煉化企業GDS系統合規性改造

李 政，王海崗

（中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103）

0 引言

煉化企業以石油煉制和化工生產為主，生產過程高溫高壓，工藝介質有毒有害。生產過程中較易發生介質泄漏。為了預防生產過程中，可能泄漏的可燃氣體、有毒氣體產生人身傷害以及火災與爆炸事故的發生，必須設置檢測生產區域危險介質泄漏情況的可燃氣體、有毒氣體檢測報警設施[1]，即GDS 系統（Gas Detection System，以下簡稱GDS）。

GDS 系統通常由固定式可燃/有毒氣體檢測器、可燃/有毒氣體報警控制器、指示聲光報警器組成，如圖1。固定式氣體檢測器安裝在生產現場，可燃/有毒氣體報警控制器通常安裝在現場機柜間，指示聲光報警器通常安裝在有人值守的控制室或者消防控制室。對于工廠面積較小或者GDS 系統組成較小時，也有將可燃/有毒氣體報警控制器和指示聲光報警器都安裝在控制室或者消防控制室的[2]。

圖1 GDS系統構成示意圖Fig.1 Schematic diagram of GDS system structure

GDS 系統配置及系統部件的選擇要依據相關規范/標準來完成，同時要符合相關法律法規的要求。規范/標準中有些條文是強制性條文，必須執行。隨著社會發展和技術進步，這些規范/標準條文內容、法規要求也會適時修訂和調整。各級安監部門以及企業自身，依據規范/標準條文和法規要求來管理和約束煉化企業，不斷滿足生產安全的需要。

1 問題的提出

某煉化企業1500 萬噸/年煉油項目，2013 年設計建成[3]。生產過程控制采用了DCS 控制，控制系統采取CCR-FAR 方式布置。該企業各個裝置配置的可燃氣體、有毒氣體檢測器，及報警控制器的選型，GDS 系統的設置[3]，都符合GBT 50493-2009《石油化工企業可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》條文要求。

1.1 2009版規范/標準條文對GDS的要求

按照規范GBT 50493-2009 的條文5.3.2 第4 條規定：“當可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統與生產過程控制系統合并設計時，輸入/輸出卡件應獨立設置”。該條文說明指出，指示器和報警器可以獨立設置，也可以與其他儀表系統共用。指示報警系統可以是盤裝單元，也可以是專用的以微計算機為基礎的數據采集系統[4]。因此，該企業的GDS 系統可燃/有毒氣體報警控制器采用了生產過程控制系統（DCS）設備，GDS 控制器與生產過程控制用控制器共用，但輸入/輸出卡件單獨設置，顯示報警畫面單獨設置，獨立于生產過程控制。建成投用后GDS 系統一直工作正常。

1.2 “116號文”對GDS的要求

2014 年底，國家安監總局下發《國家安全監管總局關于加強化工安全儀表系統管理的指導意見》（安監總管三〔2014〕第116 號，以下簡稱116 號文）。該文件第四（十一）條，對GDS 系統配置提出明確要求：

第四（十一）條：嚴格按照相關標準設計和實施有毒有害和可燃氣體檢測保護系統，為確保其功能可靠，相關系統應獨立于基本過程控制系統[5]。

1.3 2019版規范/標準條文對GDS的要求

2019 年發布的GBT 50493-2019《石油化工企業可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》，依據“116 號文”要求，對GDS 系統設置相關條文做了修訂。其中5.4.1 條：報警控制單元應采用獨立設置的以微處理器為基礎的電子產品。條文5.4.1 說明中對此做了解釋：在可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統的工程設計中，需根據裝置的規模、業主的安全管理要求，生產裝置的檢測點數量和檢測報警系統的技術要求，綜合考慮氣體報警控制單元的設計方案。可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統與生產過程控制系統不能合并設計，是為了保證裝置生產過程控制系統岀現故障或停用時，可燃氣體及有毒氣體檢測報警系統仍能保持正常工作狀態[6]。

1.4 新版法規頒布后對企業的影響

在2020 年以來的各級相關安全檢查和行業檢查時，檢察人員多次對該煉化企業的GDS 系統配置合規性提出質疑，要求該煉化企業根據“116 號文”要求，適時對GDS 系統進行合規性整改，將GDS 系統從DCS 系統中獨立出來。所謂合規性整改，是對GDS 系統實施整改，保證GDS 系統從氣體檢測器選型、報警控制器設置到指示聲光報警器的配置都要符合規范/標準的要求[7]。2021 年7 月該煉化企業所在的當地應急管理局組織安全檢查時，明確指出煉油企業的GDS 系統配置不符合《國家安全監管總局關于加強化工安全儀表系統管理的指導意見》要求，需要限期整改。

2 改造方案選定

按照“116 號文”和GBT 50493-2019 的條文內容要求，該煉化企業的GDS 系統中的可燃/有毒氣體檢測器、指示聲光報警器都符合要求，只是在可燃/有毒氣體報警控制器部分不符合規定，因此需要把可燃/有毒氣體報警控制器部分改造成獨立于生產過程控制系統DCS 即可。

對GDS 系統中這部分設備設施進行合規性改造，需要按照GBT 50493-2019 要求進行。

在GBT 50493-2019 中，對報警控制單元有如下定義：

條文2.0.7 報警控制單元（alarm control unit）：接收探測器的輸出信號，顯示和記錄被檢測氣體的濃度，發出聲光報警信號，并能向消防控制室圖形顯示裝置等設備發送氣體濃度報警信號和報警控制單元故障信息的電子設備。可燃/有毒氣體報警信號參與消防聯動時，報警控制單元通常采用按專用可燃/有毒氣體報警控制器產品標準制造并取得檢測報告的專用可燃氣體報警控制器[6]。

對條文2.0.7 的條文說明：報警控制單元可以采用微處理器為基礎的電子產品，也可以采用專用的可燃氣體報警控制器。專用的可燃氣體報警控制器是指符合現行國家標準GB 16808-2008《可燃氣體報警控制器》質量要求且具有消防產品型式檢驗報告的產品[6]。

依據上述內容，對這部分的合規性改造可以有如下方案選擇[8,9]：

1）按要求選擇將指示報警設備改造成盤裝指示報警控制儀表。

2）按要求選擇將指示報警設備改造成壁掛式指示報警控制器。

3）按要求選擇將指示報警設備改造成單獨的PLC 或者DCS 設備。

鑒于該煉化企業的GDS 系統已經使用了DCS 單獨的輸入/輸出卡件、單獨的顯示報警畫面，綜合考慮改造成本、改造的難易程度以及后期的設備管理等因素，只要把GDS控制器和電源模塊部分從DCS 中獨立出來，即可符合“116號文”和GBT 50493-2019 的條文內容要求，這種改造方案簡單易行。

3 具體的改造方案

3.1 煉化企業煉油項目裝置

該煉化企業煉油項目裝置共包含：常減壓、輕烴回收、渣油加氫、MTBE、氣分、汽油加氫，產品精致、催化、連續重整、芳烴抽提、異構化、制氫、加氫裂化、焦化、硫磺、聚丙烯、煤油加氫、柴油加氫、儲運、空分空壓、供排水、碼頭等裝置。

3.2 橫河電機DCS[10]

該煉化企業各裝置的GDS 和DCS 系統采用橫河電機株式會社的CENTUM CS3000 控制系統（以下簡稱CS3000）。CS3000 具有功能強大、組態靈活、硬件可靠性強的特點，是一種通過專用實時工業網絡V net，將諸如人機界面站HIS、現場控制站FCS 等連接在一起，依靠在人機界面站和現場控制站運行相應的軟件，實現操作監視和控制功能的實時控制系統。典型的CS3000 控制系統架構如圖2。

3.3 該煉化企業GDS系統改造前系統狀況

該煉化企業煉油項目DCS/原GDS 系統共劃分為15 個控制域，分布在14 個機柜間（FAR01 ～FAR14），全部煉油裝置的可燃氣體、有毒氣體檢測器，按照對應的區域分布，進入相應的生產過程控制單元，進行采樣、指示、報警、記錄。GDS 和DCS 的控制單元合用一個，GDS 的I/O輸入卡件及組態報警顯示畫面與過程控制系統相應設備相對獨立。為了對可燃/有毒氣體檢測器進行獨立有效管理，符合新版規范/標準的要求，需將對應位置的氣體檢測控制單元單獨設置。

圖2 典型的CS3000控制系統架構示意圖Fig.2 Schematic diagram of typical CS3000 control system architecture

3.4 GDS系統合規性改造具體方案

通過統籌分析對比，該煉化企業選擇了在原有橫河CS3000 DCS 系統上進行改造。新增GDS 控制器和電源模塊，原接入DCS 控制器的GDS 的I/O 卡信號轉為接入新增的GDS 控制器，從而組成完全獨立的GDS 系統。

選擇這種改造方案具有以下幾個優勢：由于是在原有的控制系統上進行改造，企業人員對設備的技術認知上不需增加技術儲備；由于只是增加部分設備硬件，不需要購置軟件，改造的總體投資可控；由于改造不牽涉生產過程控制，可以隨時施工，改造的工期可控；改造新增加的設備硬件型號與原來的DCS 硬件型號完全相同，后期的維修維護管理上更加方便。

這樣的改造方案既能大幅度地降低采購成本，減少施工量，又能為完成改造提供時間上的保障，還有利于后期管理，確實是該企業的最優選擇。

改造前與改造后對比如圖3 和圖4。

3.5 GDS合規性改造過程

1）按照規范條文要求，增加獨立的GDS 系統控制器和電源模塊，集成在新增加的GDS 控制器機柜。

2）原有GDS 系統通訊卡件、I/O 卡件、進線電纜、機柜端子、端子板等利舊，其物理位置和接線不改動。

3）延長KS 數據通訊電纜，將DCS 系統機柜內的相應I/O 輸入卡件移接到新增加的GDS 系統控制單元節點上，滿足GDS 控制單元的獨立要求。

4）指示報警信號通過通訊卡及總線遠傳到CCR 的原來獨立的操作站指示報警。

圖3 GDS和DCS共用控制單元（改造前）示意圖Fig.3 Schematic diagram of GDS and DCS shared control unit (before reconstruction)

5）重新進行系統組態,下裝，整個GDS 合規性改造完成。

改造完成后，GDS 系統運行良好，改造工作得到了安監部門的認可，GDS 系統合規性整改成功。

4 結束語

安全生產不是一句口號，特別對煉化企業更是極大挑戰。為了杜絕事故發生，僅僅依靠工廠管理及人員的監控和監管，遠遠不夠。通過設置高效、穩定、靈敏的，符合規范要求的監控儀器儀表等設備設施，可以輔助企業監管設備的安全狀態和人員的安全行為。隨著社會發展，科技進步，技術規范標準不斷推陳出新，相應的監控設備設施也需要隨之進行合規性更新改造。

按照舊版本的規范標準設計建設的老企業，在新版本規范標準頒布實施以后，可以依托企業自身基本情況，結合新版本規范標準的技術要求，在多個適用的方案中選擇最有利于企業的改造方案，對設備設施實施合規性進行改造。通過煉化企業GDS 系統安全合規改造,企業的可燃氣體、有毒氣體泄漏自動報警系統，技術上符合新版規范標準要求，方案上也得到了完善，性能更加穩定，為企業人員生命和企業財產安全提供有力的保障。

圖4 GDS獨立控制單元（改造后）示意圖Fig.4 Schematic diagram of GDS independent control unit (after modification)