口靠近可能出現可燃或有毒氣體泄漏的位置，并在引風口位置設置探測器，引風管道所安設的切斷隔離裝置應和探測器實現報警連鎖。

3.4.2氣體分析儀小屋

在石油化工行業中明確地規定了氣體分析儀小屋的布設條件，而GDS設計規范中也要求了氣體分析儀小屋設置可燃有毒探測器的相關條件，以此避免發生爆炸現象，在其中如果氣體分析儀小屋設置的并不屬于密閉范疇的空間，依據具體情況可以省略設置GDS環節，但氣體分析儀在安裝后需要有人值班，為保證人員安全，防止出現通風不良而造成的安全隱患，還是需要設置GDS系統。

3.4.3不易確定泄漏點的開放式區域

現階段，對于一些需要使用GDS系統的工程，比如車間的硫化濃度區、廢渣儲存倉庫等，具有空間大、環境開放、不易查找有毒可燃釋放源的區域特點，加大了GDS系統設計的難度，通過實踐來看，可以采用一定的措施來有效改善這些設計問題，具體如下。

首先，將工藝流程與管理程序相結合，在類似操作平臺等常有人經過的區域，應設置GDS系統觀測可燃有毒氣體。其次，做到點線結合，在生產設備的周圍布設線型氣體探測器，結合點式探測器實現合理覆蓋被監測區域的目的。另外，工程應考慮為工作人員配置便攜式氣體探測器。最后，這種性質的區域可以將警報器設置在出入口位置^[7]。

4結語

企業、工廠在進行安全設施管理工作時需要保證可燃、有毒氣體報警儀能夠有效發揮報警檢測功能，為企業利益以及員工安全提供保障，同時這種設施能夠有效減災，加大救援的及時性。其中GDS系統在現階段的過程控制系統中應保持獨立運作功能，而SIS系統是否應用則需要根據實際進一步分析，現階段GDS系統設置以及安全保護措施存在問題，需要進一步改造，同時注意設定報警值時要保持慎重。

參考文獻

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