fgs在油田中心处理站的应用

fgs在油田中心处理站的应用

1fgs系统的应用随着hse（健康、安全、环保）设计理念的逐步普及，hse（fbs）的概念在现代权责公司的火灾和气体检测系统（fbs）中起着重要作用，应防止和预防火灾、储存、中毒和其他损失。文章结合阿尔及利亚TOUAT油田的原油中心处理站FGS的情况,浅谈FGS的概念、系统组成和在原油处理装置上的应用。2现场图像报警子系统fgsFGS的核心部件是经过TÜV/IEC安全认证的二重化或三重化的可编程控制器(PLC),它独立于DCS和其他子系统单独设置,接受来自现场工艺装置区的火灾、可燃气体和有毒气体探测器的信号及手动报警信号,经过PLC逻辑运算后,启动报警系统并产生消防联动和装置的紧急停车。FGS主要由三部分组成:现场安装的检测探头;建筑物内安装的检测探头;控制系统(卡件、端子和继电器等)。3系统设置在cpf系统,符合一般果汁的生产和使用要求。据专业分TOUAT油田位于阿尔及利亚南部,北非撒哈拉沙漠的西北部,在距离阿德拉尔市东部80km处,戈壁地表,夏季干燥酷热,少雨,沙尘暴极为频繁。60kt/a原油中心处理装置CPF是TOUAT油田的主要生产装置之一,该装置主要包括油系统、气系统和发电站。由于装置内的操作介质和生产物料为易燃、易爆物质,生产区域又远离城市,缺少消防机构的依托,因此在CPF设置了FGS系统,以保证CPF的安全可靠,并按以下要求选型。a)系统应简洁适用,尽量减少不必要的中间环节和避免系统外的干扰,保证系统可靠,力求易于掌握。b)FGS按照独立原则要求,独立于DCS单独设置,其安全级别高于DCS,并要求和DCS进行通讯。c)该FGS的主要结构为控制器+工程师站+操作站,控制器的CPU、系统总线和卡件至少为二重化冗余容错结构,安全等级达到TÜVAK5或IECSIL3。d)软件和硬件必须先进可靠,并具有开放结构,软硬件具有在线诊断功能。e)提供事件顺序记录功能。根据以上要求,最终确定采用三重冗余容错功能的Tricon系统。4fgs介绍FGS的核心部件是Tricon系统,同时还包括手操按钮,各种探测器和报警器等。4.1火灾风险报警手操按钮是指手动火灾报警按钮,它主要用于人工指示报警源,包括工艺故障、燃气泄漏、烟雾、火情以及任何可能导致工艺故障或人员伤害的危险情况。一般通过敲碎现场手操按钮的玻璃盖,来启动火灾报警区域的声光报警。在CPF共设置了19个手动火灾报警按钮。4.2燃烧火焰的测器火焰探测器采用MODELFL3100紫外线/红外线火焰探测器,它是三波段日盲式火焰探测器,能探测到由碳材料燃烧火焰所产生的红外辐射。同时还采用了窄波段滤光器,以阻止不需要的光辐射(如太阳光),在CPF共有14个火焰探测器。4.3表现在声光报警器中易燃气体探测器采用的MODELS4000C型探测器,它包括取样管和本地分析仪控制面板,空气通过取样管从区域中各点取出,并注入样品室,经过分析输出相应的标准信号。在CPF对于可燃气体的检测是根据泄漏的程度采取不同的动作。低泄漏(一般小于10%LEV),将只产生DCS报警通知操作工注意,而不启动声光报警器。对于高等级泄漏(特别是20%LEV),不仅要有DCS报警而且还将启动CPF的声光报警器。4.4泡沫灭火系统在CPF主要设置了储罐喷淋系统和泡沫灭火系统。喷淋系统由6个气缸阀和安装在大罐上的水雾喷嘴组成。当安装在储罐上的感温电缆检测到储罐温度升高时,FGS会输出DO信号打开气缸阀上的电磁阀,从而使气缸阀打开,启动喷淋系统。泡沫灭火系统设置在储罐周围,主要是人工进行操作。在CPF还设置了消防水泵和消防水罐,用于保证消防水的水压正常。4.5超声波清洗机在CPF设置了6个声音报警器和6个闪光报警器。4.6强制系统4.6.1数据通讯以及实时显示的设备工作原理Tricon系统是基于三重化模块冗余结构的故障容错控制系统,它的结构形式是从输入模块经处理器到输出模块为3个相互独立并互相隔离的分支,每个分支并行地与其他2个分支独立执行控制程序,这种容错技术使得单点的故障不会影响到其他2个分支的正常工作。同时,系统中所有的I/O信号都要经过硬件的3取2表决。数字量输入信号在DI模件中被分成隔离的3路,通过3个独立的通道分别被送到3个主处理器中进行3取2表决;经纠正任何偏差后的数据通过3条I/O总线被送到DO模件,并在DO模件通过获得专利的“方形表决电路”硬件进行再次表决。同样的模拟量输入信号在AI模件中被分成隔离的3路,通过AI模块上每一个分电路的模数转换器把模拟量转换成12位的数字量,用32位的协处理器进行处理,每个主处理器采用选取中间值的算法读取正确值,并纠正任何分电路中的偏差。主处理器输出的模拟量信号在AO模块中的模拟输出选择器中进行选择,以确保输出信号的准确。DI,DO模件均采用与现场光电隔离方式。系统对每个I/O模块都有热备,一旦主模块发生故障,热备模块能立即投入使用,这样就实现了在线修复系统,而无需中断生产。系统组态软件采用TriStation1131,它遵守IEC1131标准,在Windows2000平台上运行。通过Tristation1131组态软件可以非常简便地对用户的系统进行设置,对具体的应用程序进行编程、编译、下装和在线修改,可以对所编程序进行离线模拟,可以对系统的软件和硬件状态进行在线诊断,可以根据实际需要对过程变量进行强制等。工程师站内置SOE功能,它以毫秒级的速率采集和记录发生的事件,系统最多可记录2×105条事件,可以方便地记录故障报警,捕捉第一报警信息,为事故分析提供第一手详实的信息;采集的SOE数据可实时存贮在硬盘的历史中,并可通过打印机打印出来。Tricon系统安装在中心控制室的机柜间里,包括1个8110主机架和4个8111扩展机架,3块3088主处理器,2块4329网络通信模块(NCM),12块3700EAI模块,6块3503E(24VDC)DI模块和11块3664DO模块等,系统还包括1台工程师站和1台操作站。4.6.2原油罐体控制电路a)手操按钮报警逻辑。通过在检测回路中串入1kΩ电阻和并入2kΩ电阻,将开关量信号转成模拟量信号,实现了回路的开路短路检测,并将回路的FAULT报警显示在DCS画面上。b)火焰探测器报警逻辑。对于每个火焰探测器回路设置硬的报警切除开关和DCS软的切除开关,当对火焰探头进行维护时,可以使用这些开关而不影响正常生产。同时,回路还具有开路短路检测功能。c)气体探测器报警逻辑。与火焰探测器的回路基本相同,并有两个报警限(10%LEV和20%LEV),对于低浓度报警只是在DCS操作画面上提醒操作工注意,对于高浓度报警参与到联锁和声光报警。d)感温电缆报警逻辑。在沉降罐和两个原油储罐上安装有感温电缆,当罐体温度升高时感温电缆的电阻会变小,通过感温电缆的就地盘LCP输出1个开关量信号,指示报警的发生。e)喷淋系统控制逻辑。回路主要是接受现场感温电缆就地盘来的DI信号,然后输出DO信号去控制气缸阀的电磁阀,来实现启动/停止喷淋系统。f)声光报警控制逻辑。当发生火灾或气体泄漏时,会启动现场的声光报警器,而且声光报警会持续15min,通过复位按钮实现报警的确认。4.6.3cpf典型逻辑介绍FGS的逻辑组态实际上就是利用Tristation1131软件来定义输入信号对输出信号的影响,其逻辑组态的基础:火灾和气体检测仪表平面布置图;火灾和气体检测联锁逻辑图;火灾和气体检测因果表;火灾和气体检测仪表I/O数据表。下面介绍应用于CPF的一些典型逻辑。a)报警的投入和切除。对现场探头进行维护时,为了防止误报,在报警逻辑中添加了报警的投入和切除按钮,其典型的逻辑关系如图1所示。其中消防楼组开关和主控室组开关分别安装在消防楼和主控制室的辅助操作台上,对于同一类型的探头,设置一个组开关。旁路开关是DCS的软按钮。当对探头进行维护时,只要将组开关和旁路开关同时置在切除位置就可以了。b)报警的复位。通常情况下当多个探头报警时,会去触发声光报警。为了防止误报或重复报警,即使输入信号恢复到正常值后,系统也不应结束报警,往往是待操作员确认系统正常后,由人工复位使系统恢复,其典型的逻辑如图2所示。其中RS触发器是R优先的触发器,保证了只要报警条件成立,复位按钮就不起作用。4.6.4进行通讯通讯在实际应用中,要求将FGS中的相关I/O状态和仪表设备的报警和故障信号送到DCS,以便在操作画面上显示,这就要求FGS和DCS要进行通讯。在CPF,DCS采用了I/A系统,它们之间的通讯主要是通过TSAA(TriconexSystemAccessApplication)协议以UDP/IP方式完成的。在I/A系统中有一块专门用于通讯的FBM-233卡,通过在其上安装Triconex提供的驱动程序并指定它的I/P地址(和Tricon的节点定义在同一个网段里面),I/A系统的控制器就可以与Tricon系统进行通讯。4.6.5气体和火灾风险ESD也是安全系统,它负责对整个装置的安全生产极限变量进行监控,在事故状态下实现装置的安全停车。虽然ESD和FGS分工不同,但是两者又是密不可分的。因为当探测到有可燃气体或者有毒气体泄漏时,说明生产过程出现了问题;当探测到火灾时,火灾的发生可能引起装置的爆炸。为了保护生产装置的安全,防止酿成更大的事故,要求ESD在此时也做出安全联锁反应,这就要求FGS将火灾和气体报警信号及时传给ESD,使ESD采取紧急措施。为了实现上述功能并减少系统之间的通讯,在CPF没有设置专门的