大型成品油油庫消防自動化系統的集成與維護

陳 相

〔中國石化銷售股份有限公司華中分公司 湖北武漢 430000〕

某大型成品油油庫罐區地處長江經濟帶區域，毗鄰某大型煉油廠，總庫容19萬m3，是某骨干管網輸送的首站。該油庫通過管道與輸油碼頭相連，負責區域范圍內主要成品油市場供應和調節，其安全可靠性要求意義重大。按照相關規范的設計要求，在罐區內設有多種消防系統以維護罐區的安全，主要有：①消防給水系統。采用獨立的穩高壓消防水系統，穩壓泵設定壓力0.75 MPa，同時設有1座3 000 m3的專用消防水罐，設有3臺水泵和1臺穩壓泵；②水噴淋冷卻系統。在罐壁周圍設置了水噴淋消防冷卻系統；③泡沫滅火系統。采用平衡壓力比例混合泡沫滅火系統，采用液上噴射泡沫的滅火方式。另外，罐區還設有可燃氣體報警器和手動報警器、全覆蓋多視角視頻監控系統。

1 原消防系統存在的問題

該罐區依山而建，消防值班室與工藝集中控制室布置距離罐區較遠，緊急情況下難以實現第一時間應急處置。儲罐泡沫系統共有48個DN100球閥，冷卻噴淋水系統有32個DN150球閥，均為手動控制，一旦發生火災，需要應急人員到現場逐個打開閥門，不僅存在人身傷害風險，同時由于油庫值班人員較少，開啟閥門工作量較大，難以滿足初期火災撲救要求。

根據千例油罐事故類型分布統計(見圖1)，浮頂罐在運行一定時間后，由于浮盤密封老化、磨損等原因，不可避免地存在油氣逸散，一旦遇上點火源，將造成火災事故。因此，火災事故占油罐事故的42.4 %[1]，是主要的油罐事故。成品油是易燃易爆液體，具有燃燒速度快、火勢兇猛、輻射熱強、擴散快等特點，火災危險性極大。由此可見，在大型成品油罐區運行和管理工作中，為保證大型油罐及罐組安全，必須提高油庫的消防系統自動監控水平和處置水平。

圖1 千例油罐事故類型分布統計

2 消防系統自動化集成的實施

消防系統自動化集成主要滿足油庫日常消防管理和應急狀態下的快速、準確處置要求，應用了自動化控制與通訊、數據庫技術。通過因特網絡將消防水、泡沫系統、可燃氣報警器、手動報警器進行系統集成。通過工業現場組態軟件對各種設備和協議支持的優勢，實現了多種協議的支持和現場設備通訊與實時數據采集、控制等功能，為油庫的消防監測提供支持。

拓撲圖如圖2所示。

圖2 消防自動化集成拓撲圖

消防自動化集成系統由消防操作站、消防PLC控制站及現場儀表組成。消防操作站設置在綜合樓中心控制室內，用于顯示消防控制流程、儀表參數，監測消防系統的運行，執行控制過程的操作指令，完成數據存儲及各種管理報表的查詢、打印。

在消防泡沫站旁新建現場機柜間，將消防PLC控制站設置在現場機柜間內，由冗余CPU處理器、冗余配置的接口模塊、過程I/O及功能模塊組成，用于實時采集現場儀表返回的信號及狀態，并對消防自動設備進行程序控制，實現消防監控和管理。

在石油庫現有消防管線上安裝開關型氣動球閥(閥體利舊)，消防系統實時檢測閥門狀態，并根據系統指令對閥門的開關進行控制。在石油庫現有2個罐組的消防水管網各設置壓力變送器1臺，在新增3處供氣管線末端增加3臺壓力變送器，信號上傳至消防PLC控制站，以實現消防管網及供氣管線的壓力遠程監控。

在12座儲罐頂部設置光纖光柵感溫系統。探測系統主要由光柵感溫探測器、光纖光柵信號處理器及探測器連接光纜組成，如圖3所示，采用光纖光柵為測量單位，多個檢測單元之間相互串聯，形成檢測系統。主要檢測油罐現場環境溫度，實時傳遞溫度值和火災信息給信號處理器，安裝在拱頂罐頂，設置一周光纖光柵感溫探頭，實時檢測各油罐溫度的異常變化。光纖光柵系統機柜設置在現場機柜間內，對儲罐溫度信號進行主動監測，光纖光柵信號處理器通過RS-485接口將溫度信號傳輸至消防PLC控制站，在綜合樓中心控制室消防操作站上可對罐壁溫度進行連續監測，當溫度超限報警后可自動提示工作人員，并與消防系統聯鎖。

圖3 光纖光柵感溫火災探測系統局部示意圖

通過串口服務器將火災報警系統接入網絡，通過網絡將火災報警系統及工業電視監控系統接入消防遠程控制系統，實現聯鎖、聯動。

3 系統維護及故障處置

火災自動報警與PLC自動控制相結合的監控模式，使系統監控的智能化程度大為提高，其報警及滅火控制功能更為先進，有利于從本質上確保安全。

3.1 系統維護

消防自動化系統由于其特殊性，要求其具有極高的可靠性，否則關鍵時刻無法使用，將造成災難性后果。因此，日常維護工作就顯得極為重要。日常管理過程中，堅持巡檢時對PLC機柜間進行仔細檢查，觀察是否存在故障報警信號。每班對不同區域內的消防水氣動閥門進行遠程、就地和機柜間三種模式的操作，測試系統報警音。檢查煉廠來凈化風系統、消防水系統壓力是否正常，冬季時每班在凈化風系統最不利點進行脫水，依據溫度變化定期對地上消防水系統進行活線防凍操作。

3.2 運行過程中的主要故障

在運行初期，仍然存在一定故障，主要體現在：①光纖光柵感溫火災探測系統誤報率較高，誤報后導致自動噴淋動作，從而引發消防水系統壓力降低后主泵啟動；②消防水、泡沫系統氣動球閥無法動作，在消防演練中多次發生該類現象。

3.3 故障原因分析及處置

3.3.1 光纖光柵系統故障及處置

光纖光柵感溫火災探測系統型號為TGW-380D，包括感溫火災探測器和火災探測信號處理器。探測器中探測單元環境溫度發生變化時，由探測單元保護管經導熱感溫元件傳導到測量光柵，導致布喇格波長發生變化。火災探測信號處理器通過探測此波長的變化獲得環境溫度，從而達到溫度傳感的目的。

光纖光柵感溫探頭分別布設在各個探測點上，感溫傳感信號通過光纖和波長解調系統送到計算機中進行判斷處理。波長解調系統為光纖光柵溫度監測報警系統的解調部分，包括寬帶光源、光分路器、標準恒溫解調器、波長調節設定單元、光探測器以及相應的電子電路，能夠可靠地實現現場信號實時檢測，同時輸出兩級報警控制信號。

以經常出現誤報的107號罐為例，在探測器主機VGA接口接上顯示器，對應通道波形顯示如圖4所示。

圖4 維修前107號罐通道示波圖

正常波形掃描波上升沿和下降沿波為10個以上(包括8個探測器光柵和2個自檢光柵)，零點位置整齊適合。但該通道僅有5個上升沿和下降沿，一個波形的上升沿和下降沿出現重疊，零點位置不規整，有疑似電路噪聲或光柵旁伴噪聲。

調整其對應通道光電接收單元電位器，分別用來調整放大器的零點和增益(放大倍數)，波形無明顯改善；對光纖接頭進行檢查，通過酒精清洗，故障依舊。采用沸水澆淋試驗，從起點向終點逐段排查，確定了斷纖或衰減嚴重線段，為保證一次性修復率，向前數一個或兩個感溫探測單元，將光纖截斷，換上經過檢測合格的感溫光纖光柵，接上后，通過儀表通電后預熱10 min，恢復正常，波形圖如圖5所示。

圖5 維修后107號罐通道示波圖

3.3.2 消防水、泡沫系統氣動閥故障及處置

在開展消防演練過程中，曾多次發生消防水、泡沫系統氣動閥不動作故障，存在較大的消防隱患。出現故障主要是兩種形式，一是所有閥門均無法控制，二是罐組個別閥門無法控制。針對第一種情況，重點檢查了從罐區I/O間到1016交換機的光纖，發現是光電轉換器工作不穩定，更換后沒有發生過該類故障。

針對第二種情況，通過對控制系統進行測試，加上每次故障僅發生在一至兩個閥門上，閥門改就地控制后故障依舊，排除了控制系統故障的原因。對煉廠來凈化風系統進行檢查，發現壓力達到0.5 MPa，是可以滿足氣動閥工作要求的，但在開閥過程中，風壓下降明顯，瞬間降低到0.2 MPa左右。通過排查發現，罐區距離煉廠空壓站距離較遠，采用DN50管線從主管接出，流量計處管線縮徑加上前后安裝閥門，整個系統壓降較大，管線低點沒有設置排凈口，凈化風中的冷凝水積聚后更增大了壓降。由于罐區采用穩高壓消防系統，消防水系統由于沒有循環流動，系統由于管道腐蝕，水中各類雜質較多，在球閥的球體和閥座之間沉積后引起閥門卡澀，加上凈化風系統壓降較大，多種原因共同作用下，導致開閥瞬間難以推動氣缸動作而打開閥門。找到原因后，主要采取了以下措施：①將流量計前后壓降較大的截止閥改為球閥，平時處于全開狀態，在管道爬坡段低點設置排凈閥，加裝空氣疏水閥；②每周在消防水系統最遠端消防栓進行放水試驗，將系統中的腐蝕產物等雜質排出；③制定每班閥門測試表，每周依次將所有閥門均做一次開關試驗，通過瞬時開關將密封面上的雜質進行沖洗；④對卡澀較為嚴重的閥門進行解體維修，將閥座密封材料更換為自潤滑性能較好的PTFE材料，減小開關所需扭矩。

通過各項改進工作的開展，一方面可以及時發現故障，及時處置，保證了消防設施完好備用率，另一方面也從本質上提高了設備可靠性，滿足了安全運行要求。

4 結束語

隨著安全和環保要求日益提高，通過消防系統自動化集成，不斷提升預警能力和快速處置能力已經成為一種趨勢。消防自動報警與PLC自動控制相結合的監控模式，使系統監控的智能化程度大為提高，其報警及滅火控制功能更為先進，設備本質安全程度更高，是石化系統消防安全理念的創新及發展。