技能培训专题 化工过程控制和检测技术.doc

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1、第17讲化工过程控制和检测技术 第六节化工过程控制和检测技术 六、检测报警设施安全技术 检测报警设施包括：压力、温度、液位、组分等报警设施，可燃气体和有毒气体检测报警系统，便携式可燃气体和有毒气体检测报警器，火灾报警系统，氧气检测报警器，放射源检测报警器，静电测试仪器（电荷密度计、静电电压表），漏油检测报警器，对讲机，报警电话，电视监视系统等。 （一）可燃气体和有毒气体检测报警系统 设置可燃气体和有毒气体检测报警系统的目的是检测泄漏的可燃气体和有毒气体的浓度并及时报警，预防人身伤害以及火灾与爆炸事故的发生，根据石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范（GB50493）规定，可燃气体是指甲类可

2、燃气体或甲、乙A类可燃液体汽化后形成的可燃气体，有毒气体是指高毒物品目录（卫法监发2003142号）中所列的有毒蒸气或有毒气体，常见的有二氧化氮、硫化氢、苯、氧化氢、氨、氯气、一氧化碳、丙烯腈、氯乙烯、光气等。 工作场所有毒气体检测报警装置设置规范（GBZ/T223）则明确了有毒气体检测报警装置的设置要求。 （1）在生产或使用可燃气体及有毒气体的工艺装置和储运设施的区域内，对可能发生可燃气体和有毒气体的泄漏进行探测时，应按下列规定设置可燃气体和有毒气体检（探）测器。 可燃气体或含有毒气体的可燃气体泄漏时，可燃气体浓度可能达到25%爆炸下限，但有毒气体不能达到最高容许浓度时，应设置可燃气体检（探

3、）测器。 有毒气体或含有可燃气体的有毒气体泄漏时，有毒气体浓度可能达到最高容许浓度，但可燃气体浓度不能达到25%爆炸下限时，应该设置有毒气体（探）检测器。 可燃气体与有毒气体同时存在的场所，可燃气体浓度可能达到25%爆炸下限，有毒气体的浓度也可能达到最高容许浓度时，应分别设置可燃气体和有毒气体检（探）测器。 同一种气体，既属可燃气体又属有毒气体时，应只设置有毒气体检（探）测器。 （2）可燃气体和有毒气体的检测系统应采用两级报警。 可燃气体和有毒气体检测的一级报警为常规的气体泄漏警示报警，提示操作人员及时到现场巡检。当可燃气体和有毒气体浓度达到二级报警值时，提示操作人员应采用紧急处理措施。当需要

4、采用联动保护时，二级报警的输出接点信号可供使用。 现场发生可燃气体和有毒气体泄漏事故时，为了保护现场工作人员的身体健康，对同时发出的有毒气体和可燃气体的检测报警信号的处理，应遵循二级报警优先于一级报警；属同一报警级别时，有毒气体的报警级别优先的原则。 （3）工艺有特殊需要或在正常运行时人员不得进入的危险场所，宜对可燃气体和有毒气体释放源进行连续检测、指示、报警，并对报警进行记录或打印，以便随时观察发展趋势和留作档案资料。 （4）通常情况下，工艺装置或储运设施的控制室、现场操作室是操作人员常驻和能够采取措施的场所。现场发生可燃气体和有毒气体泄漏事故时，报警信号应使现场报警器报警，提示现场人员采取

5、措施。同时，报警信号发送至操作人员常驻的控制室、现场操作室等进行报警，有利于控制室、现场操作室的操作人员及时采取措施。 （5）装置区域内现场报警器的布置应根据装置区的面积、设备及建（构）筑物的布置、释放源的理化性质和现场空气流动特点综合确定。当现场仅只需要布置数量有限的可燃气体和有毒气体检（探）测器时，在不影响现场报警效果的条件下，现场报警器可与可燃气体和有毒气体报警器探头合体设置。当现场需要布置数量众多的可燃气体和有毒气体检（探）测器时，现场报警器应与可燃气体和有毒气体检（探）测器分离设置，并根据现场情况，提出声光警示要求，分区布置。为了提示现场工作人员，现场报警器常选用声级为105dB（A

6、）的音响器，在高噪声区噪声超过85dB（A）及生产现场主要出入口处，通常还设立旋光报警灯。 （6）可燃气体检（探）测器应采用经国家指定机构或其授权检验单位的计量器具制造认证、防爆性能认证和消防认证的产品。国家法规有要求的有毒气体检（探）测器应采用经国家指定机构或其授权检验单位的计量器具制造认证的产品。其中，防爆型有毒气体检（探）测器还应采用经国家指定机构或其授权检验单位的防爆性能认证的产品。目前，强制检定的工作计量器具目录中所列的必须经国家计量器具制造认证的有毒气体检测器只有二氧化硫、硫化氢、一氧化碳等几种产品。对于国家法规要求进行检测的有毒气体而言，并非所有的有毒气体检测器都须经国家指定机构

7、及授权检验单位的计量器具制造认证。 （7）可燃气体和有毒气体检（探）测器，应采用固定式。 固定式可燃气体和有毒气体报警器是指在现场长期固定安装的气体检测装置； 移动式可燃气体和有毒气体报警器是指能从一处移动到另一处，并可以在现场短期固定安装的气体检测报警装置； 便携式可燃气体和有毒气体报警器是指可以随身携带并在携带过程中完成检测报警任务的气体检测报警装置。 对于一些不具备设置固定式可燃气体和有毒气体检（探）测器的场所，例如：环境温度过高；环境温度过低；或在正常情况下视为非爆炸或无毒区，生产检修时可能为爆炸或有毒危险区等，受检测产品的性能所限，通常可以安装移动式可燃气体和有毒气体检测报警器，以确

8、保生产和维护的安全需要。 （8）可燃气体和有毒气体检测报警系统宜独立设置。独立设置是指可燃气体和有毒气体检测报警系统的检测与发出报警信号的功能，不受对应装置生产控制仪表系统故障的影响。 （9）便携式可燃气体和有毒气体检测报警器的配备，应根据生产装置的场地条件，工艺介质的易燃易爆特性及毒性，以及操作人员的数量等综合确定。受生产现场场地条件和气象条件所限，可燃气体和有毒气体检（探）测器的设置常常难以反映出释放源的准确地点和方位，为保障人身安全，对于在现场巡检和操作的工作人员，配备便携式可燃气体和有毒气体检（探）测仪可提高安全工作效率。 （10）现场固定安装的可燃气体和有毒气体检测报警系统，宜采用不

9、间断电源（UPS）供电。加油站、加气站、分散或独立的有毒及易燃易爆品的经营设施，其可燃气体和有毒气体检测报警系统可采用普通电源供电。 （二）检（探）测点的确定 可燃气体和有毒气体检（探）测器的检（探）测点，应据气体的理化性质、释放源的特性、生产场地布置、地理条件、环境气候、操作巡检路线等条件，选择气体易于积聚和便于采样检测之处布置。 对于工艺装置、储运设施、其他有可燃气体、有毒气体的扩散与积聚场所可燃气体与有毒气体检（探）测点的确定，石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范（GB50493）都给了明确的规定，具体可参考该标准。 （三）检（探）测器和指示报警设备的选用 1.检（探）测器的选用

10、可燃气体和有毒气体检（探）测器是常用的精密检测分析仪表，为了保证现场检测数据的可靠性，设计选型时，应根据现场的环境条件提出对产品的技术性能要求。检（探）测器的选用，应考虑使用环境温度，以及被检测的气体同安装环境中可能存在的其他气体的交叉影响，并结合现场环境特征，考虑检（探）测器的防水、防腐、防潮、防尘、防爆和抗防电磁干扰等要求。 2.指示报警设备的选用 指示报警设备能为可燃气体和有毒气体检（探）测器及所连接的其他部件供电，能直接或间接地接收可燃气体和有毒气体检（探）测器及其他报警触发部件的报警信号，发出声光报警信号，并予以保持。声光报警信号应能手动消除，再次有报警信号输入时仍能发出报警。 （四

11、）检（探）测器和指示报警设备的安装 （1）检测比空气重的可燃气体检（探）测器，其安装高度应距地坪（或楼地板）0.30.6m。检测比空气重的有毒气体的检（探）测器，应靠近、泄漏点，其安装高度应距地坪（或楼地板）0.30.6m。过低易造成因雨水淋、溅，对检（探）测器的损害；过高则超出了比空气重的气体易于积聚的高度。相对气体密度大于0.97kg/m 3（标准状态下）的即认为比空气重，相对气体密度小于0.97kg/m 3（标准状态下）的即认为比空气轻。 （2）检测比空气轻的可燃气体（如甲烷和城市煤气时），检（探）测器高出释放源所在高度0.52m，且与释放源的水平距离适当减小至5m以内，可以尽快地检测到

12、可燃气体。当检测指定部位的氢气泄漏时，检（探）测器宜安装在释放源周围及上方1m的范围内，太远则由于氢气的迅速扩散上升，起不到检测效果。检测与空气相对分子质量接近且极易与空气混合的有毒气体（如一氧化碳和氰化氢）时，检（探）测器应安装在距释放源上下1m的高度范围内；有毒气体比空气稍轻时，检（探）测器安装在释放源上方，有毒气体比空气稍重时，检（探）测器安装在释放源下方；检（探）测器距释放源的水平距离不超过1m为宜。 （3）检（探）测器应安装在无冲击、无振动、无强电磁场干扰、易于检修的场所，安装探头的地点与周边管线或设备之间应留有不小于0.5m的净空和出入通道。检（探）测器的安装与接线技术要求应符合制

13、造厂的规定，并应符合爆炸危险环境电力装置设计规范（GB50058）的规定。 （4）指示报警设备应安装在有人值守的控制室、现场操作室等内部，现场报警器应就近安装在检（探）测器所在的区域。 （五）气体报警器的维护及注意事项 （1）使用可燃气体和有毒气体检测报警器的企业，应配备必要的标定设备及标准气体。 （2）采用多点式指示报警器或信号引入系统时，应具有相对独立、互不影响的报警功能，并能区分和识别报警场所的位号。 （3）日常巡回检查时，要检查指示、报警是否工作正常，检查检测器是否意外进水。 （4）根据环境条件和仪表工作状况，定期通气，检查和试验检测报警器是否正常。 （5）可燃气体和有毒气体检测报警器

14、的检定按照可燃气体检测报警器（JJG693）、硫化氢气体检测仪检定规程（JJG695）等的要求进行。可燃气体和有毒气体检测报警器检查校准每季度一次。可燃气体和有毒气体检测报警器的检定由有资质单位按国家强检规定每年进行一次。检查、检定人员应取得有效的资格证书。 （6）可燃气体和有毒气体检测报警器的移位、停运、拆除、停用，必须由相应主管部门审批后方可实施。维护单位拆修在用可燃气体和有毒气体检测报警器时，必须通知使用单位，应在24h内修复；若不能修复，必须通知使用单位，并上报相关部门备案。 七、安全仪表系统 安全仪表系统（safety instrumented system,SIS）包括仪表保护系统

15、（instrument protection system,IPS）、安全联锁系统（safety interlocking system,SIS）、紧急停车系统（emergency shut-down system,ESD）。 （一）安全仪表系统的组成 1.安全仪表系统的作用 SIS既可以降低事故发生的概率，又能监视生产过程的状态，在危险条件出现时采取相应的保护措施，以防止危险发生，避免潜在风险损害人身安全、设备损失、环境污染等。 在装置稳定运行时，一个现代石化装置的典型保护层见表2-19。 表2 -19化工装直为安全所设直的保护层 层次 名称 说明 第一层 过程设计 过程设计实现本质安全 第

16、二层 基本过程控制系统（BPCS） 如DCS ，以正常运行的监控为目的 第三层 区别于BPCS 的重要报警 操作人员介入需要有一定的操作裕度 第四层 安全仪表系统 系统自动地使工厂安全停车 第五层 物理保护层（一） 如安全阀泄压、过压保护系统第六层 物理保护层（ 二） 将泄漏液体局限在局部区域的防护堤 第七层 工厂内部紧急应对计划 工厂内部的应急计划 第八层 周边区域防灾计划 周边居民、公共设施的应急计划 保护层对风险降低的作用如图2-24所示。 由表2-19及图2-24可知，第二层至第四层的保护都是用自控和仪表系统来实现的。SIS处于仪表系统的最后一层保护，其作用更是至关重要。在事故和故障状

17、态下，SIS能够使装置安全停车并且处于安全模式下。因此，安全仪表系统本身必须是故障安全型的，要求系统的硬件和软件有很高的可靠性。 3.安全完整性等级的划分 为满足安全相关系统达到必要的风险降低，用一系列离散的等级，来满足分配到安全相关系统的安全完整性要求。IEC61508中规定了4种安全完整性等级，安全完整性等级1为最低，安全完整性等级4为最高，见表2-20。 表2 -20安全完整性等级 安全完整性等级 平均失效概率 减少风险 1102101 10100 2103102 1001000 3104103 100010000 4105104 10000100000 （二）紧急停车系统 紧急停车系统

18、（emergency shut-down system,ESD），是一种专门的仪表保护系统，具有很高的可靠性和灵活性，当生产装置出现紧急情况时，保护系统能在允许的时间内作出响应，及时地发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护。 （三）仪表联锁保护系统 仪表联锁保护系统是指按装置的工艺过程要求和设备要求，使相应的执行机构动作，或自动启动备用系统，或实现安全停车。联锁保护系统既能保护装置和设备的正常开、停、运转，又能在工艺过程出现异常情况时，按规定的程序保证安全生产，实现紧急操作（切断或排放）、安全停车、紧急停车或自动投入备用系统。危险化学品生产企业应按照相关规范的要求设置过程控制、安全仪表及联锁

19、系统，并满足石油化工安全仪表系统设计规范（GB/T50770）的要求。仪表联锁保护系统包括紧急停车系统（ESD）、安全仪表系统（SIS）、安全停车系统（SSD）、安全保护系统（SPS）、逻辑运算器、继电器等。 1.联锁保护系统的技术要求 （3）联锁保护装置原则上独立设置，检测元件、执行机构、逻辑运算器原则上也独立设置，关键工艺参数的检测元件常按“三取二”联锁方案配置。 （4）联锁保护系统设置有手动复位开关，当联锁动作后，必须进行手动复位才能重新投运，有时复位开关还设置在现场或执行器上。 （5）紧急停车的联锁保护系统具有手动停车功能，以确保在出现操作事故、设备事故、联锁失灵的异常状态时实现紧急停

20、车。 （6）联锁保护系统中的相关设备应设立明显的警示标识。凡是紧急停车按钮、开关，一定要设有适当护罩。 （7）重要的执行机构要具有安全措施，一旦能源中断，使执行机构趋向并进入的最终（或所处）位置能确保工艺过程和设备处于安全状态。 （8）联锁保护系统动作时，同时伴有声光报警；灯光显示应采用闪光、平光或熄灭表示报警顺序的不同状态。红色灯光表示越限报警或紧急状态，黄色灯光表示预报警，绿色灯光表示运转设备或过程变量正常。联锁报警常与其他工艺变量共用信号报警系统，因此也能进行消声、确认和试验。 （9）部分联锁保护系统设有投入解除开关（或钥匙型转换开关）。解除位置时，联锁保护系统则失去保护功能，并设有明显标志显示其状态，系统应有相应记录；联锁保护系统中部分重要联锁参数通常还设有旁路开关，井设有明显标志显示其状态，系统也应有相应记录。 （10）联锁保护系统还具有延时、缓冲、记忆、保持、选择、触发及第一原因识别等功能。在联锁保护装置中还有信息存储、事故打印等功能。 （11）在爆炸危险场所的联锁保护系统，按防爆要求采取合理的正压防爆、隔离防爆或本安防爆等措施，与非危险区电信号（或供电）连接，还设有合理的隔离设施。检测元件及执行器在室外安装时，一般具有全天候的外壳和敷线保护。