黃仲偉 楊 玄 李 杰 劉 彬 鄭春紅 王瓊霞 徐何軍

1. 中國石化江漢油田分公司鹽化工總廠, 湖北 潛江 433121; 2. 中國石化江漢油田分公司江漢采油廠, 湖北 黃岡 438011

0 前言

隨著經(jīng)濟發(fā)展與社會進步,中國鹽化工行業(yè)在全球占據(jù)了較大份額。鹽化工行業(yè)已經(jīng)從傳統(tǒng)的“三酸兩堿”中的燒堿、純堿和鹽酸,逐步發(fā)展成向著眾多的精細專用化學品延伸的綜合型基礎(chǔ)原材料行業(yè)鏈,PVC、甲烷氯化物、環(huán)氧丙烷、TDI/MDI等多種基礎(chǔ)性化工原料就是鹽化工企業(yè)的產(chǎn)物。隨著產(chǎn)品的不斷豐富,鹽化工行業(yè)的安全環(huán)保要求也不斷提高,提出工業(yè)4.0背景下的智能化工廠展望，所以必須依靠智能化系統(tǒng)全面保障鹽化工企業(yè)安全環(huán)保運行[1]。

在石油化工領(lǐng)域,智能化生產(chǎn)已初見成效。國內(nèi),西北石油局建成并投運了智能化油田調(diào)度系統(tǒng),解決了油田單井點多面廣巡檢不利的局面,極大節(jié)約了人力資源,提高了油田整體生產(chǎn)效率[2-3]。國外,相關(guān)的化工企業(yè)設(shè)計并運用了數(shù)字化工廠SIS系統(tǒng),優(yōu)化了化工裝置調(diào)控響應(yīng)時間,綜合提高了化工企業(yè)生產(chǎn)平穩(wěn)率,極大降低了事故發(fā)生概率。

從行業(yè)未來的趨勢來看,鹽化工行業(yè)未來將大力向多產(chǎn)品、集成化發(fā)展,特別是在氯產(chǎn)品的基礎(chǔ)上衍生消耗氫、燒堿的下游產(chǎn)品。形成以氫氣、氯氣、燒堿及其下游產(chǎn)品貫穿其中,中間產(chǎn)品互利型多種精細化學品的行業(yè)鏈[4-6]。由此看來鹽化工裝置工藝流程復雜,風險控制點多,安全生產(chǎn)責任重大。

1 鹽化工裝置安全特點

精細化工是鹽化工的下一步發(fā)展方向,但由于中國鹽化工起步較早,相應(yīng)企業(yè)廠房設(shè)施及工藝設(shè)備存在裝置老化、生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境差等問題。鑒于成本考量,精細化工發(fā)展上往往會在傳統(tǒng)鹽化工廠房及設(shè)備基礎(chǔ)上進行改造[7]。老舊工廠的建設(shè)年份、設(shè)備運行情況及當時建設(shè)的國標等因素都為改造后的后續(xù)生產(chǎn)帶來較多安全隱患,生產(chǎn)形勢嚴峻。但鑒于工程預算,又不能大規(guī)模進行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和設(shè)備更新?lián)Q代,只能在大修和改造的基礎(chǔ)上緩步推進鹽化工裝置的發(fā)展[8-10]。鹽化工裝置常見安全隱患見表1。

表1鹽化工裝置常見安全隱患

設(shè)備及裝置安全隱患發(fā)生概率/(%)反應(yīng)釜及反應(yīng)器1)減速機異響、漏油、塑料風葉熱融變形;2)機封、減速機缺油;3)墊圈老化、物料泄漏;4)爆破片失效、壓力表失效、閥門內(nèi)漏;5)溫度偏高、攪拌終端且存在異常升壓或沖料;6)反應(yīng)釜酸性腐蝕,搪瓷內(nèi)膽腐蝕且物料易燃易爆具有腐蝕性,系統(tǒng)及附件老化;7)缺少備用機或備用機年久失修21貯槽、罐區(qū)、槽車1)液位計模糊或損壞、堵塞;2)高位貯槽未能有效固定;3)常壓貯槽帶壓使用;5)貯罐頻繁受真空、氮氣交變載荷,且出現(xiàn)裂縫;6)低沸點溶劑或液化氣貯槽受陽光直射;7)室外貯罐等存在運輸車輛等撞擊危險;8)危險品罐區(qū)圍堰孔洞未封堵,防護堤封堵不嚴密,任意開設(shè)排雨水孔18冷凝器、再沸器1)任何情況引起的腐蝕與泄漏;2)冷凝后物料溫度過高;3)換熱介質(zhì)層被淤泥、微生物堵塞19管道及附件1)可燃或腐蝕性物料出口管線,其支架未設(shè)置吊式壓式彈簧補償措施,或直接采用撓性連接短管;2)保溫保冷層破損;3)腐蝕、色標不清;4)液位計及相關(guān)儀表未設(shè)置防護28機泵1)泄漏、異響、防護罩缺失;2)泵進口管徑小或管路長或拐彎多,泵出口未裝壓力表或止回閥;3)長期停用時,未放凈泵和管道中液體,造成腐蝕或凍結(jié)14

鹽是化學工業(yè)的重要原料,具有通用性與延伸性。當前以鹽為原料的鹽化工種類繁多,工藝流程復雜,進行不同裝置的互助生產(chǎn)可以運用單一鹽化工裝置制成氯氣、金屬鈉、純堿、燒堿和鹽酸等種類繁多的產(chǎn)品，但裝置反應(yīng)復雜,產(chǎn)品危險性大,其中純堿和氯堿等延伸產(chǎn)品具有較大毒性需要最高等級安全防護。所以相應(yīng)鹽化工企業(yè)生產(chǎn)與產(chǎn)品儲存安全任務(wù)重、環(huán)保壓力大。當前相關(guān)企業(yè)建立有保障工廠正常運行的DCS控制系統(tǒng)，而個別工廠因為建設(shè)年份久遠,成本壓力大等原因,未設(shè)立智能化安全防護系統(tǒng)。所以在發(fā)生泄漏、火災(zāi)等重大事故時,保障工程最后關(guān)口的防護措施至關(guān)重要。

2 FGS系統(tǒng)概述

火氣系統(tǒng)全稱為火災(zāi)報警和氣體檢測系統(tǒng)(Fire Alarm and Gas Detector System,FGS),為專用獨立的安全預警性火氣系統(tǒng),符合中國消防安全資格認證(CCCF認證),在國際上常與SIS系統(tǒng)配合使用,保障工廠生產(chǎn)安全。目前，F(xiàn)GS系統(tǒng)在中國新一代化工廠和相關(guān)油氣儲運工程中運用,但尚未全面普及，也沒有相應(yīng)法律法規(guī)和明確行業(yè)標準進行FGS系統(tǒng)的強制性或建議性運用[11]。

FGS系統(tǒng)主要針對火源和氣體進行有效探測,并實施報警響應(yīng)。FGS系統(tǒng)原理邏輯見圖1，其主要工作原理為:首先通過火焰、可燃氣體、煙感、溫感等探頭進行現(xiàn)場實時采集;然后進行數(shù)據(jù)分析和信息傳遞,經(jīng)過軟件邏輯觸發(fā)中控和現(xiàn)場報警，并在電腦上顯示報警位置和實時參數(shù)；最后進行自動或半自動遙控消防炮、雨淋閥、泡沫閥以及空調(diào)系統(tǒng)的自動化響應(yīng),實現(xiàn)應(yīng)急處理,最終達到保障安全目的[12-14]。

圖1 FGS系統(tǒng)原理邏輯

FGS系統(tǒng)主要由現(xiàn)場檢測元件、邏輯控制器、執(zhí)行元件、模擬報警盤及不間斷電源組成,且包括辦公區(qū)火災(zāi)報警和空調(diào)控制系統(tǒng),見圖2。FGS系統(tǒng)采用冗余結(jié)構(gòu),具有較強可靠性和可用性?，F(xiàn)場每個裝置區(qū)域的FGS系統(tǒng)互為獨立,且與DCS保持冗余串行通訊,保證單一故障不影響系統(tǒng)全局正常運行[15]。其中每套FGS系統(tǒng)均配置冗余的以太網(wǎng)接口,通過光纖連接至冗余的FGS系統(tǒng)中央交換機。中控室控制面板與消防支隊的HMI上位機可通過以太網(wǎng)進行各個FGS系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享并保持實時通訊暢通,確保現(xiàn)場探頭和系統(tǒng)報警狀態(tài)實時受控，全面提高應(yīng)急反應(yīng)速度和人員處置效率[16]。

FGS系統(tǒng)具備故障自檢和恢復功能。在系統(tǒng)設(shè)置之初,若系統(tǒng)發(fā)生供電故障、功能紊亂、檢測回路不暢等多種情況時,會觸發(fā)報警提示并且鎖死檢測報警和消防閥。所以FGS系統(tǒng)中的全面裝置只默認非故障安全模式，能在及時發(fā)生潛在故障并且自動或半自動恢復,充分確保系統(tǒng)穩(wěn)定性與易用性[17-19]。

圖2 FGS系統(tǒng)組成

3 FGS系統(tǒng)應(yīng)用前景

鹽化工裝置設(shè)計緊湊,存在交叉性反應(yīng)和物料互竄等風險。加上精細化工發(fā)展方向上的傳統(tǒng)鹽化工廠工藝設(shè)備改造,使原有的安全問題更嚴峻。單純依靠傳統(tǒng)人工巡檢難以達到安全生產(chǎn)的標準,迫切需要類似FGS系統(tǒng)的智能化安全防護系統(tǒng)進行全方位檢測預警[20]。

某公司安裝有燕山石化國外引進并自主創(chuàng)新后FGS系統(tǒng),該系統(tǒng)基于工程工藝流程，首先進行了現(xiàn)場探頭安裝位置標注，確保中控人員隨時監(jiān)控各測點數(shù)據(jù)情況,及時發(fā)現(xiàn)報警點位置。

然后通過硬件將冗余可編程序控制器和火災(zāi)報警控制器融為一體。HMI上位機部分采用組態(tài)軟件完成,使整個系統(tǒng)具備人性化操作界面,確保具備事前預防、事中處理、事后查詢分析的功能。具體運行規(guī)程為可編程序控制器冗余系統(tǒng)與上位機通過以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議通訊,將現(xiàn)場通訊數(shù)據(jù)進行中控面板顯示,若現(xiàn)場傳感器檢測到異常,信息會通過RS 485總線經(jīng)火災(zāi)報警控制器鏈入冗余可編程序控制系統(tǒng),觸發(fā)聲光報警并在中控面板顯示出報警位置及報警情況,以列表形式提示工作人員。FGS系統(tǒng)還能根據(jù)可燃氣體泄漏量及相應(yīng)探頭數(shù)據(jù)變化情況進行智能判斷并進行預警等級限定,防止出現(xiàn)誤報或消防設(shè)備觸發(fā)等較為敏感問題[21]。

綜上所述,FGS系統(tǒng)具有先進性與可靠性,能根據(jù)工藝裝置特點進行現(xiàn)場探頭的自由搭配,在全面兼容的系統(tǒng)框架下進行包括報警燈、報警喇叭、電磁閥、消防設(shè)施等設(shè)備的靈活優(yōu)選聯(lián)動優(yōu)選;極大提高系統(tǒng)可用程度,充分節(jié)約人力資源,避免人員傷亡，保障裝置設(shè)備安全。鹽化工裝置可根據(jù)工藝設(shè)備情況進行包括手動報警、煙感、溫感、壓力開關(guān)、流量開關(guān)等基礎(chǔ)DCS聯(lián)鎖設(shè)置,然后通過FGS系統(tǒng)進行自動預警,智能響應(yīng)地全方位安全防護。由此可見,鹽化工裝置投用FGS系統(tǒng)方案可行。

4 結(jié)論

鹽化工裝置工藝流程復雜,產(chǎn)品危險性大,具有互助反應(yīng)等行業(yè)特點。所以安全工作不僅要依靠體系文件和加強培訓等工作來加強,還必須依靠智能化先進方案進行軟硬件結(jié)合,形成具備自動預警、智能指揮、實操演練等多項功能的立體化防護網(wǎng)。

采用全新設(shè)計理念和技術(shù)的FGS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的DCS、SIS系統(tǒng)配伍協(xié)調(diào)性使用,實現(xiàn)流程工業(yè)生產(chǎn)管理上的檢測、傳輸、顯示與報警等安全方面功能,極大提高了裝置安全性。達到第一時間應(yīng)急處置,極大降低事故危害。在管理上真正做到檢測、傳輸、顯示、報警、應(yīng)急啟動幾乎在同一時間完成。

FGS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,維護性良好。在極大兼容現(xiàn)場已有設(shè)施前提下做到成本可控,經(jīng)濟性最優(yōu)。FGS系統(tǒng)自帶的故障檢測功能齊全，具有較好的故障定位和修復能力,系統(tǒng)維護效率較高。毫秒級SOE功能(事故順序記錄)的實現(xiàn),極大地方便了用戶的事故數(shù)據(jù)采集,該功能彌補了民用普通火災(zāi)報警器在這一功能上的缺陷。