第六章火气控制系统定稿.docx
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第六章火气控制系统定稿
第六章火气控制系统
前言
火灾会给人类带来巨大的、难以弥补的生命财产的损失。
每年全世界由于各种类型的火灾造成的直接经济损失高达数百亿美元，伤亡数十万人。
（2006年我国共发生各种类型的火灾22万3千多次，伤亡数万人）间接经济损失更是难以计数。
火灾的危害在其它灾难性事件中居首位，引起了各界高度的重视，尤其在石油、化工行业中。
海上采油、钻井平台由于空间相对狭小，人员设备高度集中，一旦发生火灾，后果将极为严重。
因此，现代平台都配备了完善的火气控制系统。
在中央控制系统（CCS）的监控下，通过火灾控制盘接收现场火、气探测元件，现场手动操作单元等的输入信号，进行逻辑判断，若有火警发生，则输出信号至现场声光单元进行报警，同时输出信号至ESD主控盘关断生产设备，启动消防系统及CO2释放系统，及时控制火情，保证设备与人员的安全。
本课程主要介绍火气控制系统的组成、工作原理；火灾控制盘的组态及操作规程，故障检测与故障排除等，以及各种火气探测元件和传感器的结构与工作原理。
同时介绍了紧急关断系统ESD与火气控制系统的关系。
第一节火气探测元件
一、概述
为采油生产及生活的安全，采油生产与生活系统中设置大量的火气探测装置，它能及时、准确探测早期火灾及可燃气泄漏，通过火灾盘的逻辑分析、处理，实现报警、关断、消防，以消除事故，保护平台操作人员及生产设施的安全。
安全探测器可分以下几种：
感温探测器、感烟探测器、紫外火焰探测器、可燃气体探测器、氢气探测器、易熔塞等。
检测报警系统是指平台上设置的火气探测装置，它能及时、准确探测早期火灾及可燃气泄漏，通过火灾盘的逻辑分析、处理，实现报警、关断、消防，以消除事故，保护平台操作人员及生产设施的安全。
二、可燃气体探测器
可燃气体探测用于探测平台某一区域的可燃气浓度，发出存在可燃气体泄露的警报信号，与火灾控制盘组成可燃气探测系统。
天然气探测由可燃气体探测器（COMBUSTIBLEGASDETECTOR）完成，这些探测器的预报警值为最低爆炸浓度下限（LEL）的20%，危险值为最低爆炸浓度下限的60%。
传感器的设计是探测在爆炸下限0—100%范围内的可燃气体。
传感器使用惠斯顿电桥电路，当可燃气体或空气混合物扩散进入传感器，就造成电桥的一个不平衡电压（只需经过10秒钟的时间），此电压与天然气混合物的浓度成正比。
此信号随后被放大并转换成一个模拟输出电流。
并向控制盘发出信号，控制盘启动报警和采取其它措施。
图6－1外形图总汇
可燃气探测器的外观图如图6－1所示，内部结构及原理如图6－2和图6－3。
图6－2可燃气体探测器结构
1．维护保养
定期对探测器进行清洁，清除影响探测器正常工作的尘埃、油污、盐结晶、潮湿水汽等，保持可燃气体探测器周围环境清洁。
2．功能测试
功能测试主要是对探测器的高低报警点的设定和调整。
低报警点的设定从5%到40%LEL（通常设定为20%LEL），高报警点的设定从10%到60%LEL（通常设定为60%LEL）。
通常要求每月进行一次功能测试。
3．探测器的标定
在下述情况下要对探测器进行标定：
（1）在新系统准备投入使用前；
（2）新更换探测器；
（3）若输入的电子因数变动；
（4）探测器暴露在高浓度的可燃气体后；
（5）探测器暴露在新的或不同的环境后。
要使用标准气样对探测器进行标定。
根据情况，可规定探测器的标定周期为30、60或90天，通常，标定周期越短，可靠性越好。
每次标定或维修探测器前需用手提式可燃气探测器确认现场无可燃气体存在。
图6－3可燃气体探测器原理
三、烟雾探测器
1．烟雾探测器原理
烟雾探测器如图6－4，是一种离子型探测器，对可见和不可见的燃烧产物产生反应。
烟雾探测器由两部分组成，一部分是具有电离特性的小室，这时小室由于镅241的辐射使烟气电离，两个小室中一个是密闭的，其中充以纯空气（无烟），另一个是相对敞开的，烟能进入，另一部分是低压固体器件组成的电路。
用于对信号进行处理和输出。
有烟气时，由于电离作用使小室内电离浓度增加，从而使电桥失去平衡，输出信号至火灾控制盘，同时现场探头上有一发光二极管闪亮，表示报警，待火灭烟散后，火灾控制盘复位，发光二极管熄灭。
采用内外电离室串联的目的，是为了减少平时环境温度、湿度、气压等自然条件变换时对离子电流的影响，以提高其工作稳定性和可靠性。
它发出的警报信号只是告诉人们可能发生火灾，是否真正发生火灾，还需要有关人员进行检查。
因此，烟雾探测器不与自动灭火系统联动。
2．维护保养
保持烟雾探测器周围环境清洁，避免有害灰尘、油气等进入离子室；定期清洁探测器内的检测装置；定期（每月）进行功能测试。
对于可燃性气体探测器和烟雾探测器的维护，最主要的工作就是做好定期的抽查检验工作，检查探测器的灵敏度，平时要注意探测器外壳孔隙的通畅，确保探头有良好的透气性。
图6－4烟雾探测器外形图
四、紫外线/红外线探测器
1．紫外线/红外线探测器原理
紫外线探测器（UV/IR）探测火灾十分灵敏且有效（如图6－5），紫外线探测器的敏感元件是紫外光敏电子管，对阳光的辐射和闪烁热源的辐射不起作用，只对波长为1850～2450埃的紫外光起感应。
因此，它能有效地探测出火焰而又不受可见光和红外线辐射的影响，特别适用于火灾初期不产生烟雾的场所。
图6－5紫外线探测器
一个紫外线探测器（如图6－6）有一个独立的紫外光敏电子管，紫外光敏电子管受到火焰放出紫外线的作用，在电极上射出电子，并在两极间的电场作用下加速，由于管内充入一定量的惰性气体，所以当这些被加速而又具有较大能量的电子同气体分子碰撞时，便将气体分子电离，而电离产生的正负离子又被加速，他们又会使更多的气体分子电离，于是在一段时间内，造成雪崩式的放电过程，产生的瞬时电子流从阴极流向阳极，使电子管由截止状态变成导通状态，给电路系统一个触发脉冲信号，经转换成电压信号传送到报警器，发出报警信号。
红外线探测器上的硫化铅光敏元件对波长42000～47000埃的红外射线起作用，而对太阳、闪电、X射线、伽马射线或电弧光的射线不起作用，但对火或黑体热辐射源有反应。
其工作原理为：
由碳氢混合物燃烧的火焰产生的红外射线。
该射线脉冲或闪烁触动探测器探头的硫化铅光敏元件并传送到放大电路。
探测器采用反射式光管聚焦系统，红外射线聚焦于光敏元件上的光敏电阻的PN结附近，激发出光生电子空穴对，它们在外加反向偏压和内电场作用下，导通电路，发出报警信号。
因为红外射线探测器只能探到碳氢混合物燃烧的火焰，UV/IR探测器无法探测到非碳氢混合物燃烧的火焰，如氢气、氨和金属燃烧的火焰，所以紫外与红外探测器联合使用可实现现场的火焰探测。
2．维护保养
（1）探测器的探测窗前不应有遮挡物；
（2）定期清洁探测窗；
1）用清洁的布或纸巾擦拭镜头，不可用商用的玻璃擦拭纸巾（因可能含有部分硅质遗留在镜头上）；
2）用专用的清洗剂来清洗镜头，不可用其他易被UV吸附的化学溶剂清洗。
（3）功能测试：
无须定期标定，只要保持清洁即可。
C7050型紫外线探测器的核心部件是盖格计数器管，当紫外线照射探头敏感元件的阴极时，探测器将输出电脉冲信号送至控制单元，紫外线增加，脉冲数也就增加。
图6－6紫外线探测器
五、热探测器
热探测器有两种，一种只能一次性使用，另一种可重复使用，前者属热熔式，如易熔塞火灾探测器，当出现异常情况时，易熔金属熔断，钢丝动作，带动控制箱中的控制器，控制干粉和其它灭火剂释放。
后者是利用双金属触点原理，当温度升高，达到动作温度时，由于双金属片的热膨胀系数不一样，双金属片弯曲使触点断开，于是现场有火灾（高温）及无火灾（低温）转变为开、关变化，传到火灾控制盘上。
1．感温探测器（THERMALDETECTOR）
下图为差定温火灾探测器外观图
图6－7差定温火灾探测器外形图
感温探测器如图6－8所示，用于探测在空气中散发的热量的上升速度，其工作元件主要由热传感器和印刷电路板组成，正常情况下，触点常开，电子电路不导通，发生火灾时，周围环境温度迅速升高，热传感器响应温度发生变化，当温升速率达到某一标定值，温度达到某一标定值时，印刷电路板电子线路导通，向报警器输出火警信号。
图6－8感温探测器外形图
2．易熔塞（FUSIBLEPLUG）
易熔塞安装在压力控制管线上，正常情况下，回路里充满压缩空气，压力达到0.35MPa，当环境温度上升达到某一设定值时，低熔点的金属塞熔化，回路里由于气体排出导致压力降低，这时低压信号传送到平台井口控制柜，转变为电信号再送到报警器，程序控制器发出火警关停指令。
只要有一回路易熔塞回路压力低于其设定压力，生产系统发生关停，消防泵启动，并在该路易熔塞管区喷淋。
易熔塞必须定期进行检查、清洁并每月对该系统进行一次功能试验。
对于重复使用的热探测器，可用人工制造热源方法，如暖水瓶等定期检查其灵敏度，防止其表面有其它污物，影响其热传递效果。
检查易熔金属片时，主要是防止其表面有其它污物。
以上几种探测器均由中央控制室的火灾控制盘控制，火灾控制盘有自检功能，当由哪个探测器出现问题时，会在控制盘上给予显示，以便人员检查。
六、便携式气体探测仪
1．测爆仪（测氧仪）
三合一多气体检测仪，外形如图6－9。
图6－9三合一多气体检测仪外形图
主要特点：
（1）可连续监测多至三种气体：
包括可燃气体（LEL）, 氧气及一种有毒气体；
（2）超过报警上限时传感器具寿命自动保护功能；
（3）一次按键，自动校正传感器，监测碳氢化合物的泄漏（50ppm起）；
（4）90分贝声音报警。
LTX312气体监测器使用简便，可适用于任何工业，它为处于潜在危险气体环境中的工作人员提供了最大的保护。
LTX312气体监测器可同时监测多至三种气体：
可燃气体（LEL或CH4）O2及下列有毒气体中的任何一种（NH3，CO，CL2，ClO2，HCl，HCN，H2S，NO，NO2，SO2和O3）。
技术参数：
壳体：
304型不锈钢
尺寸：
121mm×70mm×42mm
重量：
578g
传感器：
可燃气体/甲烷—催化扩散
氧气及有毒气体—电化学
测量范围：
可燃气体50ppm～100%LEL
CH4—体积浓度的0～5%
O2—体积浓度的0～30%
NH3—0～100ppm
CO，H2S，NO—0～999ppm
Cl2，CLO2，HCl，HCN，NO2
SO2—0～99.9ppm
电源（运行时间）：
可充电镍-铬电池盒（10小时）
碱性电池盒（11小时）
锂电池盒（18小时）
温度范围：
-20～50OC
湿度范围：
0～99%相对湿度（非凝结）
认证：
UL及CSA---Ⅰ级，A，B，C，D组；
中国认证：
EXiaIICT4
MSHA本质安全
2．单一气体检测仪
T82（如图6－10）单气体检测器使用高级“smart”传感器技术，有最好的探测和人身安全保护功能，可检测14种气体中的任何一种。
有STEL短期暴露极限和TWA时间加权平均读数。
数据下载版本提供90小时内的实时调查数据储存，间隔1分钟记录一次，数据可下载到装有Windows操作系统的电脑里。
图6－10单一气体检测仪外形图
（1）主要特点：
重量轻，结构紧凑，RFI防辐射保护。
监测器具有90dB声音报警和亮光显示。
在噪声的环境中可选配震动报警。
标准机型配备9V碱性电池，可连续工作2,300小时，可选工作时间达4000小时的锂电池。
仪器与ISC的DS1000DockingStationTM计算机工作站兼容。
可互换的“smart”传感器可持续检测14种气体中的一种
·RS232接口，可选数据下载功能和工业卫生功能
·持续LCD显示，可检测下列任一种气体之一，O2,CO,H2S,H2,SO2,NO2,Cl2,ClO2,HCN,PH3,NO,NH3,O3或HCl
·单键操作和校验
·90dB声光报警，超亮显示·选9V锂电池可持续运行4000小时
·可选配震动报警
（2）技术参数
O2：
0到30%，0.1%分辨率
NH3：
0到200ppm，1ppm分辨率
CO：
0到1500ppm，1ppm分辨率
CL2：
0.2到50ppm，0.1ppm分辨率
ClO2：
0.2到10ppm，0.1ppm分辨率
O3：
0到10ppm，0.1ppm分辨率
PH3：
0到10ppm，0.1ppm分辨率
H2：
0到1999ppm，1ppm分辨率
HCL：
0.2到30ppm，0.1ppm分辨率
H2S：
0到500ppm，1ppm分辨率
HCN,NO2,SO2：
0.2到150ppm，0.1ppm分辨率
NO：
0到1000ppm，1ppm分辨率
平台上使用的测爆器如图6－11。
图6－11测爆器外形图
3．可携式硫化氢电子探测报警器
T40－CO、H2S检测报警仪旨在保护人员生命安全，监测暴露在极端危险环境中危险气体H2S和CO的浓度，该仪器能在多变异常的极端气候环境中使用。
T40单气体监测器小巧轻便，能够很容易的夹在皮带、衬衫口袋或者是安全帽上。
液晶（LCD）能够清晰的读出气体浓度、种类、峰值和高低浓度报警水平。
如果当前气体浓度超过了预设的安全值，仪器便以声、光和振动报警方式，发出报警提示。
峰值显示纪录功能可以捕捉并纪录自第一次开机起监测到的最大读数。
独特设计的简单翻盖操作即可完成标定工作。
T40型单气体监测器如图
T40单气体监测器的特点：
（1）价格低廉，经济实用
（2）适应能力强，可以在诸如沙漠和北极之类气候极其恶劣的环境下使用
（3）使用简单，您所需做的只是开机而已
（4）具有声、光、振动三种报警，在各种环境下尽可能的提醒用户CO，H2S浓度超标，保护使用者的生命安全
（5）仅用一节5号电池就可以使用500小时
（6）外壳结实,带射频防护（RFI），电路防震设计，抗干扰能力强
在生产的油气中含有硫化氢气体的平台，为了检测硫化氢的存在，保护操作人员的安全，平台上一般安装有硫化氢探测系统，以探测硫化氢的泄漏并发出警报。
该系统的传感器内装有一种称为MOS的感应物质来检测硫化氢气体，这种物质充满于两电极之间，在没检测到硫化氢气体的状态下，两电极间的电阻是非常大的（在兆欧以上）。
当这种物质吸收到硫化氢气体时，两电极间的电阻急剧下降（达到千欧左右）。
电阻的下降与所吸收的硫化氢气体的多少有极大的关系，吸收的硫化氢气体愈多，电阻下降就愈大，反之，则愈小。
这种电阻的改变在输入电路中被转换成电压信号并进行放大，被放大了的模拟信号被传到模/数转换器上，转换为数字信号，再被传送到微处理中进行数字处理，最后显示出所检测的硫化氢浓度，与此同时，经过微处理器的信号由数/模转换为4～20mA的输出信号到报警卡上。
由于4～20mA的输出是相对于所检测到的硫化氢气体浓度的多少，根据这个电流来设定高、低浓度报警。
当检测到硫化氢气体存在时，报警卡上就会有浓度数字显示，并伴有声音报警。
4．关于气体监测的规定
（1）本节所述的气体监测，是使用手提式的气体探测设备对气体进行试验。
（2）对有可燃气体、有毒气体和氧气缺少部位必须进行监测。
对人身安全和设备的安全都十分重要。
（3）气体测试只能由在气体试验程序各方面受过训练，能熟练操作各种探测仪表，并能正确判断仪表读数的人进行。
（4）在使用探测仪表前，应按说明书进行检查。
（5）所有气体探测仪表必须每28天检查一次。
5．便携式可燃气体监测器的使用规定
（1）便携式可燃气体监测器是由平台安全监督人员随身携带专门使用的仪器，未经允许其他人员不得使用。
（2）便携式可燃气体监测器使用时，应按使用说明和规定按时保养和充电。
保证在使用时达到规定的指标，测量误差不超过±0.01。
（3）便携式可燃气体监测器如借出使用完后至少要用第二块探测仪表进行校对一次。
（4）此种仪器每年到法定单位校对一次，要有校验证书，无校验证书的使用无效。
（5）在需要热工作的现场，特别是在工业动火作业时，至少要用两台以上的可燃气体探测器进行现场监测确认。
6．便携式测氧仪器的使用规定
（1）便携式测氧仪是测量封闭空间含氧量的一种仪器，应有专人使用保管。
（2）测氧仪器是保障工作人员生命健康的仪器，对它的指数和使用精度应每使用一次校验一次，至少要用两台以上的仪表互校，误差不得超过±0.01。
此种仪器每年到法定单位校对一次，取得校验证书，无校验证使用无效。
第二节火灾控制盘原理
一、概述
火灾控制盘是火灾探测系统的控制中心，火灾控制盘接收现场火、气探测元件，现场手动操作单元及CO2释放系统的输入信号，输出信号至现场声光单元进行报警，输出信号至主控盘关断设备，同时启动消防系统。
平台或处理厂的火灾控制盘的设置各不相同，一个平台上设置若干个火灾控制盘，如18-1APP平台上设置两个火灾盘，一个在APP值班室，一个在APP生活模块的办公室。
WHP1在操作室设置一个火灾盘。
WHP2设置两个火灾盘，一个位于操作室，另一个位于生活楼办公室。
对于不同的火灾盘其盘面布置与原理各不相同，现以18-1APP值班室的火灾控制盘为例进行说明。
图6－12为18-1WHP1火灾盘外型图。
图6－12火灾控制盘外形图
二、火灾控制盘盘面布置与操作
生活模块为非危险区，火灾的危险性相对小些，以固体物质燃烧为主要危险源。
除无线电室、厨房及空调机房布有热探头外，其余以烟探测为主。
生活模块火灾盘由模拟盘、区域控制器、手动按钮、状态指示灯及控制逻辑组成。
值班室、操作室为火灾控制盘由模拟盘、报警盘、紫外线探头控制器、可燃气探头控制器、手动按钮、状态灯及控制逻辑组成。
下面以值班室、操作室火灾控制盘为例进行说明。
1．模拟盘
模拟盘将火灾探测区域、现场的结构、设备布置缩小后放置在盘面上，并标明所配置的火灾探测元件，当某一探头报警时，模拟盘上该区域的指示灯亮，操作人员可以很快确定发生报警的区域。
现场探测器包括：
烟探头、热探头、可燃性气体探头、紫外线探头。
探头标号：
G-可燃气体；H-热探头；S-烟探头；UV-紫外火焰探头；MA-手动报警站。
WHP1的模拟盘如图6－13所示。
图6－13火灾控制盘模拟盘（MIMIC盘）外形图
2．区域控制器（LSS4）
区域控制器接收烟、热探头及现场手动站的信号，回路中任一探头有报警信号，区域控制器报警，同时该区域的报警红灯亮，区域模块锁定报警状态，并输出触点至控制继电器。
区域控制器的每一输入回路中接一配匹电阻，阻值为3.9千欧姆。
控制器的指示灯状态如表6－1所示。
表6－1控制器的指示灯状态表
铭牌
类型
功能
NORMAL（正常）
绿灯
系统正常状态
ALARM（报警）
红灯
系统在报警状态
TROUBLE（故障）
黄灯
系统在故障状态
SUPERVISORY（监视）
黄灯
系统在监视状态
ZONEALARM（区域报警）
红灯
区域在报警状态，灯闪烁表示未消音，灯不闪表示已消音
ZONETROUBLE（区域故障）
黄灯
区域开路或区域禁止报警工正进行试验
SYSTEMSTATUS系统状态
7段显示
显示码见表1－2
LSS4系统表显示码说明
表6－2LSS4系统表显示码说明
显示码
系统状态
1
报警消音
2
故障消音
3
试验状态
4
交流电故障
5
电池故障
6
电源故障
7
接地故障
8
外部故障
9
通迅故障
A
自动撤离消除
D
模块丢失故障
F
快速试验故障
LSS4盘控制/功能见表6－3。
表6－3LSS4盘控制/功能
控制开关
功能
RESET（复位）
复位系统及有关的烟探头，编程状态时用作“增加”开关。
ALARMSILENCE报警消音
给报警回路消音，通电后按下此开关将盘设置在编程状态。
TROUBLESILENCE故障消音
系统故障消音，显示窗口显示编码“2”，再按下此开关，故障蜂鸣器又响。
TEST/AUTOEVACUATION
CANCEL
启动报警回路，按下此键后系统显示“3”，正常绿灯灭。
同时按下此键及区域断开键，启动快速试验。
ZONEDISCONNECT区域断开
禁止该区域报警，系统及区域故障灯闪烁，正常绿灯灭，报警蜂鸣器响。
LAMPTEST（灯试验）
同时按下报警消音和故障消音，系统所有的灯亮3秒钟。
区域控制器原理图见下图
图6－14区域控制器原理图
3．报警盘显示
APP火灾盘上设置单独的报警盘，报警盘显示如表6－4、图6－15所示。
表6－4报警灯显示颜色
报警
报警灯颜色
公共火灾探头报警
红色
20%LEL天然气泄漏报警
白色
60%LEL天然气泄漏报警
桔黄
手动报警站报警
红色
一级应急关断报警
红色
手动二氧化碳盘释放报警
红色
各房间二氧化碳释放报警
白色
水喷淋释放报警
白色
生活模块火灾盘公共报警
红色
二氧化碳盘公共故障报警
红色
火灾盘公共故障报警
红色
消防泵故障报警
黄色
平台火灾状态灯
红色
平台开然气状态灯
桔黄
弃平台状态灯
蓝色
易熔塞回路报警
红色
图6－15报警盘显示图
4．紫外火焰探头控制器
APP、WHP1、WHP2各安装一台紫外火焰探头控制器，每个控制器最多可带30个UV探头，所有探头通过4线电缆串在一个回路中，4芯电缆中其中2根是24V直流电源线，另2根是RS—485数字通迅线。
控制器功能如下：
（1）2行液晶显示器显示系统状态；
（2）火灾及故障历史文件存储在永久存储器中；
（3）具有1条RS232通迅通道；
（4）UV探头可分为5个区域，具有表决功能，表决是在同一区安装多个探头时，可以设置几个探头同时报警时才产生报警动作。
（5）具有一个16安培的单刀双掷的故障继电器；
（6）每个区域有一个16安培的单刀双掷火灾继电器；
当有火灾报警时，控制器产生下列动作：
（1）红色发光二极管亮；
（2）打开液晶显示的背光灯；
（3）火灾继电器触点动作；
（4）显示报警日期和时间；
（5）显示探头的编号。
火灾报警消除后，按下控制器印刷电路板上的“RESET（复位）”按钮，清除报警。
图6－16紫外火焰探头控制器
5．可燃性气体控制器
WHP1和WHP2各有4个可燃性气体控制器，APP有2个可燃气探头控制器。
每个控制器可带8个可燃气探头。
（1）控制器探头的地址
可燃性气体控制器包括：
探头管理，报警继电器管理，进行浓度显示，状态显示，并具有键盘。
控制器连续扫描所有模块的报警。
每个探头模块内部标明探测气体的类型，探头内部有地址设定开关，安装时，用地址设定开关设定每个探头的地址，探头地址开关设定，由3个开关组合设定8个探头地址。
表6－5控制器探头的地址
探头号
开关位置
1
2
3
1
开
开
开
2
关
开
开
3
开
关
开
4
关
关
开
5
开
开
关
6
关
开
关
7
开
关
关
8
关
关
关
（2）控制器的面板
控制器的面板有7个操作键，控制器的操作可通过7个操作
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