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專家解讀|可燃和有毒氣體檢測報警的工程應用

 流程工業(yè) 2022-05-19 發(fā)布于北京

??這是“流程工業(yè)”發(fā)布的第 8023 篇文章

石油化工裝置具有易燃,、易爆,、有毒、有害的特點,,涉及可燃和有毒有害氣體泄漏的場所按國家標準設(shè)置檢測報警裝置是非常重要的,是安監(jiān)總管三〔2017〕121號《化工和危險化學品生產(chǎn)經(jīng)營單位重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標準(試行)》中提出的重大安全隱患判定項之一,。

文/范詠峰 王云

本文作者范詠峰供職于中科合成油工程有限公司,,任副總工程師,,教授級高級工程師。

王云,,現(xiàn)工作于山東濟煉石化工程有限公司,。

本文根據(jù)現(xiàn)行國家標準GB/T 50493-2019《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計標準》的要求,結(jié)合其他相關(guān)文件,、標準規(guī)范和工程實際,,闡述石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警的工程應用。

1,、GB/T 50493-2019的適用性

GB/T 50493-2019適用于石油化工新建,、擴建工程中可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)(GDS)的設(shè)計。石油化工改建工程,、化工裝置和以煤為原料制取燃料及化工產(chǎn)品的工廠或裝置,、工廠分析化驗室區(qū)域的GDS設(shè)計可以參考使用。
新建,、擴建和改建的定義可以參考2012年1月30日國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第45號公布的《危險化學品建設(shè)項目安全監(jiān)督管理辦法》(2015年5月27第79號修正),。
雖然GB/T 50493-2019為推薦性標準,由于其被應急〔2019〕78號《危險化學品企業(yè)安全風險隱患排查治理導則》等多個文件引用,,建議滿足GB/T 50493-2019適用范圍的工程按照標準給出的程度用詞結(jié)合具體條款嚴格執(zhí)行GB/T 50493-2019要求,。

2、可燃氣體范圍

GB/T 50493-2019和GB 50160-2008(2018年版)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標準》關(guān)注并需要按照標準要求設(shè)置探測器的可燃氣體范圍為:甲類氣體或甲,、乙A類可燃液體氣化后形成的可燃氣體或可燃蒸氣,。

化烴、可燃液體的火災危險性分類按表2分類,,并應符合下列規(guī)定:
1) 操作溫度超過其閃點的乙類液體應視為甲B類液體,;
2) 操作溫度超過其閃點的丙A類被體應視為乙A類液體;
3) 操作溫度超過其閃點的丙B類液體應視為乙B類液體,;操作溫度超過其沸點的丙B類液體應視為乙A類液體,。

3、有毒氣體范圍

實際工程中,,可根據(jù)項目情況和特點確定適用的標準規(guī)范,,并應符合法律法規(guī)的要求。建議以下列范圍中的若干條作為確定有毒氣體范圍的依據(jù):

1) GB/T 50493-2019 附錄B列出的14種有毒氣體和蒸氣,;

2) 《高毒物品目錄》(衛(wèi)法監(jiān)發(fā)[2003]142號)中列出的氣體和蒸氣,,共30種介質(zhì),見GB 50493-2009條文說明2.0.2條款,;

3) GBZ 2.1-2019中的表1列出的358種介質(zhì)中的有毒氣體或蒸氣,,按照GB30000.18-2013判定急性毒性危害類別為1類及2類的急性有毒氣體或蒸氣;
4) 《危險化學品目錄(2015 版)》(國家安全監(jiān)管總局公告2015年第5號)中的有毒氣體或蒸氣,,按照GB30000.18-2013判定急性毒性危害類別為1類及2類的急性有毒氣體或蒸氣,;
5) GBZ/T 223-2009《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設(shè)置規(guī)范》附錄A中的“表A.1”列出的56種有毒氣體/蒸氣,;
6) 安監(jiān)總管三〔2011〕95號《首批重點監(jiān)管的危險化學品名錄》和安監(jiān)總管三〔2013〕12號《第二批重點監(jiān)管危險化學品名錄》中,按照重點監(jiān)管的危險化學品安全措施和事故應急處置原則要求設(shè)置毒性氣體泄漏檢測報警儀的場合,;
7) 其他現(xiàn)行并適用的有關(guān)法律法規(guī)標準規(guī)范的要求,。
對于石油化工項目,上述列出范圍中的第5項為可選項,,其他各項均為必選項,,應嚴格執(zhí)行。第5項GBZ/T223-2009根據(jù)《中華人民共和國職業(yè)病防治法》制定,,由衛(wèi)生部職業(yè)衛(wèi)生標準專業(yè)委員會提出,,雖然為推薦性標準,條件具備時,,第5項所列宜作為有毒氣體范圍,。

4、探測器設(shè)置原則

在生產(chǎn)或使用可燃氣體及有毒氣體的生產(chǎn)設(shè)施及儲運設(shè)施的區(qū)域內(nèi),,按照以下原則設(shè)置探測器:
1) 泄漏氣體中可燃氣體濃度可能達到報警設(shè)定值時,,應設(shè)置可燃氣體探測器;
2) 泄漏氣體中有毒氣體濃度可能達到報警設(shè)定值時,,應設(shè)置有毒氣體探測器,;
3) 既屬于可燃氣體又屬于有毒氣體的單組分氣體介質(zhì),應設(shè)有毒氣體探測器,;
4) 可燃氣體與有毒氣體同時存在的多組分混合氣體,,泄漏時可燃氣體濃度和有毒氣體濃度有可能同時達到報警設(shè)定值,應分別設(shè)置可燃氣體探測器和有毒氣體探測器,。

5,、比空氣輕與重的判斷

判別泄漏氣體介質(zhì)是否比空氣重,應以泄漏氣體介質(zhì)的分子量與環(huán)境空氣的分子量的比值為基準,,按表3給出的原則判別,。

6、探測器安裝位置的確定

1) 基本要求
根據(jù)以下方面綜合考慮確定探測器安裝位置,,
a) 釋放源位置
 氣體壓縮機和液體泵的動密封,;
 液體采樣口和氣體采樣口;
 液體(氣體)排液(水)口和放空口,;
 經(jīng)常拆卸的法蘭和經(jīng)常操作的閥門組,。
b) 操作巡檢路線(參考GB/T 50493-2019正文4.1.1條款)
c) 周邊界區(qū)(參考GB/T 50493-2019正文4.1.5和條文說明6.1.2條款)
2) 具體安裝位置
GB/T 50493-2019正文4.2~4.4條款規(guī)定了探測器相對于釋放源的水平方向的安裝位置,正文6.1條款規(guī)定了探測器相對于釋放源的垂直方向的安裝位置,,條文說明6.1.2條款給出了補充說明,,在一些場景下需要減少探測器距離釋放源的水平和垂直距離。GB/T 50493-2019其他條款的其他相關(guān)要求,也應遵照執(zhí)行,。探測器安裝要求舉例如表4所示,。

7、氧氣探測器

空氣中氧氣濃度的變化會影響部分氣體探測器(有氧檢測的可燃氣體探測器,,如催化燃燒型)的正常工作、影響操作工人的呼吸健康,、改變環(huán)境中可燃氣體的爆炸極限以及可燃氣體點火能,。GB/T 50493-2019規(guī)定的環(huán)境欠氧和過氧報警設(shè)定值(見表5),是為了保護操作人員的正常健康,。氧氣的過氧報警值和欠氧報警值的設(shè)定可只設(shè)一級報警,。各企業(yè)依據(jù)生產(chǎn)安全和職業(yè)健康工作的需要,可以設(shè)定氧氣的二級過氧報警值和二級欠氧報警值,。

在生產(chǎn)過程中可能導致環(huán)境氧氣濃度變化,,出現(xiàn)欠氧、過氧的有人員進入活動的場所,,應設(shè)置氧氣探測器,。當相關(guān)氣體釋放源為可燃氣體或有毒氣體釋放源時,氧氣探測器可與相關(guān)的可燃氣體探測器,、有毒氣體探測器布置在一起,。
在生產(chǎn)過程中環(huán)境氧氣濃度可能出現(xiàn)欠氧的場所,主要是受限空間作業(yè)工況,。在生產(chǎn)過程中環(huán)境氧氣濃度可能出現(xiàn)過氧的場所,,主要是工廠的氮氧站、局部用氧點的作業(yè)工況,。
設(shè)在爆炸危險區(qū)域2區(qū)范圍內(nèi)的在線分析儀表間,,應設(shè)可燃氣體和(或)有毒氣體探測器,并同時設(shè)置氧氣探測器,。
環(huán)境氧氣探測器的安裝高度宜距地坪或樓地板1.5m~2.0m,,主要是根據(jù)操作與維護人員的身高范圍而定的。

8,、測量范圍及報警值

可燃氣體,、有毒氣體和環(huán)境氧氣探測器的測量范圍和報警值應符合表5的要求。
注1:對于某些有毒氣體,,如丙烯腈蒸氣,,受儀表制造技術(shù)條件所限,難以在滿足0~300%OEL的條件下進行測量,,在此情況下,,有毒氣體的測量范圍可為0~30%IDLH。
注2:環(huán)境氧氣報警濃度具體的數(shù)值確定,,應視項目所處環(huán)境而調(diào)整,,如高原地區(qū),,海拔高度1610m時,大氣中的正常氧含量約為17.3%VOL,,其欠氧,、過氧大氣環(huán)境的氧含量應做合理調(diào)整。
有毒氣體的職業(yè)接觸限值OEL通常有三種,,按照數(shù)值由低到高分別是:最高容許濃度(MAC),、時間加權(quán)平均容許濃度(PC-TWA)和短時間接觸容許濃度(PC-STEL)。確定有毒氣體探測器測量范圍時,,優(yōu)先選擇數(shù)值較低的OEL值,,即選擇順序為:MAC、PC-TWA和PC-STEL,。只有在按照0~300%OEL的量程范圍選擇不到合適的毒性探測器產(chǎn)品時,,才允許將測量范圍放寬到0~30%IDLH。

9,、現(xiàn)場警報器的設(shè)置

現(xiàn)場警報器包括三種: 現(xiàn)場區(qū)域警報器,;有毒氣探測器一體式聲、光警報器,;可燃氣體探測器一體式聲,、光警報器。設(shè)置原則如表6所示,。

可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)應按照生產(chǎn)設(shè)施及儲運設(shè)施的裝置或單元進行報警分區(qū),,各報警分區(qū)應分別設(shè)置現(xiàn)場區(qū)域警報器。現(xiàn)場區(qū)域警報器的數(shù)量宜使在該區(qū)域內(nèi)任何地點的現(xiàn)場人員都能感知到報警,。
現(xiàn)場區(qū)域警報器可以根據(jù)情況合理設(shè)置,,需要時可以適當分類,比如:區(qū)域一可燃,、區(qū)域一有毒,;區(qū)域二可燃、區(qū)域二有毒,;......
根據(jù)具體情況,,數(shù)量較少或者其他一些情況下,也可以合并設(shè)置有毒和可燃現(xiàn)場區(qū)域警報器,。
以下三種場合和位置均應設(shè)置現(xiàn)場區(qū)域警報器:
1) 生產(chǎn)現(xiàn)場主要出入口設(shè)置現(xiàn)場區(qū)域警報器,;
2) 高噪聲區(qū)[噪聲超過85dB(A)]設(shè)置現(xiàn)場區(qū)域警報器;
3) 有人進入巡檢操作且可能出現(xiàn)可燃氣體或有毒氣體積聚的壓縮機廠房,、泵房,、筒(料)倉、分析小屋、分析化驗室等相對封閉場所,,在其出,、入口等醒目位置設(shè)置聲光警報器。
除了以上三種場合和位置需要設(shè)置現(xiàn)場區(qū)域警報器,,是否需要在某個區(qū)域內(nèi)進一步設(shè)置現(xiàn)場區(qū)域警報器,,應根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定,在以下三個條件同時滿足時,,區(qū)域內(nèi)部可以不設(shè)置現(xiàn)場區(qū)域警報器:
1) 報警分區(qū)內(nèi)的探測器數(shù)量小于10 個,;
2) 現(xiàn)場噪聲低于85dBA;
3) 現(xiàn)場探測器帶有一體化的聲,、光警報器。
以上三個條件只要有一個條件不滿足,,就需要在區(qū)域內(nèi)部進一步設(shè)置現(xiàn)場區(qū)域警報器,。

10、系統(tǒng)要求和配置圖

可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)(GDS)應獨立于其他系統(tǒng)單獨設(shè)置,,并且應與火災及消防監(jiān)控系統(tǒng)分開設(shè)置,。這是GB 50493-2009修訂升版為2019版標準的重要修訂內(nèi)容,2009版標準的要求為:GDS宜獨立設(shè)置,,明確允許I/O卡件獨立而共用控制器方式采用GDS和DCS的共用系統(tǒng),;允許GDS與火災檢測報警系統(tǒng)合并設(shè)置,并在條文說明中提出對于大型聯(lián)合裝置,、區(qū)域控制中心和全廠中心控制室等的GDS可優(yōu)先考慮與火災檢測報警系統(tǒng)合并設(shè)置,。GB/T 50493-2019明確要求GDS應獨立,包括和DCS等系統(tǒng)的獨立,,也包括和消防監(jiān)控系統(tǒng)的獨立,。
GDS配置圖如圖1所示。

圖1所示配置圖包括三部分:標準GDS系統(tǒng),、消防聯(lián)動GDS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)相關(guān)部分,,分別說明如下:

標準GDS系統(tǒng)部分,報警控制單元應采用獨立設(shè)置的以微處理器為基礎(chǔ)的電子產(chǎn)品,,并應滿足GB/T 50493-2019中的5.4.1條款要求,。
消防聯(lián)動GDS系統(tǒng)部分,參與消防聯(lián)動的報警控制單元應采用按專用可燃氣體報警控制器產(chǎn)品標準制造并取得檢測報告的專用可燃氣體報警控制器,;專用的可燃氣體報警控制器是指符合現(xiàn)行國家標準《可燃氣體報警控制器》GB 16808-2008質(zhì)量要求且具有消防產(chǎn)品型式檢驗報告的產(chǎn)品,。可燃氣體探測器參與消防聯(lián)動時,,探測器信號應先送至按專用可燃氣體報警控制器產(chǎn)品標準制造并取得檢測報告的專用可燃氣體報警控制器,,報警信號應由專用可燃氣體報警控制器輸出至消防控制室的火災報警控制器。可燃氣體報警信號與火災報警信號在火災報警控制系統(tǒng)中應有明顯區(qū)別,。
SIS系統(tǒng)相關(guān)部分,,可燃氣體或有毒氣體檢測信號作為安全儀表系統(tǒng)的輸入時,探測器宜獨立設(shè)置,,探測器輸出信號應送至相應的安全儀表系統(tǒng),,探測器的硬件配置應符合現(xiàn)行國家標準GB/T 50770-2013《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》有關(guān)規(guī)定。常規(guī)的可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng),,包括標準GDS系統(tǒng)和消防聯(lián)動GDS系統(tǒng),,沒有安全儀表功能要求,不需要符合功能安全標準,。

11,、控制室內(nèi)聲、光警報器

控制室操作區(qū)應設(shè)置可燃氣體和有毒氣體聲,、光報警,,以有利于控制室的操作人員及時發(fā)現(xiàn)并采取措施,聲壓等級應滿足設(shè)備前方1m處不小于75dBA,,聲,、光警報器的啟動信號應采用第二級報警設(shè)定值信號,不應以操作站揚聲器替代控制室內(nèi)聲,、光報警器,。

12、探測器選型

探測器的輸出可選用4mA~20mA的DC信號,、數(shù)字信號,、觸點信號,不建議采用總線信號,??扇細怏w及有毒氣體探測器的選用,應根據(jù)探測器的技術(shù)性能,、被測氣體的理化性質(zhì),、被測介質(zhì)的組分種類和檢測精度要求、探測器材質(zhì)與現(xiàn)場環(huán)境的相容性,、生產(chǎn)環(huán)境特點等確定,,具體要求見GB/T 50493-2019第5章要求和其他相關(guān)條款要求,包括條文說明中給出的要求,。

13,、便攜式檢測報警儀

工程實踐中建議重視便攜式檢測報警儀的使用。
便攜式可燃及有毒氣體探測器指可以隨身攜帶并在攜帶過程中完成檢測報警任務的氣體檢測報警裝置,,用于生產(chǎn)現(xiàn)場或儲運現(xiàn)場的介質(zhì)泄漏檢測,、現(xiàn)場泄漏介質(zhì)的確認和現(xiàn)場環(huán)境的安全監(jiān)測,。
按照GB/T 50493-2019要求,需要設(shè)置可燃氣體,、有毒氣體探測器的場所,,宜采用固定式探測器;需要臨時檢測可燃氣體,、有毒氣體的場所,,宜配備移動式氣體探測器。進入爆炸性氣體環(huán)境或有毒氣體環(huán)境的現(xiàn)場工作人員,,應配備便攜式可燃氣體和(或)有毒氣體探測器,。進入的環(huán)境同時存在爆炸性氣體和有毒氣體時,便攜式可燃氣體和有毒氣體探測器可采用多傳感器類型,。
根據(jù)GBZ/T 223-2009,,已知空氣中有毒氣體濃度經(jīng)常或持續(xù)超過報警設(shè)定值的特殊場所,,可不設(shè)立固定式有毒氣體檢測報警點,。如因工作需要進入作業(yè)場所,有關(guān)人員應配備便攜式有毒氣體檢測報警儀及有效的個體防護用品,。一般情況,應設(shè)置有毒氣體檢測報警儀的場所,,宜采用固定式,,當沒有必要或不具備設(shè)置固定式的條件時,應配置移動式或便攜式檢測報警儀,。另外,,安全巡檢和事故檢查也宜使用便攜式檢測報警儀。

14,、證書和檢驗報告

相關(guān)依據(jù)包括如下文件:
1) 《市場監(jiān)管總局關(guān)于防爆電氣等產(chǎn)品由生產(chǎn)許可轉(zhuǎn)為強制性產(chǎn)品認證管理實施要求的公告》〔2019年第34號〕
2) 《市場監(jiān)管總局關(guān)于優(yōu)化強制性產(chǎn)品認證目錄的公告》〔2020年第18號〕
3) 《市場監(jiān)管總局關(guān)于調(diào)整實施強制管理的計量器具目錄的公告》〔2020年第42號〕
4) 《市場監(jiān)管總局 國家認監(jiān)委關(guān)于改革調(diào)整強制性產(chǎn)品認證目錄及實施方式的公告》〔2018年第11號〕
5) GB/T 50493-2019 3.0.5條款(正文和條文說明)
依據(jù)以上文件,,證書和檢驗報告要求如下。
可燃氣體探測器應取得防爆強制認證CCC證書(依據(jù)1和2),,應取得消防產(chǎn)品型式檢驗報告(依據(jù)5),,不強制要求取得消防產(chǎn)品認證證書,可以自愿取得消防產(chǎn)品證書(依據(jù)4),,沒有計量器具型式批準證書的要求(依據(jù)3),。
二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)和一氧化碳(CO)有毒氣體探測器應取得計量器具型式批準證書(依據(jù)3),。在爆炸危險場所中使用有毒氣體探測器應取得防爆強制認證CCC證書(依據(jù)1和2),。
可燃氣體和有毒氣體探測器均沒有強制檢定要求,使用者可自行選擇非強制檢定或者校準的方式,,保證量值準確并符合使用要求(依據(jù)3),。
自2018年6月11日起,,可燃氣體報警產(chǎn)品(包括可燃氣體探測器和GDS控制器)不再實施強制性產(chǎn)品認證管理(CCCF)(依據(jù)4)。
探測器和GDS不執(zhí)行安全儀表功能(SIF)時,,不需要滿足功能安全標準,,也沒有SIL認證要求。探測器和GDS執(zhí)行安全儀表功能(SIF)時,,應滿足功能安全標準要求,,包括GB/T 50770-2013標準的要求。

15,、單位換算

環(huán)境大氣中有毒氣體濃度的表示方法有兩種:質(zhì)量濃度(每立方米空氣中所含有毒氣體的質(zhì)量數(shù),,即mg/m3 ) 和體積濃度(一百萬體積的空氣中所含有毒氣體的體積數(shù),即ppm(v/v)或μmol/ mol,。通常,,大部分氣體檢測儀器測得的氣體濃度是體積濃度ppm(v/v)。而國家的標準規(guī)范采用的氣體濃度為質(zhì)量濃度單位(mg/m3),。mg/m3符合GB 3100-1993《國際單位制及其應用》,,ppm不屬于國際單位制。
GB/T 50493-2019附錄B和GBZ 2.1—2019附錄A的A.2.6 條款均給出了ppm(v/v)和mg/m3的換算公式,,前者給出的是工況條件下的換算公式,,后者給出的是20℃、101.3kPa下的換算公式,。換算也可以采用換算系數(shù)計算得到,,GB/T 18664-2002《呼吸防護用品的選擇、使用與維護》附錄B給出了20℃,、1個大氣壓mg/m3下1ppm(v/v)換算mg/m3的系數(shù),。

16、電源

可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)的氣體探測器,、報警控制單元,、現(xiàn)場警報器等的供電負荷,應按一級用電負荷中特別重要的負荷考慮,,宜采用UPS電源裝置供電,。
GB/T 50493-2019條文說明3.0.5條款指出,分散或獨立的有毒及易燃易爆品的設(shè)施,,如加油站,、加氣站等,一般采用盤裝或壁掛式,,電源功率較小,,故規(guī)定檢測報警系統(tǒng)也可采用普通電源供電。

17,、其他工程應用

以下場景按照要求設(shè)置探測器或聲光報警器:
a) 分析小屋出入口設(shè)置聲光警報器,。
b) 設(shè)在爆炸危險區(qū)域2 區(qū)范圍內(nèi)的在線分析儀表間,,應設(shè)可燃氣體和(或)有毒氣體探測器,并同時設(shè)置氧氣探測器,。
c) 控制室,、機柜間的空調(diào)新風引風口等可燃氣體和有毒氣體有可能進入建筑物的地方,應設(shè)置可燃氣體和(或)有毒氣體探測器,。
d) 有人進入巡檢操作且可能積聚比空氣重的可燃氣體或有毒氣體的工藝閥井,、管溝等場所,應設(shè)可燃氣體和(或)有毒氣體探測器,。

總結(jié)

為保障石油化工企業(yè)的人身安全和生產(chǎn)安全,,實時監(jiān)測生產(chǎn)過程及儲運設(shè)施中泄露的可燃氣體和有毒氣體,并及時報警,,預防人身傷害以及火災與爆炸事故的發(fā)生,,如何合規(guī)、合理及有效的對生產(chǎn)過程及儲運設(shè)施中的進行GDS工程設(shè)計和工程應用至關(guān)重要,。本文根據(jù)GB/T 50493-2019的要求,,結(jié)合其他相關(guān)文件、標準規(guī)范和工程實際,,說明了石油化工GDS工程設(shè)計原則和注意事項,,作為工程應用的參考。

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