FGS在煤气化项目中的应用

石油化工自动化，2007, 5:59控制系统AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRYFGS在煤气化项目中的应用叶威威(中国石化集团宁波工程公司,浙江宁波315103)摘要:灾和气体报警系统(FGS)包括有毒和可燃气体探测和火灾报警两个方面,它在保证工厂安全生产中起着重要作用.是构成石化装置安全系统的重要组成部分。结合煤气化项目详细阐述了系统的组成和功能。关键词:火灾和气体报簀系统;控制器;可寻址系统;MIMIC盘中團分类号: TP277文献标识码: B文章编号: 107-73242007)-0055-04The Application of FGS in a Coal Gasification ProjectYe Weiwei(Sinopec Ningbo Engineering Co.，Ningbo, 315103, China)Abstract: Fire and Gas Alarm System (FGS) includes toxic and combustible gas detection and firealarm. It will play a important function to ensure safe production in the factory. It's an important part ofthe safety systerm in petrochemical plant. In accordance with the coal gasification project the constructionand function of FGS are expounded in detail.Keywords: fire and gas alarm system (FGS); controller; addressable system; MIMIC panel石油化工生产装置属高温、高压、易燃、易爆装利工艺技术,其技术含量高,反应复杂,工艺流程较置,生产过程中不可避免地存在着各种易燃易爆气长。工程对生产管理、自动化控制水平和安全保护体和有毒气体,这些气体一旦发生泄露并在周围环的要求很高,而火灾、气体报警系统在装置的安全境中聚集,将可能酿成火灾、爆炸或人身中毒等恶保护中起着非常重要的作用。按照工程的总体设性事故,严重危害人民的生命和财产安全。因此，计要求,建立全厂局域网,设置FGS。FGS位于装必须及时可靠地对装置中气体的体积分数进行检置的中央控制室内,同时没有火灾及气体报警模测、监控,一旦发现易燃易爆气体和有毒气体体积拟盘。分数过高,以及装置中可能发生的火灾,应及时快2FGS的功能要求.速地采取有效的措施,将事故的损失降到最低。出快速检测意外事件,对有毒或可燃气体泄漏点于以上安全的考虑,化工生产必须配备可燃气、有及火灾进行监测;在确定事件发生的同时产生报毒气体监控系统和火灾报警系统,最大程度地保障瞥,隔离可燃物或毒气源,隔离火源，如有可能应排生命财产安全。以往的设计方案是把气体监控和.除空气,使用灭火设施,保护邻近设施,确保设备、火灾监控分开设置,随着人们对消防安全越来越重工厂、建筑物、人员以及周围环境的安全。为了达视以及化工装置的大型化发展,分开设置的设计方到这个目的,要求FGS具有如下功能:连续探测案已不能满足生产需求，火灾和气体报警系统并早期发现可能聚集的可燃或有毒气体;连续探测FGS(Fire & Gas System)因此而生,它将气体探并早期发现可能出现的火焰或存在的火灾;设置声测系统和火灾报警系统合二为一，进行总体设计。光报警信号装置,通过不同的声音和颜色报警使操FGS独立于过程控制系统，也独立于工艺过程的作人员能区分不同的危险类型;传送相关的I/O保护系统,但其相互之间又有密不可分的联系。现状态和仪表设备报警及故障信号到该工程的火灾就煤气化工程中的FGS系统的设计谈谈体会。1整个装置FGS的整体要求收稿日期: 2007-07-20某工程由空分装置、磨煤和干燥装置.煤气化作者简介:叶威威(1980-),男.朔北鄂州人202年毕业于装置、中央控制室、分析化验楼以及变配电站等构辽宁石油化工大学自动化及过程控制专业,学士学位,现工作于中成。装置采用的是壳牌(Shell)公司的粉煤气化专石化宁波工程公司电控室,主要从事工程设计工作。石油化工自动化2007年及气体报警模拟盘;提供事件顺序记录报告。构成。3装置FGS的设计方案可燃气体检测器采用催化燃烧式检测器(Old-根据装置的生产特点和物料特性,除空分装， ham公司的OLCT60),主要检测装置区LPG以及置、中央控制室为非防爆场所外,其他工段中含有H2的含量,检测器输出4~20 mA信号至气体检煤粉,粗煤气,液化气,CO2,H2,柴油等易燃、易爆测报警控制器。介质为二区防爆场所。生产过程不但具有易燃易有毒气体检测器采用电化学式检测器(Old-爆的特点，而且含有CO,H2S,HCN等有毒有害气ham公司的OLCT60),主要检测装置区CO,H2S体,还有酸性气体等腐蚀性介质。由此可见，该装以及O2(低氧),检测器输出4~20 mA信号至气置的主要设备和生产、装卸、储存区域都存在火灾、体检测报警控制器。爆炸和中毒的潜在危险,在这些危险区域设置火气体检测报警控制器采用MX52型16通道灾、气体报警系统是非常必要的。根据上述火灾和控制器,每个控制器可以插卡式安装8个通道卡，爆炸危险因素的分析,按照FGS设计的整体要求，每卡有2个独立通道。每通道可输出2个独立气设置如图1所示以TMR控制器为中心的集可燃体报警继电器信号;1个气体第3级报警公共继电气体、有毒气体探测报警系统和火灾报警系统为一-器信号;1 个公共故障报警继电器信号;每通道3体的FGS.级独立的可调报警阈值。每通道可通过面板按键或PC机单独编程(包括通道开关.气体种类.量| MIMIC盘，- FGS主操作站| SOE站/工程师站程,单位、两级报警值、报警状态、继电器状态等参工业Ethernet数)而不影响其他通道正常工作,按键操作面板具TMR控制器有报警复位、自检、通道选择等功能。该装置中可燃气体和有毒气体探测点共78点,考虑到通道卡可寻址火灾报警控制器|气体检测报警控制器|的备用量因而使用了6个控制器。气体报警盘是火警手通过16通道气体检测报警控制器把不同的气体探报按钮卤. ↓火警声光测信号进行声光报警,引起操作人员的注意,采取智能感温o四警报器相应的安全措施。探测器智能感烟囟亡探测器红外火焰有毒气体可燃气体FGS对于气体检测是根据泄漏的程度采取不探测器探测器同的动作。低泄漏量时只产生报警功能通知操作图1 FGS构成工注意,看是否需要采取进-步行动。工程的总体由图1可以看出,系统的核心部件是可寻址火要求不需要自动启动消防设施,因而只将气体检测灾报警控制器、气体检测报警控制器以及TMR控报警控制 器的1级报警采用硬接线的方式接入制器。FGS系统由现场安装的检测探头和控制系统TMR控制器中(2级报警信号暂不接人,但在16组成。控制系统又由控制单元(包括控制器、卡件、通道气体检测报警控制器上同时可以有2级和3端子等)、MIMIC盘(即模拟盘)和计算机终端组成。级的声光报警)。可燃气体检测器和有毒气体检测MIIMIC盘用于模拟显示装置各防火区域内各类探器的量程及1级报警的阈值根据《石油化工可燃气头的分布情况及报警情况。MIMIC盘的内容根据体和有毒气体检测报警设计规范》的要求进行工程情况进行设置。设定。根据设计规范要求,按区域控制和重点控制相3.2火灾报警 系统的组成[2.2]结合的原则,在可能挥发、泄漏或积聚可燃气体和火灾报警系统由现场输入设备、输出设备以及有毒气体的区域和场所(煤气化区、磨煤和干燥区、可寻址火灾报警控制器组成。输入设备是指各单空分装置区、主配电室、中央控制室、分析化验楼元内的手报按钮、感烟及感温探测器和火焰探测等)设置可燃气体和有毒气体报警探测器、火灾探器;输出设备是指各单元内的火警声光警报器和输测装置和声光报警设备。所有报警信号都通过硬出控制模块。根据系统所工作的具体环境，系统构接线连接到FGS。成组件有普通型、室外防护型、隔爆型和本安防爆3.1气体探测系 统的构成口型之分。根据图1所示,气体探测系统由可燃气体探测感烟探测器采用的是点型智能感烟探测器,用器、有毒气体探测器以及气体检测报警控制器于检测火灾初期有阴燃阶段时的烟尘体积分数,当第5期叶感威. FGS在煤气化项目中的应用51烟尘体积分数达到一定极限时,发出火灾报警信号满足整体安全水平要求的前提下，最终选择美国并将报警信号送至可寻址火灾报警控制器,控制器Triconex公司的Tricon TMR系统。就会启动相应区域的声光警报器。Tricon TMR系统是基于3重化冗余容错控点型智能感温探测器用于检测环境温度,当温制器,TMR结构形式是从输人模块经主处理器到度达到一定极限时,发出火灾报警信号并将报警信输出模块为3个相互独立、隔离的分支,每个分支号送至可寻址火灾报警控制器,控制器就会启动相并行与其他2个分支独立执行控制程序,这种技术应区域的声光警报器。使得单点的故障不会影响其他2个分支的正常工红外火焰探测器能探测到由碳材料燃烧火焰作。TMR系统采用3取2表决的解决方案，确保所产生的红外辐射。红外火焰探测器使用窄波段了I/O信号的高真实性和可靠性。系统对每个滤光器,以阻止不需要的光辐射(如太阳光和钨丝I/O模块都有热备,一旦操作中主模块发生故障，灯光的辐射)。热备模块能立即投人控制,热备的作用还可以实现火警手报按钮通过敲碎现场手操按钮的玻璃在线修复系统，而无需中断生产。TMR控制系统盖,启动中央控制室和火灾报警区域的声光警报。具有完整的系统自诊断功能,系统中任一模块出现它主要用于人工指示报警源,包括工艺故障、燃气故障,主机架中对应的“Fault"”灯即点亮报警。泄漏、烟雾、火情以及可能导致工艺故障或引起对FGS设计为一套独立的火气保护功能系统，人员伤害的危险情况。手报按钮将沿着通道、消火由一个操作站和SOE站(兼工程师站)以及一个控栓/监视器、楼梯出口处以及设计的疏散路线安装。制柜组成。多回路火灾报警系统控制柜和气体报可寻址火灾报警控制器设置在中控室内,该控警盘的报警信号通过硬接线的方式引至FGS.在.制器可在厂区内出现火警时,在第1时间及时接收FGS 操作站上设有区城画面显示、装置总貌显示、并显示火灾发生的区域，同时发出声光报警信号，详细单元显示,有报警画面和专用的打印机打印报引起操作人员的注意,根据报警状态通知相关部门警报表。当气体检测报警盘或火灾报警控制柜检采取相应措施。设计的每个报警输入设备均占用测到有气体泄漏或火灾时,气体检测报警盘或火灾火警系统中的一个独立地址,同时,系统设计要求报警控制柜报警的同时将报警信号送至FGS,在每个输入设备均有一一个带独立地址码的输出控制FGS.上发出声光报警。在FGS的操作画面上可模块与其一一对应，使火灾报警控制器在接收到报以详细地察看报警点的详细位置及类型,并通过警信号后,通过分析输人设备地址,对输人设备的SOE站实现SER功能。地点和类型作出分析和判断，同时火灾报警控制器3.4 MIMIC 盘的配置控制与其对应的输出控制模块动作,向FGS发出.根据工程的布置分为六个报警区域,MIMIC.报警信号,FGS经过分析处理对此作出必要的响盘(火灾及气体报警模拟盘)的区域布置包括的范应。考虑到系统余量,设计中将输出可编程控制无围有:煤气化装置、空分装置、磨煤和干燥装置、中源节点数量由133个扩展为150。可编程控制节央控制室、分析化验楼以及变配电站。点在正常状态下为闭合状态,在报警状态下,对应.MIMIC盘与DCS操作台集成在一起,其操作节点状态在火灾报警控制器的控制下,由闭合状态台的尺寸与DCS操作台的外形尺寸相同。FGS所转为断开状态，FGS通过分析节点状态的变化,可有的报警信号通过逻辑软件汇总出不同区域的报确定报警点的位置、时间和报警的种类(手报、感警信号,通过硬接线的方式把信号传递到MIMIC烟、感温或火焰)以及何时报警解除等信息。控制盘相应区域进行报警。MIMIC 盘上对火灾报警、柜内设有CPU存储器和LCD液晶显示器以及微气体报警分区分颜色进行灯光报警。 报瞥灯颜色型打印机,可以实现对火警状态的存储、查询、显示的设置:火灾报警为红色;可燃气体报警为黄色;及打印。通过编程和相应的联锁接点,可实现火警有毒气体报警为蓝色,各种不同的报警信号对应不系统与FGS系统的同步报警。同的频率蜂鸣器。同时在MIMIC盘上设有灯的3.3 FGS 的配置测试按钮、确认按钮、复位按钮。FGS是一个与DCS,SIS分开且独立设置的安装置控制室的屋顶安装了风速和风向仪,其输全系统，需符合IEC 61508/DIN 19250标准并获得出信号引入FGS中,同时传送到MIMIC盘上。风TUV SIL3/AK5,6等级认证。因此在选择FGS速及风向的状态在FGS的操作界面上和MIMIC时,本着安全可靠、经济合理、独立设置的原则,在盘的左上角可以实时监控,以便在事故发生时为指挥62石油化工自动化2007年现场人员疏散及其采取正确的消防措施提供参考。应该处于连续工作或监控状态,因此在一些具体的安全系统(SIS)与FGS虽然分工不同,但二者设计上也有一些不同于SIS的要求。又是密不可分的。当探测到有可燃气体或有毒气e) FGS的工作状态与SIS相反:正常情况是体泄漏时,说明生产过程可能出现了问题;当探测不带电的或是常开的操作模式。到火灾时,火灾的发生可能引发生产装置的爆炸。FGS必须符合GB4717 -93(火灾报警控制器同时SIS作出安全联锁响应,从而要求FGS将气通用技术条件)/ GB16808 - 1997(可燃气体报警控体和火灾报警信号及时传送至SIS,使得SIS能够制器技术要求和试验方法)标准,并获得中国国家及时判断,采取紧急措施。FGS还可以启动消防消防认证。联动措施,保障生产装置及周边环境的安全。根据5结束语工程的总体要求气体和火灾自动报警向专用消防该FGS是以TMR控制器为核心部件,把气站采用专用电话，以人工的方式进行，因而在该装体探测报警系统和火灾报警系统归属到一起进行置中FGS并未联动消防系统。总体设计。正如早期SIS从DCS中分离出来自成4设计中应注意的几个问题系统-一样,随着装置规模的不断扩大,对系统控制a)与火灾、气体检测和控制相关的现场设备功能的要求越来越高,可燃有毒气体、火灾、烟雾等应适用于装置的防爆区域的要求,产品必须要有在现场信号也逐渐从DCS中分离出来,与手报按钮、危险区域使用的安全认证证书。声光报警器等一起组成独立的FGS.使DCS可以b)可燃气体探测器和有毒气体探测器应安装专心于装置正常运转时的检测和控制,异常及极端在气体泄漏点附近的下风口处。根据被检测气体的情况交于SIS,而可燃有毒气体、火灾、烟雾、声光相对密度,如果相对密度比空气密度大,则探测器安报警又由FGS来负责,从而形成了一套功能更加装在泄漏点下风口的下方,反之,则安装在上方。强大的自动化控制系统。c)系统的所有组成部分都应易于维护和测参考文献:试。在测试和维护时,不影响全厂的常规操作,不1 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会中断对全厂的保护监视或使系统性能降低。2 GB51060-92,石油化工企业设计防火规范d)FGS与SIS不同，没有所谓的安全状态,它GB50116-98.火灾报警系统设计规范(上接第58页)原则，选用了昆仑通态的MCGS全中文工控组态司的OxyMaxWcos41系列的溶解氧测量系统。该软件。该软件的良好特性在于:简单灵活的可视系统采用覆膜式传感器,具有O2选择性强、标定简化操作界面;实时性强、良好的并行处理性能;丰单(快速标定)、长期稳定性高、维护简单的优点。富、生动的多媒体画面;开放式结构,广泛和强大的e)在CASS池出水时需要根据CASS池的液数据处理功能;完善的安全机制和网络功能;多样位信号对滗水器进行变频调速(见上述2c))。因化的数据库管理以及报警功能;支持多种硬件,良此对CASS池的液位信号的精度要求较高。选用.好的可维护性和扩展性。了E+H公司的FMU40系列超声波液位计进行液位测量。该产品采用非接触式测量，现场安装、该套系统经过试运行以后,根据实际情况对滗诊断，维护都比较简单,同时内置了温度传感器进水器的控制参数.CASS他运行周期及每个周期内行温度校正,可满足测量精度的要求。f)厌氧循环进料流量,介质是常温常压的污曝气、沉淀、排水、时延时间等进行了调整,目前已水,且需要根据此流量信号对厌氧反应泵做变频控经实际运行了一年多,各项指标良好,产生了不错制,对测量精度要求较高,因此笔者选用了电磁流的经济效益和环境效益。.量计对其进行测量。1张胜华,宋丰明，孙勇.循环式活性污泥法(CASS)优化设计及4上位监控组态软件应用.中国给水排水,2006.(02); 52~55上位监控组态软件是用户与整个自动化系统2赖源平.刘振汉,梁联坚. 南州水厂自动化综合监控系统.中国的交互面,本着“功能齐全,界面友好,操作简单”的给水排水,2006.(20); 61~65