火气系统高 鹏一、引言：一、引言： 火灾、有毒气体泄漏、可燃气体爆炸这是当前各个生产单位都面临的安火灾、有毒气体泄漏、可燃气体爆炸这是当前各个生产单位都面临的安全问题，这些都直接威胁到职工身体健康和生产装置的安全，而且随着国全问题，这些都直接威胁到职工身体健康和生产装置的安全，而且随着国家和各行业对安全生产越来越重视，对安全生产的要求也越来越高，为了家和各行业对安全生产越来越重视，对安全生产的要求也越来越高，为了保证人员和设备的安全，这就需要一个及时、准确、可靠的控制系统对现保证人员和设备的安全，这就需要一个及时、准确、可靠的控制系统对现场危险因素进行检测和保护，将可能的事故及早消除对已发生的事故使损场危险因素进行检测和保护，将可能的事故及早消除对已发生的事故使损失降到最低，显然传统的火灾报警方式失降到最低，显然传统的火灾报警方式-火灾控制盘无论从可靠性、适用规火灾控制盘无论从可靠性、适用规模、接口的灵活性上显然已经不能满足要求，模、接口的灵活性上显然已经不能满足要求，而衍生出的火气系统就是对而衍生出的火气系统就是对安全生产最直接的保证。安全生产最直接的保证。二、什么是火气系统二、什么是火气系统 用于用于监控监控火灾和可燃有毒气体泄露事故并具备报警和一火灾和可燃有毒气体泄露事故并具备报警和一定定灭火功能灭火功能的的安全控制系统安全控制系统。火气系统能准确探测火灾和气。火气系统能准确探测火灾和气体泄漏的程度和事故地点，触发相关的广播和声光报警设备，体泄漏的程度和事故地点，触发相关的广播和声光报警设备，并且根据事故发生的严重性等级而确定报警和消防设备控制并且根据事故发生的严重性等级而确定报警和消防设备控制器输出等级，从而控制和避免灾难的发生，以防止对生产设器输出等级，从而控制和避免灾难的发生，以防止对生产设备和人员的伤害及对环境的影响。备和人员的伤害及对环境的影响。三、火气系统的特点：三、火气系统的特点：1、基于计算机技术、控制技术和通讯技术（、基于计算机技术、控制技术和通讯技术（3C技术），将现场所技术），将现场所有用于检测火焰（灾）和气体泄漏的探测器和报警器，感烟探测器，有用于检测火焰（灾）和气体泄漏的探测器和报警器，感烟探测器，感温探测器并联动消防设备组成的一个监控系统；感温探测器并联动消防设备组成的一个监控系统；2、火气系统是一个安全控制系统；、火气系统是一个安全控制系统；3、火气系统接口灵活能将实时的火警信息与、火气系统接口灵活能将实时的火警信息与DCS、SIS及企业应急及企业应急管理中心通信，也能与地方消防部门进行信息共享和联动；管理中心通信，也能与地方消防部门进行信息共享和联动；4、火气系统具有独立性；、火气系统具有独立性；5、界面友好，图形化显示，报警点位置明确。、界面友好，图形化显示，报警点位置明确。6 6、火气系统与传统盘装报警器的对比：、火气系统与传统盘装报警器的对比：火气系统火气系统传统报警器（火灾控制盘）传统报警器（火灾控制盘）可靠性冗余设计，系统安全等级可达SL2、SL3传统PLC，无冗余设计，可靠性差使用性能界面友好，报警信息实时性高，报警位置可图形化显示简单的灯或铃，需人工干预安装多采用总线方式，电缆少，易扩容采用点-点硬接线，线路施工工程量大接口接口灵活可与当今主流DCS、ESD通信，数量传输量大，实时性高仅能通过硬线与DCS、ESD联动数据传输量小费用一次投资大，后期扩容、维护成本低一次投资低，后期扩容、维护成本高监控范围监控范围广，可以将各个区域的子系统连接成一个装置的总系统监控范围小，一般为一个区域或独立的装置三、三、火气系统设计及施工的规范行文件及依据GB50183石油和天然气工程设计防火规范；GB50058爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范；GB3836.1爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求；GB50116火灾自动报警系统设计规范；SH3063石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范；IEC615508电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全性；IEC61511-1结构、定义、系统、硬件和软件要求等。四、火气系统的结构构组成四、火气系统的结构构组成1、安全控制系统A、控制器、电源、通信采用冗余容错结构（TMR三重模件冗余容错）B、具有完善的自诊断测试功能，包括硬件（控制器、I/O模块、电源）和系统软件，并支持卡件热插拔和在线程序修改下装C、控制系统安全等级达到SIL3（事故经常发生，环境、人员、经济严重受损）D、系统为故障安全型2、检测单元、检测单元气体检测A、可燃气体检测系统B、有毒气体检测系统火情检测A、火焰探测器系统B、感温探测器C、感烟探测器火灾探测器的选择根据介质燃烧过程和燃烧时的特征进行选择3、联动输出单元、联动输出单元1、声光报警器2、消防水灭火系统3、气体灭火系统4、消防泡沫灭火系统5、防火卷帘门、窗4、辅助单元、辅助单元1、工业电视系统2、广播对接系统四、火气系统的网络拓扑结构四、火气系统的网络拓扑结构可根据装置大小设置一个或多个独立的FGS系统，并通过冗余的串行通讯（MODBUSRS485/232)与各自的DCS、SIS进行通讯，各装置控制室内的火气系统HMI上可以查看报警信息;操作台与FGS系统硬线连接，现场发生火灾或气体检测超标时，操作台有相应的声光报警，操作人员可根据现场情况进行人工干预。每套FGS均配置冗余的以太网接口，通过光纤连接至冗余的FGS中央交换机。设置在公司紧急响应中心以及消防支队的HMI上位机通过以太网与各个FGS系统进行通讯，实时显示各个检测元件的报警状态，实行全厂的集中监控，以提高对紧急事件作出快速及时的响应和处理的能力。现场检测单元和执行单元可根据执行器类型选择总线型和I/O点对点型，原则上控制消防设备的联锁输出采用硬线连接。二、工程案例二、工程案例川气东送是我国继西气东输工程后又一项天然气远距离管网输送工程，天然气输送存在易燃易爆、易H2S中毒等危险，沿途各输气站设置了火灾报警系统，下面我们就以武汉站为例分析一下火气系统的构成及运行。1、系统构成武汉站的火气系统主要包括：火灾控制器、寻址盘、I/O模块、通讯接口、可燃气体检测系统、H2S检测系统、火情探测系统、气体灭火系统、消防水灭火系统、泡沫灭火系统结构图如下：2、系统运行原理A、气体检测器的输出信号为420mA，直接接入系统的模拟量输入卡，并通讯至DCS对装置重点区域的可燃气体或有毒气体浓度进行实时监控。同时在逻辑中实现气体浓度超限报警、断路和短路报警、以及校验状态指示。B、手动报警、消火栓按钮、压力开关、流量开关、消防泵运行状态等，正常时均处于断开位置，报警时才会闭合。控制器检测报警、短路和断路的状态，并给出相应的报警信息。C、根据火警信息和火警级别FGS输出包括报声光报警器、语音广播、消防回路控制电磁阀及逃生系统，正常时上述设备均处于不得电状态D、位于调控中心的HMI上显示报警信息并通过工业电视系统调处事故点情况，由应急中心进行紧急处理，并执行关断联锁；位于地方消防支队的HMI上显示报警，包括燃烧介质、泄露介质，通过工业电视系统观察火点情况，提早准备，制定灭火方案FGS中的DO输出包括报警灯、报警喇叭、电磁阀等，正常时上述设备均处于不得电状态，为了保证其在需要时能正常动作，系统采用SDO（SupervisedDigitalOutput）卡件来驱动此类设备。SDO卡件能够不断地对输出回路进行检测，以判断回路是否处于健康状态，输出回路负载的失效将会触发相应的系统报警，并给出对应的故障通道。3、系统施工注意事项1、现场设备应进行必要的防水防尘措施；2、室内烟气检测、温度检测多为埋管敷设，要保证埋设管道的连续性，并做好隐蔽记录；3、现场总线采用屏蔽双绞线，接地系统要完善；4、现场设备的安装A、气体检测安装高度要依据被测气体的密度；如测试甲烷、氢气探头要高于被测点；硫化氢要低于被测点B、火焰探测器被测范围内应无明显障碍物讨论讨论 1、火气系统设置成故障安全型还是普通型观点1：故障安全型优点：系统故障，设备处于安全受控状态缺点：因存在SIS系统保护，联锁的释放会影响装置的正常运行观点2：普通型优点：系统故障时，仅发出故障报警，联动需要人工干预，不自动触发现场联动消防设备，不会产生误动作缺点：系统故障时，将无法起到保护作用2、火气系统独立性现在国内大部分装置不设独立的火气系统，往往是通过SIS或DCS实现对火气系统的监控。下图是一个典型的过程工业安全防护层，其中火气系统与SIS系统平行位于安全控制层，当SIS系统失效时，它仍能够对气体泄漏和火情进行检测，并驱动消防设施进行救护，指导人员逃生，还是很有必要独立设置的。总结总结 在装置越来越大型化、安全生产越来越严格化、控制管在装置越来越大型化、安全生产越来越严格化、控制管理越来越集中化的背景下，火气系统完全可以胜任现场安全理越来越集中化的背景下，火气系统完全可以胜任现场安全生产的要求。生产的要求。谢谢！