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石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范及应用-亚博国际
2018-03-21 14:21:43

摘要:针对可燃气体和有毒气体的定义,可燃气体检测点的设置范围,报警值的设定等,对GB50493-2009SH3063-1999标准的差异性进行了比较和分析。从工程角度阐述了GB50493-2009对可燃气体和有毒气体检测报警设计的新要求,实施新标准对工程设计的影响,着重介绍了现场声光报警器和气体报警监控系统的工程设计经验。在借鉴国内外监控系统设计方案的基础上,亚博国际对石油化工装置气体检测报警系统设置的概念和工程实施过程中遇到的问题进行了总结和分析。最后,对气体检测报警系统的安全度等级要求进行了探讨。

石油化工工业生产过程中大量使用易燃易爆和有毒物质,如何保证安全生产、环境保护和职业健康是石油化工行业的重大课题。本着“预防为主,防消结合”的方针,可燃气体、有毒气体的检测和报警控制在石油化工生产中一直受到高度重视。国家和石化行业的相关标准,如SH3063-1999《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》,都对可燃气体和有毒气体的检测和报警设计有明确规定。特别是2009年,国家根据发展需要颁布了GB-50493-2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》(以下简称新标准),并且部分条文为强制性条文,必须严格执行,由此可以看出国家对可燃气体和有毒气体检测和报警的重视。亚博国际从工程设计的角度,针对实施新标准过程中的经验进行了总结。

1可燃气体和有毒气体的定义首先需要澄清一个概念,不是所有的可燃气体和有毒气体都需要检测报警。新版本的标准都对需要被检测的可燃气体和有毒气体进行了明确的定义,但定义的范围有所不同,尤其是在有毒气体方面。

1.1、可燃气体

旧标准中定义可燃气体指“气体的爆炸下限浓度(V%)为10%以下或爆炸上限与下限之差大于20%的甲类气体或液化烃、甲B、乙A类可燃液体气化后形成的可燃气体或其中含有少量有毒气体”。新标准中定义可燃气体指“甲类可燃气体或甲、乙A类可燃液体气化后形成的可燃气体”。从字面看新旧标准对可燃气体的范围定义不同,旧标准将三种类型的可燃气体定义为需要检测;而新标准依据GB-50160-2008对可燃气体的分类只定义两种类型,即新标准取消了旧标准中“爆炸上限与下限之差大于20%的甲类气体”。 亚博国际查阅了SH3063-1999附录中的可燃气体和有毒气体蒸气特性表,符合旧标准可燃气体定义中 “爆炸上限与下限之差大于20%的甲类气体”的只有一氧化碳,但同时一氧化碳又属于有毒气体。根据规定,同一种气体,既属可燃气体又属有毒气体时,应只设置有毒气体检测仪。因此,新标准将一氧化碳从可燃气体检测范围中去除,划分为有毒有害气体。从以上分析可以看出,关于可燃气体的定义,新旧标准没有本质区别,并且新标准的定义更加简练,可操作性更强。

1.2、有毒气体

旧标准对有毒气体的定义为“系指硫化氢、氰化氢、氯气、一氧化碳、丙烯腈、环氧乙烷、氯乙烯”。新标准对有毒气体的范围定义为“《高毒物品目录》(卫法监发[2003]142号)中所列的有毒蒸气或有毒气体。常见的有二氧化氮、硫化氢、苯、氰化氢、氨、氯气、一氧化碳、丙烯腈、氯乙烯、光气(碳酞氯)等”。从以上定义可以看出,新旧标准对需要检测的有毒气体范围差别很大,旧标准仅有七种有毒气体需要检测,而新标准要求《高毒物品目录》(2003)年版)中所列的31种有毒蒸气或气体均需检测。实施新标准对石油化工行业影响比较大的是对氨和苯蒸气这两种有毒气体的检测,旧标准并没有将其列为需要检测的有毒气体。GB50160-2008将苯定义为甲B类可燃液体,将液氨定义为乙A类可燃液体。以往国内对氨的检测方法并不统一,部分装置作为可燃气体检测,部分装置作为有毒气体检测。氨作为有毒气体检测技术较为成熟,实施新标准对实际工程影响不大。而对苯的检测,由于现有检测技术很难达到微量级别,以往苯大多被当作可燃气体来检测,当可燃气体检测器报警时通常苯质量浓度已经远远超过了有毒气体职业接触限制量值,无法达到人身保护的要求。新标准将苯列为需要检测的高毒物品,其检测器探头的选择、现场布置和以前都有很大差别,并且可选产品不多。(亚博国际有限公司自主研发的可燃、有毒有害气体报警预设控制系统完全遵守国家安全标准设计规范,自主完善了设计理念及现场安装施工方案,为您的安全生产带来了有效的保障)

2、可燃气体检测点的设置范围

旧标准中规定“生产或使用可燃气体的工艺装置和储运设施(包括甲类气体和液化烃、甲B类液体的储罐区、装卸设施、灌装站等)的2区内及附加2区内,应设置可燃气体检测报警器”。旧标准将需要设置可燃气体的范围定在2区及附加2区内,但在检测点的设置规定中要求根据可燃气体密度在地坑、排污沟及封闭或半封闭厂房制高点设置可燃气体检测器。根据GB50058-92中关于爆炸危险区域的定义,上述通风不良的死角处应局部提高爆炸危险区域的等级,即可能由2区升级为1区。新标准在设置范围中取消了2区及附加2区内限定,纠正了旧标准在此处存在前后矛盾的情况;但是,新标准依然强调可燃气体检测器所检测的主要对象是属于第二级释放源的设备或场所。在爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的0区场所不设置可燃气体检测器。因为生产装置从设计阶段就已明确了0区场所的范围,并且范围很小,所以应通过改造工艺、严禁烟火、加强巡检等工艺和管理手段防止爆炸发生。另一方面,如果0区场所设置可燃气体检测仪会造成经常报警,反而不利于生产管理。而2区及附加2区为在正常运行时不可能出现爆炸性气体,也是容易使人麻痹大意的地方,需要通过连续检测来监视异常情况,这正是设置可燃气体检测的初衷。因此,在实际工程应用中要明确不是所有可能出现可燃气体的区域都需要设置检测点。

3、报警值的设定

新标准第3.0.2条强制要求“可燃气体和有毒气体的检测系统应采用两级报警”;而旧标准中并没有强制要求,仅在需要联锁保护时采取二级报警。新标准对报警装置要求更高,但在实践中影响不大,目前主流报警装置都可以很容易地实现二级报警,并且在新标准发布前,很多项目就已经采用了二级报警。和旧标准相比,新标准中对有毒气体的量程范围和报警值的规定没有采取一刀切的做法,在满足多数应用的情况下同时兼顾了现有检测技术的实际情况。新标准引自 GBZ2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》,采用几种不同的有毒气体职业接触限制量评价体系。当现有检测技术难以满足常规检测要求时,采取了低一档次的测量和报警标准,使标准的可操作性更强,体现了标准重在执行的原则。具体要求:“有毒气体的报警设定值不宜大于100%最高容许浓度/短时间接触容许浓度,当试验用标准气调制困难时,报警设定值可为200%最高容许浓度/短时间接触容许浓度以下。当现有探测器的测量范围不能满足测量要求时,有毒气体的测量范围可为030%直接致害浓度;有毒气体的二级报警设定值不得超过10%直接致害浓度”。例如,比较难于检测的苯蒸气,短时间接触容许质量浓度为10mg/每立方米 ,而直接致害质量浓度为9800mg/每立方米,如果报警设定值采用不大于100%短时间接触容许质量浓度。

4、现场声光报警器的设置

和旧标准相比,新标准第3.0.4条强制要求在现场装置区域内设置声光报警器,实际应用中现场声光报警器的设置有两种:采用自带声光报警的一体化可燃气体及有毒气体检测仪;独立设置声光报警器,两种方式各有优缺点。

a、自带声光报警器的优点是在现场可以很直观地发现报警点,有利于维修和应急处理人员迅速找到泄漏点;安装简便,无需监控系统另外发出启动控制信号。其缺点也是显而易见的,由于实际安装的气体检测器高度多数距地坪或楼板0.30.6m,这样就限制了声光报警器发挥作用;另外,受到功率和功能限制,这种一体化的气体检测报警仪的闪光报警亮度不高,喇叭声响也很难达到报警所需的高分贝,声调不可调,并且价格相对高。

b、采用独立设置的方式,可燃及有毒气体检测仪首先将检测信号送至监控系统,当检测值达到报警设定值时通过监控系统触发设在控制室和现场的声光报警器同时报警。这种方法有以下优点:

1)声光报警器的位置设置灵活,不受检测点的位置限制。一般设置在通道或楼层出入口的易观察处,距地坪或所在楼板2.5m左右。

2)可根据装置区的面积、设备及建筑物的布置、工艺流程的关联性以及道路围堰等造成的自然分隔将装置划分为若干个报警区域,一个报警区域内的多个可燃气体检测仪、有毒气体检测仪可共用一个或多个声光报警器。通过对监控系统编程可实现一个报警区域内的气体检测器仅触发本区域内的声光报警器,实现分区域报警,有利于迅速确定报警发生的区域。

5、可燃气体和有毒气体监控系统的设置

可燃气体和有毒气体监控系统的作用是对来自现场的气体检测信号进行数据采集和记录,当达到报警设定值时,通过编程触发控制室和现场的声光报警器报警,当达到联锁设定值时还可以联锁空调设备、消防设施等。

5.1、可燃气体及有毒气体监控系统独立设置

旧标准允许监控系统可以是DCS(分布式控制系统)中的一个相对独立的单元;新标准要求可燃气体和有毒气体检测报警系统宜独立设置。目前,国内很多项目依然采用将可燃气体及有毒气体检测信号合并到DCS(分布式控制系统)等过程控制系统的作法。这种做法的优点是节省投资,缺点是控制系统检修或故障时气体检测报警系统也无法工作。根据IEC(国际电工委员会)61511 3关于工厂安全保护层的理念,如图1所示,


1 工厂安全保护层模型

可燃气体及有毒气体监控系统属于仪表减灾层及工厂应急响应和撤离层次,在装置检修甚至发生事故时应依然发挥作用,指导人员撤离、救援和应急处理。因此,新标准虽没有强制要求可燃气体及有毒气体监控系统单独设置,但这是未来的发展趋势。

5.2、火灾和气体检测报警系统合并设置值得注意的是,新标准第5.3.2条对应的条文说明中提出:“对于大型联合装置、区域控制中心和全厂中心控制室等的可燃及有毒气体检测报警系统可优先考虑与火灾检测报警系统合并设置”,即常说的火灾及气体监测报警系统FGS(火灾报警和气体检测系统)。虽然FGS(火灾报警和气体检测系统)引进中国已近十年,但国内一直没有关于FGS(火灾报警和气体检测系统)的相应标准,该提法是在国内标准中首次涉及FGS(火灾报警和气体检测系统)的概念。

FGS(火灾报警和气体检测系统)的职责是通过专用的传感器和监测仪器,检测出早期火灾和可燃及有毒气体泄漏,由音响、灯光等设备发出警告提醒有关操作人员进行相关的操作,组织疏散和逃生;或者通过预先编制的联锁逻辑自动地启动相应的保护、救护装置;通过远程报警能得到及时增援,从而使可能发生的火灾、爆炸、中毒事故在萌芽状态能被发现并消除,已经发生的事故能得到及时有效的控制,使相关人员、设备和周围环境得到有效的保护。随着国内《安全生产法》的颁布,近年来,工厂安全、环境保护及职业卫生受到了前所未有的高度重视,FGS(火灾报警和气体检测系统)已经逐渐成为大型联合装置的标准配置,成为独立于DCS(分布式控制系统)和SIS(厂级监控信息系统)的第三大工厂监控系统。

FGS(火灾报警和气体检测系统)的职责涵盖生产装置现场的所有火灾、可燃气体及有毒气体的探测报警,中央控制室及现场的声光报警,泡沫消防及喷淋冷却等消防设施的联动,以及HVAC(空气调节系统)新风口有害气体检测报警等;

但是在中央控制室和机柜间等建筑物内的火灾报警和联动往往由另外一套火灾自动报警系统负责,即仅实现了生产装置现场可燃及有毒气体检测报警系统与火灾检测报警系统合并设置,而非全厂性的火灾及气体检测报警系统合并设置。

就功能而言,这两种监控系统有着很多的相似之处,单独设置无论对装置初期投入还是后期的日常维护管理都不经济。究其原因,主要由以下几点造成:

a)行业管理形成了不同的设计规范。通常,有关工业和民用建筑物内的火灾报警及消防联动系统的设计规范采用的是GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》,GB-50160-2008《石油化工企业设计防火规范》以及GB-50016-2006《建筑设计防火规范》;而可燃气体及有毒气体监控系统的设计规范采用的是SH3063-1999GB50493-2009,不同标准在系统设计要求上存在差异。

b)长期以来,国内设计院和工程公司在可燃气体及有毒气体检测报警、火灾自动报警、消防联动的设计上分别由3个不同专业来完成。可燃气体及有毒气体检测报警由仪表专业负责,火灾自动报警由电信或电气专业负责,消防则由水道或消防专业负责,不同专业对一体化的火气监控思想不统一,对其他专业的监控系统认知度不足。亚博国际参与过的大型石化联合装置的工程项目中,甚至出现机柜室有三套独立的系统参与监控,除了FGS(火灾报警和气体检测系统)和火灾自动报警系统外,在机柜间还独立设置了惰性气体灭火系统。

c)由于不同行业采用的标准不同,使厂家依据不同标准制造出的监控系统产品也有所差异。火灾自动报警系统大多采用总线型检测仪表,通过总线和地址编码技术将检测仪表和监控系统连接起来

如图2所示。

FGS(火灾报警和气体检测系统)仍然采用常规点对点的模拟信号和开关信号回路,如图3所示。

5.3FGS(火灾报警和气体检测系统)的安全度等级

a)无论国内标准还是国际标准都没有规定FGS(火灾报警和气体检测系统)必须达到何种安全度等级。虽然从IEC(国际电工委员会)61511 3关于工厂安全保护层的理念来看,FGS(火灾报警和气体检测系统)所处的保护层位于基本过程控制层和安全仪表系统层之外,但并不意味着其监控系统的安全度等级就必须高于前两者。

b)FGS(火灾报警和气体检测系统)和SIS(厂级监控信息系统)有着本质的区别。 SIS(厂级监控信息系统)的每个回路都要经过风险评估以确定其SILSIL认证就是基于IEC 61508GB/T 20438, IEC 61511(GB/T 21109), IEC61513, IEC 13849-1, IEC 62061, IEC 61800-5-2等标准,对安全设备的安全完整性等级(SIL)或者性能等级(PL)进行评估和确认的一种第三方评估、验证和认证。);检测仪表和最终执行元件通常采用冗余设计以使整个回路达到SIL要求;而以上要求FGS(火灾报警和气体检测系统)都无法达到,仅仅提高监控系统的可靠性,这对提高整个FGS(火灾报警和气体检测系统)的SIL收效甚微。

c)FGS(火灾报警和气体检测系统)的作用来看,石油化工企业火灾和气体检测,除了极个别的对象有特殊的联动要求以外,大量是用于报警和监控目的,不直接参与工艺过程控制。对于消防系统的联动,很多消防设备,如雨淋阀等,其自身具有探测火灾的功能,当发生火灾时其自身机械结构设计使得联动可以不依赖于FGS(火灾报警和气体检测系统)的电信号,双重保护使得安全性大大提高。此外,除了FGS(火灾报警和气体检测系统) ,工业电视监控系统,便携式可燃气体检测仪和有毒气体检测仪等同样可以起到火灾和气体检测报警的作用。因此,FGS(火灾报警和气体检测系统)发生故障或误报警的后果相对较轻。

总之,绝对的零风险是不存在的,安全并不是要求零风险,采用何种SILFGS应进行综合分析和风险评估,而不应盲目追求高等级的监控系统。

6、结束语

可燃气体及有毒气体的检测和报警是保证石油化工装置和人身安全的重要手段。实施新标准有利于提高国内可燃气体及有毒气体检测和报警水平;有利于国际化合作和缩小与先进国家在该领域的差距。在工程设计和应用上,采用全厂一体化的FGS(火灾报警和气体检测系统)联动系统将是必然的趋势。


亚博国际气体检测预警控制系统

亚博国际民用燃气检测报警控制系统

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