气体报警仪在ESD中应用的探讨

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气体报警仪在ESD中应用的探讨

重庆兴发金冠化工有限公司      davy

【摘要】ESD(紧急停车装置系统)作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实时在线对装置进行监测,确保装置的可靠、安全运行。当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而是直接由紧急停车装置系统发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。

【关键词】气体报警仪；紧急停车系统；电磁阀；故障安全型

1、前言

据有关资料调查，当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，当操作人员面临生命危险时，要在60s内作出反应，错误决策的概率高达99.9%。因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的，这是作好安全生产的重要准则。该动则动，不该动则不动，这是紧急停车装置系统的一个显著特点。紧急停车装置系统按照安全独立原则要求，独立于集散控制系统，其安全级别高于集散控制系统。在正常情况下，紧急停车装置系统是处于静态的，不需要人为干预。

2、气体报警仪

简单来说,检测环境中可燃气体或有毒气体泄露报警仪器叫做气体报警仪。气体报警仪按检测气体类型可分为：可燃气体报警仪和有毒气体报警仪。当生产环境中气体报警仪检测到可燃气体浓度达到爆炸下限或有毒气体浓度达到报警下限时发出报警信号，以提醒周围的操作人员注意及时安全疏散，并采取相应的安全应急措施，防止发生爆炸、火灾、中毒事故，从而保障公司职工的生命安全以及公司财产安全。

化工生产场所所使用的固定式气体报警仪由探测器和报警控制器组成。探测器安装于气体最易泄露的地点，通过气体传感器检测空气中气体的浓度。控制器则安装于操作室内，主要用于监测现场探测器实时数据。探测器将传感器检测到的气体浓度转换成电信号，通过线缆传输到控制器，气体浓度越高，电信号越强，当气体浓度达到或超过报警控制器设置的报警点时，报警仪发出报警信号，并可启动电磁阀、排气扇等外联设备，自动排除隐患。

3、紧急停车装置系统

ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车装置系统的缩写。这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。

一般安全联锁保护功能可以通过DCS来实现，那么为何要独立设置ESD系统呢？较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置主要有以下几方面原因： 　　        

（1）降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统;

（2）对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快；

（3）DCS系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预        ，这样设置ESD可以避免人为误动作。

ESD作为安全系统，按故障类型设计分为：故障安全型和非故障安全型。现场阀门按故障类型分为：故障开和故障关。要实现气体报警仪应用在ESD系统上，我们必须具备相关的配套硬件设施。总体来讲，ESD的设计与现场阀门的选型、电磁阀的阀位连接和系统组态对电磁阀状态设定是密切关联的，都是为了满足在工况出现故障时能起到安全保护作用。电磁阀在ESD中起着至关重要的作用，不同的设计连接方法也不一样，正常工作时控制电磁阀的继电器工作状态也不相同。在硬件方面，需具备隔离安全栅、模拟量输入卡件、继电器、电磁阀和气动执行机构的控制阀。气体报警仪信号经过隔离安全栅输入有源或无源的4-20mA模拟量信号，信号经过ESD的AI卡件后将信号转化成数字信号由ESD控制器监控。在系统方面，根据实时检测的数据设定一个或多个联锁报警点，控制器通过报警上下限触发联锁，由控制器输出开关量信号给现场电磁阀以控制气动执行机构动作。

4、气体报警仪在ESD中应用的分析

例：一个危险源罐区，在储罐位置装有多台气体报警仪，物料输送主管道装有一台气动切断阀，储罐上部装有喷淋装置，通过一台气动切断阀控制喷淋水。当气体报警仪检测到罐区有物料泄漏，检测气体浓度高于系统设置的上限报警值时，物料输送切断阀需关闭，喷淋水阀门打开进行稀释降温，防止物料继续泄漏和已泄露物料的扩散。下图为根据以上要求做出的两种设计方案。

   

故障安全型方案分析，控制物料管线和喷淋水的阀门正常工作时，电磁阀为带电状态。控制物料管线的阀门在ESD系统判断报警仪检测到的浓度大于上限报警联锁或出现电磁阀、ESD软硬件故障时，该阀门将置位于关闭状态，以防止物料泄漏扩大。控制喷淋水的阀门在ESD系统判断报警仪检测到的浓度大于上限报警联锁、电磁阀或ESD软硬件故障时，该阀门将置位于开启状态，以达到喷淋降温稀释的作用。由此可见，故障安全型是当检测设备检测到现场任意一个联锁的模拟量信号该联锁将触发、出现电磁阀和ESD软硬件故障时，使阀位处于安全状态，以保证生产安全。

非故障安全型方案分析，控制物料管线和喷淋水的阀门正常工作时，电磁阀为失电状态。控制物料管线的阀门在在ESD系统判断报警仪检测到的浓度大于上限报警联锁时，该阀门将置位于关闭状态，以防止物料泄漏扩大。控制喷淋水的阀门在ESD系统判断报警仪检测到的浓度大于上限报警联锁时，该阀门将置位于开启状态，以达到喷淋降温稀释的作用。由此可见，非故障安全型是当检测设备检测到现场任意一个联锁的模拟量信号该联锁将触发使阀位处于安全状态，以保证生产安全。

对故障安全型和非故障安全型两图的对比分析后可以发现，故障安全型和非故障安全型的电磁阀在正常工作时状态不同。在系统组态方面，控制故障安全型电磁阀的继电器在正常工作时是处于带电状态，而控制非故障安全型电磁阀的继电器在正常工作时是处于失电状态。当报警仪检测值超过ESD上限联锁时，故障安全型的电磁阀失电，非故障安全型的电磁阀带电，使安全系统的阀门处于安全位置。

二者的区别，当ESD软硬件出现故障时，故障安全型的在出现ESD软硬件故障会引起阀位的动作，而非故障安全型的在出现ESD软硬件故障时不会使阀位动作。比如说，当控制电磁阀的继电器故障，故障安全型电磁阀的继电器正常工作时是处于带电状态，出现故障时，阀位动作联锁投入；非故障安全型电磁阀的继电器正常工作时处于失电状态，出现故障时，阀位不能动作将导致联锁的失效。故障安全型一个小的硬件故障都会使联锁投入，而非故障安全型可能会一个小硬件故障导致联锁不能正常投入。

5、结语

气体报警仪检测到的浓度超过ESD联锁设置的报警上限时，由ESD发出保护联锁信号，对现场设备起到安全保护作用，避免因危险的扩散造成更大损失。同时，当电磁阀故障的时候，故障安全型的系统设计在出现电磁阀硬件或者控制电磁阀的继电器故障的时，即使是误动作引起生产系统的停车，也比非故障安全型电磁阀故障的情况下联锁触发后不能联锁停车安全。不仅气体报警仪可以通过ESD联锁，现场的温度、压力、液位等，可以根据化工安全生产的要求将它们的上下限报警值与该点现场对应位置的控制阀门通过ESD实现联锁控制。但考虑到应用场所的特殊要求，有些生产工艺为防止硬件故障导致不必要的误动作，也有选用非故障安全型。通过对二者的分析，我们不难发现故障安全型的安全级别比非故障安全型的高。所以我们在对现场设备设计ESD联锁时建议选用故障安全型，以保证系统在化工生产的可靠、安全运行。

唐宋元明清

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