化工生产过程中如何正确使用现场设置的GDS检测报警系统

化工生产过程中如何正确使用现场设置的GDS检测报警系统一、背景和事故案例在化工生产装置及辅助设施内不可避免会存在很多可燃气体和有毒气体释放源。为防止可能产生的人身伤害及火灾爆开事故的发生，保障企业安全生产，需在可能泄漏或聚集可燃气体、有毒气体的地方，设置气体检测报警仪，并将信号上传至显示报警控制单元。当现场存在危险时，可以及时预警。这一整套系统即可燃气体和有毒气体检测报警系统GasDetectionSystem（以下简称GDS系统），它的组成部分，一般包括探测器、报警器和报警控制单元。GDS在工业应用中非常广泛，历史上有些企业因为管理人员对GDS的不够重视而发生了多起惨痛的事故教训。如2011年1月，新疆生产建设兵团大黄山鸿基焦化有限公司的煤气中毒事故。在试生产过程中，合成车间脱碳泵房内发生煤气中毒事故，造成3人死亡，1人轻伤。事故间接原因是：冷凝液管线连接饱和塔进口处选用单道闸阀，导淋未设置在室外，脱碳泵房内有管线与有煤气的装置连通，室内未设置有毒有害气体报警器GDS，具体工艺管道流程示意图如下图1所示。图1

冷凝液泵至饱和塔工艺管道流程示意图GDS系统的功能就是就是实时监测各泄漏源状况，当出现泄漏危险时，主动提醒相关操作人员，同时相关人员需要按照操作规程或应急响应步骤来进行操作，以达到消除或减少隐患以保证安全生产的作用。二、GDS的法规依据及其系统演变在法规上，《中华人民共和国安全生产法》第三十六条第一款、第三款：安全设备的设计、制造、安装、使用、检测、维修、改造和报废，应当符合国家标准或者行业标准。生产经营单位必须对安全设备进行经常性维护、保养，并定期检测，保证正常运转。维护、保养、检测应当做好记录，并由有关人员签字。生产经营单位不得关闭、破坏直接关系生产安全的监控、报警、防护、救生设备、设施，或者簒改、隐瞒、销毁其相关数据、信息。《危险化学品生产企业安全生产许可证实施办法》第9条第1款第3项，企业的厂房、作业场所、储存设施和安全设施、设备、工艺应当符合下列要求：涉及易燃易爆、有毒有害气体化学品的场所装设易燃易爆、有毒有害介质泄漏报警等安全设施。《化工和危险化学品生产经营单位重大生产安全事故隐患判定标准（试行）》第12条的重大隐患判断规则：涉及可燃和有毒气体泄漏的场所，未按国家标准设置检测报警装置，爆炸危险场所未按国家标准安装使用防爆电气设备。另外在规范上，《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2018）第4.6.11条要求在使用甲类气体或甲、乙A类液体的装置内按区域控制和重点控制相结合的原则，设置可燃气体报警器探头。《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》（GB/T50493-2019）3.0.1中要求在生产或使用可燃气体及有毒气体的生产设施及储运设施的区域内，泄漏气体中可燃气体改度可能达到报警设定值时，应设置可燃气体探测器;泄漏气体中有毒气体改度可能达到报警设定值时，应设置有毒气体探测器等。上述的法律和规范在相关条款上，明确了GDS的设计要求，以及在使用和日常的维护方面，需要保持该系统的有效性和功能性。接下来，笔者根据个人的工作心得和实践，对设置GDS的法规依据，探头的选择原则，GDS与BPCS和SIS之间的关系，以及GDS在运营期间和日常维护的关注点等方面跟大家进行分享，其中GB/T50493-2019中已经明确的内容如气体探头的点位设计，安装位置和设备选型等内容本文将不再赘述。

三、GDS设计时考虑的适用气体种类及探头的选择原则可燃气体包括与空气混合物的爆炸下限<10%（体积）的甲类可燃气体，或甲、乙A类可燃液体气化后形成的可燃气体或可燃蒸气，具体的气体范围与石油化工企业设计防火标准GB50160-2018的定义一致。对于有毒气体，一般指劳动者在职业活动过程中，通过皮肤接触或呼吸可导致死亡或永久性健康伤害的毒性气体或毒性蒸气，下图2是笔者在参考相关规范整理的规范清单，它可以帮助我们查找和判断该气体是否属于要设立有毒气体探头的标准依据。除GBZ/T223-2009和GBZ2.1-2019可以参考选用外，其他列出的规范，在我们石油化工企业都应该按要求严格执行。图2

有毒气体适用法规导图需要设置可燃气体和（或）有毒气体检测点的区域：1.气体压缩机和液体泵的动密封；2.液体采样口和气体采样口；3.液体排液（水）口和放空口；4.经常拆卸的法兰和经常操作的阀门组。对于空旷而高处的释放源，编制单位的专家们答复认为如果泄漏量不足、体量小，如储罐顶的呼吸阀等，它因为不会形成危险性环境，则可以不用设探头。对于第3点，根据新版的SY/T6503-2022规定的有些放空口，如容器顶部放空口、位于高处安全阀的放空口、放空立管、分析小屋的顶部放散口、气液联动执行机构的放空口等，因为装置的扩散条件较好，气体一般不易积聚，这样就明确在这些设施和区域也不需要设置可燃和有毒气体探测器。另关于第4点，大家交流的比较热烈，依据全国化工自控设计技术中心站2020年9月的会议纪要，明确提出“经常拆卸、经常操作”是指根据工艺操作需要，每班或每天都要进行拆卸或操作的法兰或阀门组。人孔、盲板等属于不经常操作的法兰，装置或设备的隔离阀、调节阀前后的手动切断阀和手动旁路阀等属于不经常操作的阀门。从概率上说，经常操作的阀门，泄漏概率远大于事故状态才动作的隔离阀。因此，经常操作的液体采样口和气体采样口、液体（气体）排液口和放空口、经常拆卸的法兰和经常操作的阀门组，是需要设探测器的。仪表调节阀是经常动作的阀门，这份文件明确指出这些阀门与“经常操作”定义不一样，仪表调节阀可以不作为释放源考虑。关于有害粉尘的探测，笔者在查阅相关资料了解到，GB/T50493-2019在初期确定本标准编制大纲时已将有毒粉尘列入本标准中，但在实际生产过程中，由于粉尘类介质的种类和粒径分布的不规则性，目前的监测技术还不能满足要求，在标准审核时专家一致认为，暂不将有害粉尘列于在线的毒性气体检测范围，体现了GB/T50493-2019版的可操作性原则。对于气体探头的具体设置位置和选型，以及探头的测量范围和报警值的设定，在GB/T50493-2019的规范中已经说的很清楚了，笔者就不在进一步描述了。另外对于探头仪表的接地问题也是大家关心的话题。一般36伏以下的探头仪表在非防爆区是不需要保护接地的，但在爆炸区域非本质安全系统的仪表是要进行保护接地的。对于有静电防护需要的区域，所有的仪表系统包括GDS探头都需要连接到保护接地系统。详细的接地要求大家可以参考《石油化工仪表接地设计规范》SHT-3081-2019版的要求来进行详细的设计。四、GDS与BPCS和SIS之间的关系2014年的原安监总局《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》(安监总管三[2014]116号)，文中规定“化工安全仪表系统(SIS)包括安全联锁系统、紧急停车系统和有毒有害、可燃气体及火灾检测保护系统等”。因此当时上的很多GDS项目都是包含在SIS系统中的，这也是GDS系统需要SIL认证的原因。由于气体检测报警系统受管辖比较乱，有的要消防认证，有的要SIL认证，很多时候会互相冲突。因此，为了更好的规范GDS系统，在2020年开始实施的最新GB/T50493-2019标准中，明确了GDS系统独立的要求，即不属于SIS系统(不再需要SIL认证)、DCS(不能直接进DCS)系统等，GDS单独自成一套系统，具体配置如下图3所示。图3

GDS配置图笔者在下图4中将GDS和FGS（火灾检测及报警系统）添加到常规独立保护层的洋葱模型中，GDS可以探测到装置内的化学品泄漏后进行报警，以提醒现场操作人员在第一时间启动相应的应急步骤，以减轻事故的后果。这里的GDS报警与装置内的BPCS报警是不一样的，GDS正常滞后于BPCS的报警，一般当GDS报警时，已经预示着现场的工艺或装置区化学品发生了跑、冒、滴、漏。一般理解一级报警为气体泄漏警示，提示操作人员及时到现场巡检处理，二级报警为气体泄漏紧急报警，提示操作人员采取紧急处理措施，当气体泄漏需联动保护时，应采用二级报警接点信号作为联动保护条件，现场探测器自带的警报器接受探测器输出的一、二级报警信号，现场区域警报器接受GDS系统输出的第二级报警信号。常规的GDS系统没有SIF安全仪表功能要求，也不遵循故障安全性原则。当GDS系统作为独立的保护层时，主要考虑点是系统的可靠性和可用性。SIS系统各回路的安全可靠性等级是基于HAZOP/LOPA的风险分析结果和装置SIL定级来确定的。因此，GDS与安全仪表系统(SIS)的设计要求是不同的。另外，在生产过程中可燃气体和有毒气体检测报警信号接入SIS系统的场所较少，为了便于管理，如我们在RTO中废气进管中会设置可燃气体的探头，以确保进入焚烧炉中的废气浓度是在安全的LEL范围内，如果系统某一进气管线超出设定的LEL浓度，该SIS系统会联锁切断阀关闭该管线的进气系统，以确保RTO的安全运行。图4独立保护层洋葱模型五、GDS的日常使用和维护关注要点结合团标《气体检测报警仪安全使用及维护规程》（T/CCSAS015-2022）和笔者在日常工作中的经验，下面把GDS在日常使用和维护过程中的一些关键点帮助大家梳理一下。在现场的探测器应配置有仪表位号牌，当采用电子屏或报警控制器显示报警信号时，应显示报警点位置、通道对应关系一览表、平面布置图等，便于操作值守人员迅速判明报警探测器的位置。报警控制器接收到探测器的报警信号时，应发出声、光报警信号，指示报警部位，记录报警时间，并予以保持。经现场确认、处置后才可人工停止报警，当多台仪器同时报警时，应能区分最先报警的仪器。当探测仪发出报警信号时，应及时确认信号的真实性，分析报警原因，不应随意消除报警。现场确认报警信号时应不少于2人且须佩戴相应的个体防护用品。报警信息处置实行闭环管理，操作人员和管理人员要对报警及处置情况做好记录并定期进行分析，记录数据应真实、完整、准确，并采取技术与管理措施消除泄漏源。报警值设定应以设计资料为准，不应随意改动。确需修改报警值，应执行变更管理程序并重新进行检验。探测器设置在露天场所时，应对蒸汽、雨、雪、冰、尘等的不利影响采取防护措施，保证探测器正常工作。对固定式仪器进行常规检查，检查周期一般不超过一个月。对固定式仪器的控制和报警单元进行检查，确保其灯光、报警和电路正常运行，检查周期不超过3个月。仪器出现故障时应立即安排人员到现场确认，故障期间应做好替代方案和安全防护措施。定期对气体检测报警仪和报警系统进行使用中检验，检验内容及周期包括：a)零点检验，至少六个月一次或出现常规检查零点不正常时；b)示值误差检验，至少六个月一次或出现超量程检测后；c)响应时间检验，至少六个月一次或出现超量程检测后；d)对气体报警系统各项功能全面检验，至少六个月一次。在用气体检测报警仪应按周期进行检定/校准，一般不超过12个月，检定后的仪器需要取得检定证书，校准的应对校准结果进行符合性确认，合格后方可继续使用。总结2023年国家应急管理部曾发文《化工和危险化学品生产经营单位重大生产安全事故隐患判定标准专家判断参考建议》中，有一条关于GDS重大隐患阐述中，说明了：1.应该设置GDS探头而没有设置的；2.设置的可燃和有毒有害气体探测器种类错误（如检测对象错误、可燃或有毒类型错误等；3.按要求设置了GDS系统和探