國(guó)外煉油廠火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及及消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)在不同國(guó)家和地區(qū)采用的標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，其中NFPA72-2016[1]在國(guó)外項(xiàng)目中相對(duì)較為常用。作為本文工程案例的阿爾及爾煉油廠位于阿爾及利亞首都阿爾及爾市，其FAS按NFPA72-2016執(zhí)行，以下針對(duì)該廠FAS與國(guó)內(nèi)煉油廠設(shè)計(jì)的主要差異及消防聯(lián)動(dòng)控制做法進(jìn)行闡述，供同行研究討論。

1、概述
煉油廠作為生產(chǎn)、加工及儲(chǔ)存危險(xiǎn)化學(xué)品的場(chǎng)所，一旦發(fā)生火災(zāi)極易引起大面積火災(zāi)、爆炸事故等連鎖反應(yīng)。在煉油廠的火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所設(shè)置FAS可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和通報(bào)初期火災(zāi)，防止火災(zāi)蔓延和重大火災(zāi)事故的發(fā)生，因此FAS是煉油廠的消防監(jiān)測(cè)手段和設(shè)施，在系統(tǒng)設(shè)置、功能配置、聯(lián)動(dòng)控制等方面應(yīng)綜合考慮。

一般煉油廠大體上可劃分為建筑物和生產(chǎn)區(qū)兩類生產(chǎn)環(huán)境。包括控制室及變電所等建筑物是煉油廠生產(chǎn)控制及配電的中樞，部分建筑物還作為操作人員值班場(chǎng)所，一旦發(fā)生火災(zāi)其危害性較高，受火災(zāi)影響的波及范圍較大，因此應(yīng)重點(diǎn)考慮火災(zāi)的自動(dòng)檢測(cè)。包括裝置區(qū)及罐區(qū)等生產(chǎn)區(qū)多是可燃有毒氣體釋放源密布的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，可燃有毒氣體以自動(dòng)檢測(cè)為主，火災(zāi)報(bào)警多采用手動(dòng)報(bào)警的形式。

由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的不同，國(guó)外煉油廠常常針對(duì)生產(chǎn)區(qū)的火災(zāi)和氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)置專門(mén)的火氣系統(tǒng)(FGS)，F(xiàn)AS僅針對(duì)建筑物設(shè)置，與國(guó)內(nèi)煉油廠所有火災(zāi)信號(hào)接入FAS、可燃有毒氣體檢測(cè)信號(hào)接入可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)(GDS)的做法有所區(qū)別。本文僅針對(duì)建筑物內(nèi)設(shè)置的FAS進(jìn)行論述。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要差異
2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
該廠新建中心控制室、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室、變配電所、化驗(yàn)室等各類建筑物20座，改造消防站1座。根據(jù)建筑物的管理職能，在消防站和中心控制室各設(shè)置集中型火災(zāi)報(bào)警控制盤(pán)1臺(tái)并互為冗余，在其余19座建筑物各設(shè)置區(qū)域型火災(zāi)報(bào)警控制盤(pán)1臺(tái)，總共21臺(tái)控制盤(pán)利用光纖組成環(huán)網(wǎng)鏈路，和國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的1臺(tái)集中控制器多臺(tái)區(qū)域控制器星型組網(wǎng)的做法相比具有更高的安全性。在消防站和中心控制室的火災(zāi)報(bào)警管理崗位，各設(shè)置2臺(tái)人機(jī)界面工作站并互為冗余，相比直接在控制盤(pán)上操作更加直觀和易用。

2.2 報(bào)警回路設(shè)置
由于大部分新建建筑物內(nèi)設(shè)置了氣體滅火系統(tǒng)等重要的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，因此在設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警回路時(shí)應(yīng)盡可能降低故障率和誤報(bào)率，設(shè)計(jì)時(shí)主要采用了以下兩條措施：一是每條報(bào)警總線回路均配置為Class A閉環(huán)回路，即回路的首尾兩端接入同一塊回路控制卡件，保證回路局部有斷點(diǎn)時(shí)不會(huì)影響整條回路工作；二是回路路徑的設(shè)計(jì)，在配置了氣體滅火系統(tǒng)的房間及其他重要房間內(nèi)設(shè)計(jì)不少于2條報(bào)警回路，保證其中1條報(bào)警回路故障時(shí)，仍有1條報(bào)警回路可對(duì)房間進(jìn)行保護(hù)。

2.3 探測(cè)器布置
建筑物內(nèi)的火災(zāi)探測(cè)器以點(diǎn)型感煙探測(cè)器為主，個(gè)別不適合采用點(diǎn)型感煙探測(cè)器的房間采用點(diǎn)型感溫探測(cè)器。考慮到控制室、變配電所等建筑物內(nèi)一般常設(shè)置有吊頂和架空地板等功能性裝修，為了更全面地保護(hù)房間內(nèi)各個(gè)相對(duì)隔離的區(qū)域，點(diǎn)型感煙探測(cè)器的設(shè)置根據(jù)房間內(nèi)裝修進(jìn)行分層布置，分為工作環(huán)境、吊頂以上區(qū)域和架空地板以下區(qū)域三層。設(shè)置在吊頂以上區(qū)域和架空地板以下區(qū)域的探測(cè)器，由于所處位置不能被直接觀察到，不利于日常使用和維護(hù)，因此每只探測(cè)器額外配接1只遠(yuǎn)程LED燈顯示工作狀態(tài)，遠(yuǎn)程LED燈安裝在吊頂下方或墻壁上等可視區(qū)域。為保證保護(hù)房間內(nèi)的探測(cè)器數(shù)量有一定的冗余量，點(diǎn)型感煙探測(cè)器的平均保護(hù)面積按不大于30m²設(shè)計(jì)。

2.4 布線安裝
FAS配用的電纜在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意物理防護(hù)和火災(zāi)防護(hù)設(shè)計(jì)，一般多采用穿鋼管后在墻內(nèi)暗敷設(shè)的方式。該廠根據(jù)實(shí)地情況及外方業(yè)主的使用習(xí)慣，采用紅色外護(hù)套鎧裝耐火電纜明敷的方式，并利用鍍鋅鋼管做斷續(xù)配管保護(hù)和支撐，優(yōu)點(diǎn)是防護(hù)性強(qiáng)、便于識(shí)別、無(wú)需預(yù)埋和易于維護(hù)。為了配合鎧裝電纜的接線，需為每只總線設(shè)備配金屬安裝底盒并利用金屬格蘭進(jìn)線。

3、多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1 需求分析
該煉油廠新建各建筑物的智能化水平要求較高，除FAS外設(shè)置的其他系統(tǒng)還包括：可控制空調(diào)通風(fēng)設(shè)備開(kāi)閉及狀態(tài)管理的空調(diào)控制系統(tǒng)、可控制惰性氣體釋放以撲滅房間內(nèi)火災(zāi)的氣體滅火系統(tǒng)、可檢測(cè)電池室氫氣報(bào)警和新風(fēng)入口可燃有毒氣體報(bào)警的火氣系統(tǒng)等。上述系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)以下三種不同工況下對(duì)應(yīng)不同觸發(fā)條件的聯(lián)動(dòng)控制要求：

①電池室氫氣檢測(cè)器報(bào)警。當(dāng)設(shè)置在電池室內(nèi)的氫氣檢測(cè)器低報(bào)警值報(bào)警時(shí)，啟動(dòng)建筑物內(nèi)的聲光報(bào)警，同時(shí)在中心控制室和消防站顯示報(bào)警信息；當(dāng)氫氣檢測(cè)器高報(bào)警值報(bào)警時(shí)，除執(zhí)行低報(bào)警值動(dòng)作外，還需切斷電池室蓄電池充電裝置，同時(shí)打開(kāi)電池室電動(dòng)進(jìn)風(fēng)閥，避免氫氣聚積。

②新風(fēng)入口可燃有毒氣體探測(cè)器報(bào)警。當(dāng)設(shè)置在新風(fēng)入口的可燃有毒氣體探測(cè)器低報(bào)警值報(bào)警時(shí)，啟動(dòng)建筑物內(nèi)的聲光報(bào)警，同時(shí)在中心控制室和消防站顯示報(bào)警信息；當(dāng)高報(bào)警值報(bào)警時(shí)，除執(zhí)行低報(bào)警值動(dòng)作外，還需切斷電池室蓄電池充電裝置，打開(kāi)電池室電動(dòng)進(jìn)風(fēng)閥，避免可燃有毒氣體聚積，并關(guān)閉建筑物內(nèi)所有空調(diào)通風(fēng)設(shè)備(不含防火閥)。

③火災(zāi)報(bào)警。當(dāng)有手動(dòng)按鈕報(bào)警或1只煙感探測(cè)器報(bào)警時(shí)，啟動(dòng)建筑物內(nèi)的聲光報(bào)警，同時(shí)在中心控制室和消防站顯示報(bào)警信息；當(dāng)有2只及以上煙感探測(cè)器報(bào)警時(shí)，除執(zhí)行單煙感報(bào)警動(dòng)作外，還需關(guān)閉建筑物內(nèi)所有防火閥和空調(diào)通風(fēng)設(shè)備及啟動(dòng)應(yīng)急照明；當(dāng)同一保護(hù)房間內(nèi)有2只及以上煙感探測(cè)器報(bào)警時(shí)，啟動(dòng)房間內(nèi)的氣體滅火系統(tǒng)。

3.2 聯(lián)動(dòng)控制方案
針對(duì)上述聯(lián)動(dòng)需求進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)過(guò)程由多個(gè)系統(tǒng)參與且觸發(fā)條件和執(zhí)行動(dòng)作都比較復(fù)雜。為了避免系統(tǒng)之間的邏輯重復(fù)或缺失，整個(gè)聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)最終采用了以火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為核心的方案，其他系統(tǒng)之間的往來(lái)信號(hào)盡可能通過(guò)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行集成，聯(lián)動(dòng)控制方案如圖1所示。


圖1 聯(lián)動(dòng)控制方案示意

采用圖1所示聯(lián)動(dòng)控制方案的優(yōu)點(diǎn)之一是減少了不同控制系統(tǒng)之間的界面。以空調(diào)控制系統(tǒng)為例，從聯(lián)動(dòng)需求來(lái)看，當(dāng)新風(fēng)入口可燃有毒氣體檢測(cè)報(bào)警和火災(zāi)報(bào)警兩種情況發(fā)生時(shí)都需要關(guān)閉空調(diào)通風(fēng)設(shè)備并反饋狀態(tài)信號(hào)，因此接收指令和反饋信號(hào)的對(duì)象分別對(duì)應(yīng)火氣系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警兩個(gè)系統(tǒng)，界面數(shù)量較多。當(dāng)采用圖1所示方案后，各類觸發(fā)條件首先傳遞到FAS，F(xiàn)AS根據(jù)不同的觸發(fā)條件給空調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)出對(duì)應(yīng)指令后，由空調(diào)控制系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)設(shè)的控制邏輯并返回反饋信號(hào)給FAS，F(xiàn)AS再根據(jù)其他系統(tǒng)對(duì)反饋信號(hào)的需求進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這樣空調(diào)控制系統(tǒng)只需要和FAS進(jìn)行界面設(shè)計(jì)即可，從而避免了從多個(gè)系統(tǒng)接收重復(fù)指令的情況。

該控制方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是便于統(tǒng)一管理。

由于所有的聯(lián)動(dòng)過(guò)程都需要經(jīng)過(guò)FAS，因此操作人員可以在中心控制室和消防站的火災(zāi)報(bào)警工作站上全面直觀地管理所有的報(bào)警和聯(lián)動(dòng)信息。此外，氣體滅火系統(tǒng)是隨建筑物獨(dú)立設(shè)置并未全廠聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)，將其狀態(tài)及故障等信息傳遞到FAS，可以實(shí)現(xiàn)在中心控制室和消防站遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4、結(jié)束語(yǔ)
FAS是煉油廠和建筑物設(shè)計(jì)中的一環(huán)，關(guān)系著企業(yè)和人員的生命、財(cái)產(chǎn)安全，因此必須不斷總結(jié)和完善火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。阿爾及爾煉廠的FAS采用的是國(guó)際項(xiàng)目較為常用的NFPA72-2016，在設(shè)計(jì)上具有較高的安全性和較好的易用性，可為同類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。
作者：曹亮、郝夢(mèng)橋(中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司)