fgs在油田中心處理站的應(yīng)用

fgs在油田中心處理站的應(yīng)用

1fgs系統(tǒng)的應(yīng)用隨著hse（健康、安全、環(huán)保）設(shè)計理念的逐步普及，hse（fbs）的概念在現(xiàn)代權(quán)責(zé)公司的火災(zāi)和氣體檢測系統(tǒng)（fbs）中起著重要作用，應(yīng)防止和預(yù)防火災(zāi)、儲存、中毒和其他損失。文章結(jié)合阿爾及利亞TOUAT油田的原油中心處理站FGS的情況,淺談FGS的概念、系統(tǒng)組成和在原油處理裝置上的應(yīng)用。2現(xiàn)場圖像報警子系統(tǒng)fgsFGS的核心部件是經(jīng)過TüV/IEC安全認(rèn)證的二重化或三重化的可編程控制器(PLC),它獨(dú)立于DCS和其他子系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置,接受來自現(xiàn)場工藝裝置區(qū)的火災(zāi)、可燃?xì)怏w和有毒氣體探測器的信號及手動報警信號,經(jīng)過PLC邏輯運(yùn)算后,啟動報警系統(tǒng)并產(chǎn)生消防聯(lián)動和裝置的緊急停車。FGS主要由三部分組成:現(xiàn)場安裝的檢測探頭;建筑物內(nèi)安裝的檢測探頭;控制系統(tǒng)(卡件、端子和繼電器等)。3系統(tǒng)設(shè)置在cpf系統(tǒng),符合一般果汁的生產(chǎn)和使用要求。據(jù)專業(yè)分TOUAT油田位于阿爾及利亞南部,北非撒哈拉沙漠的西北部,在距離阿德拉爾市東部80km處,戈壁地表,夏季干燥酷熱,少雨,沙塵暴極為頻繁。60kt/a原油中心處理裝置CPF是TOUAT油田的主要生產(chǎn)裝置之一,該裝置主要包括油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)和發(fā)電站。由于裝置內(nèi)的操作介質(zhì)和生產(chǎn)物料為易燃、易爆物質(zhì),生產(chǎn)區(qū)域又遠(yuǎn)離城市,缺少消防機(jī)構(gòu)的依托,因此在CPF設(shè)置了FGS系統(tǒng),以保證CPF的安全可靠,并按以下要求選型。a)系統(tǒng)應(yīng)簡潔適用,盡量減少不必要的中間環(huán)節(jié)和避免系統(tǒng)外的干擾,保證系統(tǒng)可靠,力求易于掌握。b)FGS按照獨(dú)立原則要求,獨(dú)立于DCS單獨(dú)設(shè)置,其安全級別高于DCS,并要求和DCS進(jìn)行通訊。c)該FGS的主要結(jié)構(gòu)為控制器+工程師站+操作站,控制器的CPU、系統(tǒng)總線和卡件至少為二重化冗余容錯結(jié)構(gòu),安全等級達(dá)到TüVAK5或IECSIL3。d)軟件和硬件必須先進(jìn)可靠,并具有開放結(jié)構(gòu),軟硬件具有在線診斷功能。e)提供事件順序記錄功能。根據(jù)以上要求,最終確定采用三重冗余容錯功能的Tricon系統(tǒng)。4fgs介紹FGS的核心部件是Tricon系統(tǒng),同時還包括手操按鈕,各種探測器和報警器等。4.1火災(zāi)風(fēng)險報警手操按鈕是指手動火災(zāi)報警按鈕,它主要用于人工指示報警源,包括工藝故障、燃?xì)庑孤?、煙霧、火情以及任何可能導(dǎo)致工藝故障或人員傷害的危險情況。一般通過敲碎現(xiàn)場手操按鈕的玻璃蓋,來啟動火災(zāi)報警區(qū)域的聲光報警。在CPF共設(shè)置了19個手動火災(zāi)報警按鈕。4.2燃燒火焰的測器火焰探測器采用MODELFL3100紫外線/紅外線火焰探測器,它是三波段日盲式火焰探測器,能探測到由碳材料燃燒火焰所產(chǎn)生的紅外輻射。同時還采用了窄波段濾光器,以阻止不需要的光輻射(如太陽光),在CPF共有14個火焰探測器。4.3表現(xiàn)在聲光報警器中易燃?xì)怏w探測器采用的MODELS4000C型探測器,它包括取樣管和本地分析儀控制面板,空氣通過取樣管從區(qū)域中各點(diǎn)取出,并注入樣品室,經(jīng)過分析輸出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號。在CPF對于可燃?xì)怏w的檢測是根據(jù)泄漏的程度采取不同的動作。低泄漏(一般小于10%LEV),將只產(chǎn)生DCS報警通知操作工注意,而不啟動聲光報警器。對于高等級泄漏(特別是20%LEV),不僅要有DCS報警而且還將啟動CPF的聲光報警器。4.4泡沫滅火系統(tǒng)在CPF主要設(shè)置了儲罐噴淋系統(tǒng)和泡沫滅火系統(tǒng)。噴淋系統(tǒng)由6個氣缸閥和安裝在大罐上的水霧噴嘴組成。當(dāng)安裝在儲罐上的感溫電纜檢測到儲罐溫度升高時,FGS會輸出DO信號打開氣缸閥上的電磁閥,從而使氣缸閥打開,啟動噴淋系統(tǒng)。泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)置在儲罐周圍,主要是人工進(jìn)行操作。在CPF還設(shè)置了消防水泵和消防水罐,用于保證消防水的水壓正常。4.5超聲波清洗機(jī)在CPF設(shè)置了6個聲音報警器和6個閃光報警器。4.6強(qiáng)制系統(tǒng)4.6.1數(shù)據(jù)通訊以及實(shí)時顯示的設(shè)備工作原理Tricon系統(tǒng)是基于三重化模塊冗余結(jié)構(gòu)的故障容錯控制系統(tǒng),它的結(jié)構(gòu)形式是從輸入模塊經(jīng)處理器到輸出模塊為3個相互獨(dú)立并互相隔離的分支,每個分支并行地與其他2個分支獨(dú)立執(zhí)行控制程序,這種容錯技術(shù)使得單點(diǎn)的故障不會影響到其他2個分支的正常工作。同時,系統(tǒng)中所有的I/O信號都要經(jīng)過硬件的3取2表決。數(shù)字量輸入信號在DI模件中被分成隔離的3路,通過3個獨(dú)立的通道分別被送到3個主處理器中進(jìn)行3取2表決;經(jīng)糾正任何偏差后的數(shù)據(jù)通過3條I/O總線被送到DO模件,并在DO模件通過獲得專利的“方形表決電路”硬件進(jìn)行再次表決。同樣的模擬量輸入信號在AI模件中被分成隔離的3路,通過AI模塊上每一個分電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字量,用32位的協(xié)處理器進(jìn)行處理,每個主處理器采用選取中間值的算法讀取正確值,并糾正任何分電路中的偏差。主處理器輸出的模擬量信號在AO模塊中的模擬輸出選擇器中進(jìn)行選擇,以確保輸出信號的準(zhǔn)確。DI,DO模件均采用與現(xiàn)場光電隔離方式。系統(tǒng)對每個I/O模塊都有熱備,一旦主模塊發(fā)生故障,熱備模塊能立即投入使用,這樣就實(shí)現(xiàn)了在線修復(fù)系統(tǒng),而無需中斷生產(chǎn)。系統(tǒng)組態(tài)軟件采用TriStation1131,它遵守IEC1131標(biāo)準(zhǔn),在Windows2000平臺上運(yùn)行。通過Tristation1131組態(tài)軟件可以非常簡便地對用戶的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置,對具體的應(yīng)用程序進(jìn)行編程、編譯、下裝和在線修改,可以對所編程序進(jìn)行離線模擬,可以對系統(tǒng)的軟件和硬件狀態(tài)進(jìn)行在線診斷,可以根據(jù)實(shí)際需要對過程變量進(jìn)行強(qiáng)制等。工程師站內(nèi)置SOE功能,它以毫秒級的速率采集和記錄發(fā)生的事件,系統(tǒng)最多可記錄2×105條事件,可以方便地記錄故障報警,捕捉第一報警信息,為事故分析提供第一手詳實(shí)的信息;采集的SOE數(shù)據(jù)可實(shí)時存貯在硬盤的歷史中,并可通過打印機(jī)打印出來。Tricon系統(tǒng)安裝在中心控制室的機(jī)柜間里,包括1個8110主機(jī)架和4個8111擴(kuò)展機(jī)架,3塊3088主處理器,2塊4329網(wǎng)絡(luò)通信模塊(NCM),12塊3700EAI模塊,6塊3503E(24VDC)DI模塊和11塊3664DO模塊等,系統(tǒng)還包括1臺工程師站和1臺操作站。4.6.2原油罐體控制電路a)手操按鈕報警邏輯。通過在檢測回路中串入1kΩ電阻和并入2kΩ電阻,將開關(guān)量信號轉(zhuǎn)成模擬量信號,實(shí)現(xiàn)了回路的開路短路檢測,并將回路的FAULT報警顯示在DCS畫面上。b)火焰探測器報警邏輯。對于每個火焰探測器回路設(shè)置硬的報警切除開關(guān)和DCS軟的切除開關(guān),當(dāng)對火焰探頭進(jìn)行維護(hù)時,可以使用這些開關(guān)而不影響正常生產(chǎn)。同時,回路還具有開路短路檢測功能。c)氣體探測器報警邏輯。與火焰探測器的回路基本相同,并有兩個報警限(10%LEV和20%LEV),對于低濃度報警只是在DCS操作畫面上提醒操作工注意,對于高濃度報警參與到聯(lián)鎖和聲光報警。d)感溫電纜報警邏輯。在沉降罐和兩個原油儲罐上安裝有感溫電纜,當(dāng)罐體溫度升高時感溫電纜的電阻會變小,通過感溫電纜的就地盤LCP輸出1個開關(guān)量信號,指示報警的發(fā)生。e)噴淋系統(tǒng)控制邏輯?；芈分饕墙邮墁F(xiàn)場感溫電纜就地盤來的DI信號,然后輸出DO信號去控制氣缸閥的電磁閥,來實(shí)現(xiàn)啟動/停止噴淋系統(tǒng)。f)聲光報警控制邏輯。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或氣體泄漏時,會啟動現(xiàn)場的聲光報警器,而且聲光報警會持續(xù)15min,通過復(fù)位按鈕實(shí)現(xiàn)報警的確認(rèn)。4.6.3cpf典型邏輯介紹FGS的邏輯組態(tài)實(shí)際上就是利用Tristation1131軟件來定義輸入信號對輸出信號的影響,其邏輯組態(tài)的基礎(chǔ):火災(zāi)和氣體檢測儀表平面布置圖;火災(zāi)和氣體檢測聯(lián)鎖邏輯圖;火災(zāi)和氣體檢測因果表;火災(zāi)和氣體檢測儀表I/O數(shù)據(jù)表。下面介紹應(yīng)用于CPF的一些典型邏輯。a)報警的投入和切除。對現(xiàn)場探頭進(jìn)行維護(hù)時,為了防止誤報,在報警邏輯中添加了報警的投入和切除按鈕,其典型的邏輯關(guān)系如圖1所示。其中消防樓組開關(guān)和主控室組開關(guān)分別安裝在消防樓和主控制室的輔助操作臺上,對于同一類型的探頭,設(shè)置一個組開關(guān)。旁路開關(guān)是DCS的軟按鈕。當(dāng)對探頭進(jìn)行維護(hù)時,只要將組開關(guān)和旁路開關(guān)同時置在切除位置就可以了。b)報警的復(fù)位。通常情況下當(dāng)多個探頭報警時,會去觸發(fā)聲光報警。為了防止誤報或重復(fù)報警,即使輸入信號恢復(fù)到正常值后,系統(tǒng)也不應(yīng)結(jié)束報警,往往是待操作員確認(rèn)系統(tǒng)正常后,由人工復(fù)位使系統(tǒng)恢復(fù),其典型的邏輯如圖2所示。其中RS觸發(fā)器是R優(yōu)先的觸發(fā)器,保證了只要報警條件成立,復(fù)位按鈕就不起作用。4.6.4進(jìn)行通訊通訊在實(shí)際應(yīng)用中,要求將FGS中的相關(guān)I/O狀態(tài)和儀表設(shè)備的報警和故障信號送到DCS,以便在操作畫面上顯示,這就要求FGS和DCS要進(jìn)行通訊。在CPF,DCS采用了I/A系統(tǒng),它們之間的通訊主要是通過TSAA(TriconexSystemAccessApplication)協(xié)議以UDP/IP方式完成的。在I/A系統(tǒng)中有一塊專門用于通訊的FBM-233卡,通過在其上安裝Triconex提供的驅(qū)動程序并指定它的I/P地址(和Tricon的節(jié)點(diǎn)定義在同一個網(wǎng)段里面),I/A系統(tǒng)的控制器就可以與Tricon系統(tǒng)進(jìn)行通訊。4.6.5氣體和火災(zāi)風(fēng)險ESD也是安全系統(tǒng),它負(fù)責(zé)對整個裝置的安全生產(chǎn)極限變量進(jìn)行監(jiān)控,在事故狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)裝置的安全停車。雖然ESD和FGS分工不同,但是兩者又是密不可分的。因?yàn)楫?dāng)探測到有可燃?xì)怏w或者有毒氣體泄漏時,說明生產(chǎn)過程出現(xiàn)了問題;當(dāng)探測到火災(zāi)時,火災(zāi)的發(fā)生可能引起裝置的爆炸。為了保護(hù)生產(chǎn)裝置的安全,防止釀成更大的事故,要求ESD在此時也做出安全聯(lián)鎖反應(yīng),這就要求FGS將火災(zāi)和氣體報警信號及時傳給ESD,使ESD采取緊急措施。為了實(shí)現(xiàn)上述功能并減少系統(tǒng)之間的通訊,在CPF沒有設(shè)置專門的