陳志飛

(中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工(寧夏)有限公司，寧夏銀川 750041)

可燃、有毒氣體報(bào)警系統(tǒng)也稱(chēng)GDS系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GDS系統(tǒng))，主要用于現(xiàn)場(chǎng)可燃、有毒氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警、記錄，當(dāng)檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)濃度超標(biāo)時(shí)發(fā)出報(bào)警，提醒操作、管理人員注意并采取相應(yīng)措施。氣體中毒事件在化工企業(yè)屢見(jiàn)不鮮，如CO、H2S等中毒較為常見(jiàn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)2012-2016年國(guó)內(nèi)外各行業(yè)發(fā)生55起H2S中毒事故[1]，GDS系統(tǒng)是預(yù)防類(lèi)似事件的重要安全設(shè)施。

目前GDS系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要遵循GB/T 50493-2019[2]和原國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》(安監(jiān)總管三〔2014〕116號(hào))[3]。

1 GDS系統(tǒng)設(shè)置結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

完整的GDS系統(tǒng)主要包括控制器、檢測(cè)器和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器3部分，目前現(xiàn)役裝置普遍采用以下4種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.1 采用報(bào)警儀專(zhuān)用控制器

如某公司乙炔裝置GDS系統(tǒng)采用報(bào)警儀專(zhuān)用控制器，控制器采用整體機(jī)柜形式集中安裝在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間，現(xiàn)場(chǎng)儀表以4～20 mA信號(hào)進(jìn)入控制器，信號(hào)值可在控制器顯示，將控制器輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)接入PLC和DCS系統(tǒng)在中央控制室監(jiān)視報(bào)警信息。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是與生產(chǎn)控制系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，成本低，對(duì)于小裝置或報(bào)警儀點(diǎn)數(shù)少的場(chǎng)合比較適合，對(duì)于廠區(qū)大但報(bào)警儀少且較為分散的場(chǎng)合也可采用壁掛式。

1.2 與過(guò)程生產(chǎn)控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)

目前大部分企業(yè)都將GDS系統(tǒng)并到過(guò)程生產(chǎn)控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)。共用DCS系統(tǒng)又細(xì)分為3種情況：①設(shè)置有單獨(dú)的控制器、I/O卡件和機(jī)柜，僅網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)與生產(chǎn)裝置DCS公用；②只有I/O卡件獨(dú)立，控制器、網(wǎng)絡(luò)等與過(guò)程控制共用；③卡件、控制器等混用。

總的來(lái)說(shuō)，共用DCS的好處是節(jié)省投資，且品牌統(tǒng)一，可減少備品備件的數(shù)量，便于后期維護(hù)等。但相比GDS系統(tǒng)的獨(dú)立設(shè)置，安全性能降低，在響應(yīng)時(shí)間、設(shè)備可靠性和人員安全上存在隱患[4]。

1.3 設(shè)置SIS系統(tǒng)

1.3.1聯(lián)鎖信號(hào)接入SIS系統(tǒng)，報(bào)警信號(hào)進(jìn)DCS系統(tǒng)

如某公司聚乙烯醇裝置涉及到可燃?xì)怏w濃度高高時(shí)，聯(lián)鎖停羅茨風(fēng)機(jī)參與了生產(chǎn)聯(lián)鎖，則將信號(hào)接入了SIS系統(tǒng)，卡件、控制器等沒(méi)有獨(dú)立，相關(guān)顯示信息以通訊方式接入DCS系統(tǒng)，其它報(bào)警儀信號(hào)進(jìn)DCS系統(tǒng)。

1.3.2全部信號(hào)進(jìn)SIS系統(tǒng)

信息化時(shí)代給高校的思政教育工作帶來(lái)了巨大的改變，使思政教育工作變得更加便捷，與此同時(shí)也使思想政治教育工作面臨巨大挑戰(zhàn)。

設(shè)置獨(dú)立的SIS系統(tǒng)。當(dāng)然這種設(shè)計(jì)要求只強(qiáng)調(diào)了控制系統(tǒng)的可靠性，不能等同于真正意義上的安全儀表系統(tǒng)，目前對(duì)GDS系統(tǒng)的SIL級(jí)別是沒(méi)有定義的。

1.4 與火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)合并

與火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)合并設(shè)置，即常說(shuō)的火災(zāi)及氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)(Fire & Gas Detection Alarm System，簡(jiǎn)稱(chēng)FGS)。雖然FGS系統(tǒng)引進(jìn)中國(guó)已近十年，但國(guó)內(nèi)一直沒(méi)有關(guān)于FGS系統(tǒng)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，目前企業(yè)GDS系統(tǒng)很少與FGS系統(tǒng)合并，其原因[5]：①行業(yè)管理形成了不同的設(shè)計(jì)規(guī)范；②設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)不同；③不同行業(yè)采用的標(biāo)準(zhǔn)不同。

2 GDS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改造建議

GDS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與過(guò)程生產(chǎn)控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方式較為普遍采用，現(xiàn)列舉實(shí)際案例予以著重討論。某企業(yè)因GDS系統(tǒng)與工藝過(guò)程控制PLC系統(tǒng)共用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，CPU冗余、網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，I/O卡件獨(dú)立，電源是UPS和市電經(jīng)過(guò)交流切換器后單路供電，結(jié)果在2019年5月發(fā)生電氣側(cè)短路，致使交流切換器空開(kāi)全跳、PLC系統(tǒng)失電、GDS系統(tǒng)失效，無(wú)法監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)CO的濃度，造成后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置風(fēng)險(xiǎn)很高，此前該裝置在3月份曾發(fā)生CO嚴(yán)重泄漏。

圖1 GDS與PLC系統(tǒng)共用結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)方案從結(jié)構(gòu)上看似乎都滿(mǎn)足冗余配置，包括CPU、通訊、電源，但存在2個(gè)不足之處：①電源系統(tǒng)可靠性不高，雖然有UPS和GPS兩路電源輸入，但PLC系統(tǒng)實(shí)際只接受了一路電源，一旦電源切換開(kāi)關(guān)或者I/O機(jī)架電源模塊故障，整個(gè)系統(tǒng)就失控了；②系統(tǒng)維護(hù)困難。GDS系統(tǒng)屬于安全設(shè)施管理，也更為嚴(yán)格，因此建議GDS系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改造應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮。

a)獨(dú)立原則,新建GDS系統(tǒng)必須滿(mǎn)足GB/T 50493-2019和安監(jiān)總管三〔2014〕116號(hào)要求，獨(dú)立于工藝DCS系統(tǒng)和工藝SIS系統(tǒng)，控制系統(tǒng)在選擇原則上可以是專(zhuān)用控制器、PLC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)等，但應(yīng)優(yōu)先選擇電源、控制器等關(guān)鍵部件能冗余的DCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)，特別是選擇I/O背板也能冗余供電的，供電宜采用雙路電源，盡量不選擇僅接收單路電源的系統(tǒng)，I/O測(cè)點(diǎn)分布也應(yīng)遵守風(fēng)險(xiǎn)分散的原則。

b)對(duì)在役裝置的GDS系統(tǒng)改造，建議從2個(gè)方面考慮：一是如果GDS系統(tǒng)是冗余、高可靠性系統(tǒng)如DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)等，但與生產(chǎn)DCS系統(tǒng)共用時(shí)，保持現(xiàn)狀即可，如涉及到有可燃?xì)怏w、有毒氣體信號(hào)的控制站及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，則應(yīng)提高管理等級(jí)；二是如果采用的是普通PLC系統(tǒng)且非冗余結(jié)構(gòu)的，特別是電源、網(wǎng)絡(luò)、控制器等部件不冗余的則建議整改。

c)GDS系統(tǒng)是否采用SIS系統(tǒng)，應(yīng)開(kāi)展SIF辨識(shí)，具有SIF功能的應(yīng)采用獨(dú)立的SIS系統(tǒng)，且不能因?yàn)楣?jié)省費(fèi)用將可燃、有毒氣體檢測(cè)信號(hào)都進(jìn)工藝裝置的SIS系統(tǒng)。因?yàn)镚DS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)不是一個(gè)保護(hù)層，根據(jù)IEC 61511-3《流程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全-確定要求的安全完整性等級(jí)的指南》關(guān)于工廠安全保護(hù)層的理念，如圖2所示，GDS系統(tǒng)屬于儀表減災(zāi)層及工廠應(yīng)急響應(yīng)和撤離層次，在裝置檢修甚至發(fā)生事故時(shí)應(yīng)依然發(fā)揮作用，指導(dǎo)人員撤離、救援和應(yīng)急處理。因此不可以與工藝SIS系統(tǒng)混用，但可以采用SIS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)GDS系統(tǒng)。不具備SIF功能的可以選用DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等。

3 應(yīng)用管理

3.1 常見(jiàn)問(wèn)題

a)目前報(bào)警儀制造商較多，各家品牌雜、質(zhì)量參差不齊，有些儀表零點(diǎn)漂移較為嚴(yán)重，常常導(dǎo)致誤報(bào)，另外備件儲(chǔ)備、替換困難，前期規(guī)劃時(shí)應(yīng)盡量統(tǒng)一品牌。

b)日常未定期校準(zhǔn)和按期檢定。應(yīng)按要求做好校準(zhǔn)和檢定臺(tái)賬記錄，列為日常規(guī)定動(dòng)作。

c)報(bào)警聲音未區(qū)分。這種情況在DCS中最為常見(jiàn)，生產(chǎn)過(guò)程報(bào)警和氣體報(bào)警儀聲音未做區(qū)分，報(bào)警時(shí)難以辨識(shí)和發(fā)揮報(bào)警提示作用。

d)未設(shè)置分布圖、畫(huà)面不集中。各報(bào)警儀分散到各個(gè)流程畫(huà)面中，沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)分布圖，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)位置與畫(huà)面不符等，不利于工藝人員查看和應(yīng)急處理。

e)報(bào)警值設(shè)置不合理。如某電石爐裝置CO報(bào)警值設(shè)置為32 mg/m3，但實(shí)際日常濃度都在報(bào)警狀態(tài)，報(bào)警儀長(zhǎng)期報(bào)警，導(dǎo)致操作人員、作業(yè)人員思想麻痹，2019年3月8日發(fā)生了CO大量泄漏時(shí)，人員沒(méi)有意識(shí)到情況的嚴(yán)重性，最終釀成多人中毒和1人死亡的慘痛教訓(xùn)。

圖2 IEC61511-3工廠安全保護(hù)模型

3.2 選型與安裝

現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警儀應(yīng)選用安全、可靠、先進(jìn)、適用的性能價(jià)格比合理的檢測(cè)器,并且必須是經(jīng)過(guò)國(guó)家指定機(jī)構(gòu)及授權(quán)檢驗(yàn)單位的計(jì)量器具制造認(rèn)證、防爆認(rèn)證和消防認(rèn)證的產(chǎn)品。檢測(cè)原理主要有電化學(xué)法、光學(xué)方法和電氣方法，根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的不同選擇不同的檢測(cè)器[6]。

檢測(cè)器的安裝位置應(yīng)該避免陽(yáng)光直射和遠(yuǎn)離灰塵環(huán)境, 在惡劣的環(huán)境下使用檢測(cè)器時(shí)應(yīng)加裝保護(hù)設(shè)施,選型與安裝具體依據(jù)GB/T 50493-2019[2]執(zhí)行。特別在諸如筒倉(cāng)內(nèi)部煤粉塵、濕度大的場(chǎng)合長(zhǎng)時(shí)間容易形成泥狀物，造成污染表體且腐蝕儀表密封圈造成儀表密封不良，此時(shí)可以選用分體式儀表。

控制系統(tǒng)的選用要著重考慮安全性和可靠性，表1是各控制系統(tǒng)的比較，新建和改造項(xiàng)目一般會(huì)優(yōu)先考慮DCS系統(tǒng)。

表1 各控制系統(tǒng)比較

3.3 報(bào)警值設(shè)定

GB/T 50493-2019規(guī)定可燃?xì)怏w和有毒氣體的檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)采用二級(jí)報(bào)警，二級(jí)報(bào)警優(yōu)先于一級(jí)報(bào)警，同一級(jí)別的報(bào)警中有毒氣體的報(bào)警優(yōu)先；GBZ/T 233-2009[7]的報(bào)警值分級(jí)設(shè)定，可設(shè)預(yù)報(bào)、警報(bào)、高報(bào)3級(jí)，至少可設(shè)定警報(bào)值和高報(bào)值2級(jí)，或者設(shè)定預(yù)報(bào)值和警報(bào)值2級(jí)。

GB/T 50493-2019規(guī)定：可燃?xì)怏w的一級(jí)報(bào)警設(shè)定值小于或等于25%爆炸下限，二級(jí)報(bào)警設(shè)定值小于或等于50%爆炸下限，測(cè)量范圍：0～100%爆炸下限。

有毒氣體報(bào)警值設(shè)置根據(jù)2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有所區(qū)別，GB/T 50493-2019規(guī)定：有毒氣體報(bào)警值一級(jí)報(bào)警宜小于或等于100%最高允許濃度/短時(shí)間接觸容許濃度；當(dāng)有毒氣體測(cè)量范圍不能滿(mǎn)足測(cè)量要求時(shí)，有毒氣體的測(cè)量范圍可為0～30%直接致害濃度；有毒氣體的二級(jí)報(bào)警設(shè)定值不得超過(guò)10%直接致害濃度值。例如根據(jù)CO特性，一級(jí)報(bào)警值設(shè)置為32 mg/m3，二級(jí)報(bào)警為182 mg/m3，當(dāng)然具體也可結(jié)合行業(yè)情況設(shè)置。

GBZ/T 233-2009規(guī)定：5.2.2 預(yù)報(bào)值為GBZ 2.1所規(guī)定的MAC的1/2或PC-STEL的1/2，無(wú)PC-STEL的物質(zhì)，為超限倍數(shù)值的1/2，5.2.3報(bào)警值為GBZ 2.1所規(guī)定的MAC或PC-STEL值，無(wú)PC-STEL的物質(zhì)，為超限倍數(shù)值，同樣以CO為例，則預(yù)報(bào)警值設(shè)置為16 mg/m3,報(bào)警值設(shè)置為32 mg/m3。

有毒氣體報(bào)警值的設(shè)置應(yīng)該根據(jù)有毒氣體及其毒性、人員情況、事故后果、工藝和設(shè)備以及氣象條件等，企業(yè)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)各種因素后確定，設(shè)置不當(dāng)會(huì)經(jīng)常誤報(bào)，反而不能起到報(bào)警作用，確保人身安全才是最終目的。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器的設(shè)置

實(shí)際應(yīng)用中現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器的設(shè)置有2種：采用自帶聲光報(bào)警的一體化可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測(cè)儀和獨(dú)立設(shè)置聲光報(bào)警器。

自帶聲光報(bào)警器的優(yōu)點(diǎn)是在現(xiàn)場(chǎng)可以很直觀地發(fā)現(xiàn)報(bào)警點(diǎn)，有利于維修和應(yīng)急處理人員迅速找到泄漏點(diǎn)；安裝簡(jiǎn)便，無(wú)需監(jiān)控系統(tǒng)另外發(fā)出啟動(dòng)控制信號(hào)。選型時(shí)要考慮閃光報(bào)警亮度和聲響，聲響選擇一般大于100 dB。

采用獨(dú)立設(shè)置的方式，可燃及有毒氣體檢測(cè)儀首先將檢測(cè)信號(hào)送至監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)檢測(cè)值達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)設(shè)在控制室和現(xiàn)場(chǎng)的聲光報(bào)警器同時(shí)報(bào)警，可以按區(qū)域設(shè)置或全廠集中設(shè)置，缺點(diǎn)是不易發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)泄漏點(diǎn)，一旦報(bào)警器故障則全部失聲。

4 結(jié)語(yǔ)

可燃、有毒氣體的檢測(cè)和報(bào)警是企業(yè)安全設(shè)施的重要組成部分，是保證人身安全的重要手段，也是重要的減災(zāi)、救援設(shè)施。按目前要求新建項(xiàng)目GDS系統(tǒng)必須獨(dú)立于過(guò)程控制系統(tǒng)，但是否一定要采用SIS系統(tǒng)值得進(jìn)一步探討，另外對(duì)現(xiàn)有GDS系統(tǒng)原設(shè)計(jì)和安全措施不完善的，如電源系統(tǒng)、控制器等不冗余的必須加以改造，并加強(qiáng)日常管理，特別是報(bào)警值的設(shè)定一定要慎重。