淺談氣體檢測報警系統在炭黑生產的應用

周家兵，王 敏，許 娜，李慎永，李 偉

（山東耐斯特炭黑有限公司，山東 東營 257506）

0 引言

炭黑生產所使用原料油有煤焦油、炭黑油、乙烯焦油等，以及在炭黑反應生成炭黑、H2、CO、CO2、H2S、SO2等混合煙氣產物，煙氣經袋濾箱體濾袋過濾分離，炭黑進入后部造粒、干燥工段進行加工后進入炭黑成品料倉；炭黑尾氣經過袋濾箱體分離后，一部分輸送到炭黑尾氣干燥爐進行燃燒干燥濕法造粒炭黑，另外一部分輸送到熱電尾氣鍋爐燃燒，產生蒸汽發電或者外供產生效益。

在公司工藝過程中存在有毒、易燃易爆氣體工段如下：

1）原料油儲罐區域從原料油中揮發苯、甲基萘、二甲基萘等氣體。

2）炭黑生產使用的天然氣可能存在泄漏。

3）炭黑尾氣爐、熱電尾氣鍋爐，以及袋濾箱體可能存在尾氣泄漏。

4）熱電脫硫脫硝氨水罐區可能存在NH3泄漏。

5）污水處理場可能存在H2S氣體揮發。

為實現對以上有毒有害氣體的檢測，保障公司員工身體健康以及設備的安全，提前預知現場氣體濃度，做到及時報警，便于及時采取應對措施，通過與相關生產資質企業單位技術交流、招標、安裝、調試、投運，分批完成項目建設與落地。

1 系統描述

1）實時監測

按照氣體性質不同安裝相應氣體檢測儀表，按照規范要求設置現場測量儀表報警參數，現場儀表具有實時監測值和報警值功能，實時檢測濃度可在現場儀表液晶屏進行顯示。當測量值超過報警值，現場檢測儀表通過自身聲光報警器進行報警。氣體濃度及工作狀態、報警參數等通過485信號傳輸至區域控制層，報警控制器顯示、記錄、存儲，并通過485信號上傳GDS系統，由GDS系統匯總上傳工控機，由工控機進行數據處理，存儲并對超限的報警信號進行二次報警處理。

現場氣體報警檢測儀表，現場報警顯示是通過4mA～20mA傳輸氣體濃度至報警區域控制層報警控制器顯示，由報警控制器匯集并設置報警送GDS系統輸出送至工控機。

2）聲光報警

現場氣體檢測儀表實時檢測環境氣體濃度，變送器檢測濃度與設定濃度值比較。當超出設定濃度時，變送器自帶聲光報警，發出聲光信號。同時現場生產單位控制室（區域控制層控制器）GDS控制柜端同時發出聲光報警信號，并顯示其報警通道狀態及濃度值輸出報警開關量信號。中央控制室系統工控機主機彈出報警窗口及聲音提示，并可根據分組編程輸出報警開關量信號并在顯示器顯示位置、報警數值、報警位置等信息，工控機喇叭發出報警聲提醒相關操作人員處理下一步工作。

3）斷電保護

系統配套UPS不間斷電源，當外部電源故障時，由UPS電源供電，UPS可提供不小于2h斷電后，系統正常運行。

2 主要設備要求

炭黑生產各類有毒有害氣體以及易燃易爆氣體分布在公司的不同區域，具有明顯的區域特點。針對不同氣體合理選擇相應氣體檢測變送器實現氣體濃度檢測，氣體檢測儀表變送器也同樣具有區域特點。

1）儀表變送器選型

油罐區：原料油會揮發苯、甲基萘、二甲基萘等氣體，選擇PID光離子檢測方式變送器，量程：0ppm～1000ppm，精度5% F.S，響應時間≤5s，電源DC24V，信號4mA～20mA，IP67，ExdⅡCT6，OLED顯示，聲 光報警，CPA，EX，CCCF，ATEX，SIL2認證。

天然氣區域：連續擴散式采樣，催化燃燒檢測方式，量程0%LEL～100%LEL，精度3% F.S，響應時間≤5s，電源DC24V，信號4mA～20mA，IP67，ExdⅡCT6，LED顯示，聲光報警，CPA，EX，CCCF，ATEX，SIL2認證。

有炭黑尾氣泄漏區域：檢測CO，量程0ppm～72ppm，精度5% F.S，電源DC24V，信號4mA～20mA，IP67，ExdⅡCT6，LED顯示，聲光報警，帶CPA，EX，CCCF，ATEX，SIL2認證，高報警值為50%PC-STEL，高高報警值為PCSTEL，CO的PC-STEL為24ppm。

氨水罐區：檢測NH3，電化學檢測方式，量程0μmol/mol～100μmol/mol，精 度3% F.S，響 應 時 間≤5s，電 源DC24V，信號4mA～20mA，IP67，ExdⅡCT6，LED顯示，聲光報警，帶CPA，EX，CCCF，ATEX，SIL2認證。

污水處理區：檢測氣體H2S，電化學檢測方式，量程0μmol/mol～100μmol/mol，精度3% F.S，響應時間≤5s，電源DC24V，信號4mA～20mA，IP67，ExdⅡCT6，LED顯示，聲光報警，帶CPA，EX，CCCF，ATEX，SIL2認證。

2）報警控制器要求

可燃氣體濃度報警控制器——檢測氣體：可燃氣體，壁掛式，≥8路通道/臺，電源AC220V，輸入信號4mA～20mA，聲光報警，帶報警信號繼電器觸點輸出/通道，高報警值為25%LEL，高高報警值為50%LEL；有毒氣體濃度報警控制器——檢測氣體：萘、甲基萘、二甲基萘、H2S，壁掛式，≥8路通道/臺，電源AC220V，輸入信號4mA～20mA，聲光報警，帶報警信號繼電器觸點輸出/通道，高報警值為25%LEL，高高報警值為50%LEL，天然氣LEL為3.8%。

3）工業控制機及組態軟件

主流工業控制機滿足24h連續開機運行，顯示器24寸寬屏液晶，與中央控制室DCS操作站顯示器外形尺寸等相同，配套激光打印機一臺。組態軟件：NT2最大200點位信息化監控平臺軟件，實時濃度顯示，濃度曲線，歷史記錄導出，歷史實時報警記錄，平面示意圖層，報警燈及報警聲音提示（聲光報警器需要加控制模塊，電腦界面上的不需要增加音響即可），含USB轉485轉換器等。

4）變送器選型統計

① 輔助車間油罐區苯、甲基萘、二甲基萘等，數量：略。

② 炭黑車間爐前天然氣檢測，數量：略。

③ 炭黑車間天然氣減壓站 天然氣檢測，數量：略。

④ 熱電氨水罐區NH3，數量：略。

⑤ 熱電尾氣鍋爐CO，數量：略。

⑥ 炭黑袋濾箱體CO，數量：略。

⑦ 炭黑尾氣爐CO，數量：略。

⑧ 熱電污水處理H2S，數量：略。

3 安裝實施

1）按照圖1原理框架圖搭建公司有毒、可燃氣體報警系統，規劃報警控制器安裝數量以及安裝位置。

圖1 原理框架圖Fig.1 Principle frame diagram

2）根據公司有毒、可燃氣體可能泄漏位置設計儀表安裝點，如圖2。

圖2 現場氣體報警儀布置圖Fig.2 Layout of the on-site gas alarm

3）與合作廠家進行技術溝通交流，根據各廠家儀表及報警控制器共性點選型。

4）統計現場報警儀數量，結合各廠家確定每臺報警控制器最大接入儀表數量，確定報警控制器數量。

5）編制招標文件，招標。

6）中標廠家按照合同要求安裝、調試。

7）后期工程與原廠家同比價格議標續簽合同，供貨安裝、調試投運。

8）經三期合同實施，各工程完工，各系統運行狀況良好。

詳見圖3中控室操作站儀表測點實時數據及位置報警信息。

圖3 中控室操作站儀表測點實時數據及位置報警信息Fig.3 The real-time data and location alarm information of the instrument measuring points of the operation station in the central control room

現場安裝調試完成后，經過安全環保部門專業機構對氣體報警檢測儀進行現場標定投入運行，公司安全環保處邀請市安全環保部門進行檢查驗收，公司分批實施項目均獲得一次驗收合格。

4 結束語

氣體報警檢測系統項目的實施，需要與相關各廠家對其產品進行充分交流，了解各廠家產品常規技術參數、各廠家近3年銷售業績，以及廠家相關資質和3年財務狀況，篩選出3～5家進入深層次交流備選，并邀請各備選廠家來公司進行現場交流，溝通需求，編寫招標采購文件，各廠家按照業主要求進行選型，并針對業主提出方案進行優化，通過溝通尋找發現備選廠家對本工程重視程度以及合作意向。通過與各廠家深入交流并優化選型方案，平衡產品功能滿足生產需要，剔除不實和錦上添花功能，招標技術文件編寫相關要求全覆蓋滿足各家共同技術要求；打包招標技術協議進行招標，過程中對相關GB/T 50493-2019《石油化工可燃和有毒氣體檢測報警設計標準》，GB 3836.1-2010《爆炸性環境第1部分：設備通用要求》，GB 15322.1-2019《可燃氣體探測器 第1部分：工業及商業用途點型可燃氣體探測器》設計規范進行學習與理解，做到相關要求符合規范。

招標階段技術交流部分要充分交流，通過交流給相關承接公司機會充分展示，讓評委對各家企業有較深刻了解以及展示技術方案選型優點，便于對廠家亮點給予肯定和將來編寫合同技術規范時將中標廠家亮點編入規范中，如合作方南京艾伊科技有限公司產品部分特色就編至入合同技術文件中。

在現場安裝階段對施工隊伍進行三級安全教育，簽訂安全協議，對于現場動火、高空作業等特殊作業嚴格按照規范辦理相關安全手續并要求甲乙雙方監護，施工作業按照規范執行。

本文是經驗介紹，也是拋磚迎玉，通過對公司氣體檢測報警項目實施過程心得進行分享，選擇一款好產品能夠可靠檢測現場氣體濃度并能夠顯示、報警、記錄、打印，能夠及時發現異常情況發生，杜絕危險發生。為了使系統可靠運行，需要對現場氣體檢測報警儀以及現場氣體檢測報警控制柜進行每天例行巡檢檢查，出現異常問題及時處理；每年邀請專業機構對氣體報警儀進行標定，對不合格的儀表進行維修。中控室操作站操作工需關注操作站運行情況，出現聲光報警立即通知相關部門迅速檢查并排除異常情況，將異常消除在萌芽狀況。

1）通過對現場氣體檢測報警系統安裝投運，保障各設備可靠運行，檢測儀表能夠及時發現有毒、易燃易爆氣體泄漏并報警人工采取措施，杜絕事故的發生，將危險消除在萌芽狀態。

2）通過工程實施與合作單位密切協作，優勢互補，完美解決現場實際問題。

3）嚴格按照規范要求實施，甚至超規范要求實施是對公司安全負責。

4）企業安全、環保可靠運行，提升公司效益，為社會做貢獻。