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油庫(kù)安全自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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Technology	技術(shù)縱橫
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：10()3-0492(2014)11-0076-()3中圖分類號(hào)：TP273
油庫(kù)安全自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
Oil Depot Safety Automation System Design and Implementation
宋春紅(中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北 任丘062550 )

摘耍：本文針對(duì)油庫(kù)安全系統(tǒng)現(xiàn)狀，對(duì)油庫(kù)進(jìn)行了危害與可操作性 (HAZOP)分析，通過(guò)對(duì)油庫(kù)事故源的分析，找出目前油庫(kù)存在的安全漏 洞，對(duì)油庫(kù)安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全控制原則等提出解決方案，并應(yīng)用于 銷售板塊八拜油庫(kù)，取得良好應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞：安全控制系統(tǒng)；消防控制系統(tǒng)；HAZOP分析
Abstract: This paper analyzes the hazard and operability (HAZOP) of the oil depot in view of current safety situation. The existing terminal security vulnerabilities are therefore found out. The solutions to the fuel depot safety control system design and safety control principle are given, which is applied in the BABAI Oil Depot, and the better performance is achieved.
Key words: Safety control system; Fire-fighting control system; HAZOP analysis
1油庫(kù)安全系統(tǒng)現(xiàn)狀
油庫(kù)自動(dòng)化安全系統(tǒng)包括生產(chǎn)過(guò)程安全監(jiān)控系統(tǒng)和消防系統(tǒng) 兩部分，安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)采集和顯示，偏 離正常工況報(bào)警和安全保護(hù)連鎖控制，火災(zāi)報(bào)警及消防控制；消 防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警及消防設(shè)施聯(lián)動(dòng)控制。
目前石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范中，沒(méi)有油庫(kù)安全控制系統(tǒng)和儀表的設(shè) 計(jì)要求。通常將安全控制與過(guò)程控制功能合并設(shè)置，安全功能在 過(guò)程PLC中實(shí)施，不單獨(dú)設(shè)立ESD系統(tǒng)。部分油庫(kù)中，消防控制 系統(tǒng)與過(guò)程控制系統(tǒng)合并設(shè)置。
目前油庫(kù)實(shí)現(xiàn)了發(fā)生火災(zāi)啟動(dòng)消防設(shè)施；儲(chǔ)罐高液位連鎖關(guān) 閉進(jìn)口閥門；汽車、火車裝車靜電、溢油報(bào)警關(guān)閉裝車泵和裝車 閥；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)緊急狀況，一鍵關(guān)閉裝車閥和裝車泵等；鶴管、 接地夾、油氣回收接管歸位檢測(cè)，防止鶴管拉裂等安全控制功 能。同時(shí)還有必要的物理防范措施：油庫(kù)設(shè)置了智能電子巡更， 定時(shí)對(duì)庫(kù)區(qū)、裝車區(qū)等生產(chǎn)要害區(qū)域進(jìn)行檢査；周界報(bào)警，防止 外界侵入；電視監(jiān)控，監(jiān)視各主要路口、裝車區(qū)作業(yè)情況和油庫(kù) 火災(zāi)，并可以與周界報(bào)警聯(lián)動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)事件。
在油庫(kù)實(shí)際運(yùn)行中，上述監(jiān)控功能難以滿足油庫(kù)安全運(yùn)行的 需求，如區(qū)域間工藝系統(tǒng)缺少隔離措施，易引起事故蔓延；聯(lián)通 閥的無(wú)互鎖保護(hù)，導(dǎo)致混油發(fā)生；潛在介質(zhì)流速超高，引起火災(zāi) 事故，油庫(kù)無(wú)全面的分級(jí)關(guān)斷控制，潛在安全漏洞。為此公司設(shè) 立科研課題，對(duì)油庫(kù)存在安全隱患進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析，提出 合理的操作控制方案，確保油庫(kù)安全運(yùn)行。
2 HAZOP分析
我們邀請(qǐng)Scanpower公司、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行專家和設(shè)計(jì)院相關(guān) 專業(yè)人員組成分析小組，開(kāi)展了HAZOP分析。
分析采用典型油庫(kù)，涵蓋油庫(kù)全面的作業(yè)流程，包含了管 道、鐵路、碼頭和公路四種收、發(fā)油方式。主要工藝流程及輔助 系統(tǒng)如下：管道收發(fā)油流程、碼頭收發(fā)油流程、鐵路收發(fā)油流 程、公路發(fā)油流程、倒罐流程、油氣回收流程、消防系統(tǒng)。
采用標(biāo)準(zhǔn)的HAZOP分析方法，得出建議60項(xiàng)，與安全控制系 統(tǒng)相關(guān)的建議20項(xiàng)，經(jīng)討論采納17項(xiàng)，3項(xiàng)未采納。并將相關(guān)建 議編制到油庫(kù)操控原則當(dāng)中，同時(shí)要求在程序中實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)控 制。主要采取的安全措施包括：
(1)	在管道進(jìn)庫(kù)處增加截?cái)嚅y，以確保油庫(kù)和上游站場(chǎng)實(shí) 現(xiàn)隔離操作要求。
(2)	防止因泵前閥誤關(guān)閉或未打開(kāi)造成的泵啟動(dòng)故障，建 議增加泵入口壓力遠(yuǎn)傳。
(3)	考慮增加碼頭收油區(qū)域截?cái)嚅y。
(4)	根據(jù)油庫(kù)地形和收油方向高程差的影響，考慮是否增 加單向閥，從而避免回流。
(5)	考慮增加碼頭區(qū)域ESD的現(xiàn)場(chǎng)和中控控制功能。
(6)	考慮在庫(kù)區(qū)往碼頭進(jìn)出站方向增加隔離閥。
(7)	考慮增加鐵路收油區(qū)域截?cái)嚅y。
(8)	根據(jù)油庫(kù)地形和收油方向高程差的影響，酌情考慮是 否增加單向閥，從而避免回流。
(9)	考慮增加泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和裝車鶴管數(shù)量邏輯判斷及報(bào) 警和停泵措施，同時(shí)建議操作規(guī)程中提出停泵操作原則，以避免 在裝車過(guò)程中超過(guò)安全流速。
(10)	考慮在棧橋上增加潛液泵的故障狀態(tài)顯示及報(bào)警，若 潛液泵故障并且火車卸油離心泵關(guān)停，可能會(huì)發(fā)生倒流。
(11)	加強(qiáng)槽車卸油作業(yè)過(guò)程中鶴管鶴位閥門復(fù)核管理，從 而避免油品回流至鶴位閥門未關(guān)閉的槽車，導(dǎo)致潛在的溢流事故；
(12)	考慮火車發(fā)油泵入口閥門邏輯互鎖，避免閥門同時(shí)打 開(kāi)導(dǎo)致槽車潛在溢流。
(13)	汽車裝車區(qū)處增加靜電接地失效報(bào)警裝置，增加靜電 接地失效后聯(lián)鎖停泵關(guān)閥，避免火災(zāi)事故。
(14)	單罐禁止同時(shí)進(jìn)行收發(fā)油作業(yè)，設(shè)置罐前電動(dòng)閥門的 邏輯互鎖關(guān)系。
(15)	單罐收油作業(yè)時(shí)，應(yīng)禁止該罐油氣回收作業(yè)；單罐發(fā) 油作業(yè)時(shí)，允許油氣回收作業(yè)，避免引起計(jì)量混亂。
(16)	罐根閥應(yīng)實(shí)現(xiàn)緊急切斷功能，保證單罐的有效隔離。
(17)	針對(duì)汽油儲(chǔ)罐，除油氣回收閥外其他罐前閥實(shí)現(xiàn)邏輯 互鎖，避免不同油品的罐前閥同時(shí)打開(kāi)。
3系統(tǒng)安全聯(lián)動(dòng)
除HAZOP分析得出的安全措施外，還對(duì)油庫(kù)的系統(tǒng)間消防聯(lián) 動(dòng)、消防控制邏輯、油庫(kù)三級(jí)關(guān)斷等進(jìn)行了研究。
3.1消防系統(tǒng)
3.1.1消防控制系統(tǒng)
在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防控制控制需保持系統(tǒng)供電，并持續(xù)長(zhǎng) 時(shí)間工作。而過(guò)程控制在緊急切斷完成后，應(yīng)該斷電，火災(zāi)發(fā)生 后兩者的運(yùn)行方式不同。如油庫(kù)消防控制系統(tǒng)與過(guò)程控制系統(tǒng)合 并設(shè)置，過(guò)程控制系統(tǒng)也需帶電運(yùn)行，存在安全隱患，可靠性降 低，也無(wú)法通過(guò)消防驗(yàn)收。
消防控制系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警及聯(lián)鎖啟動(dòng) 消防泵和閥門等設(shè)施。
3.1.2火災(zāi)檢測(cè)儀表
目前成品油庫(kù)消防報(bào)警僅設(shè)置了手動(dòng)報(bào)警按鈕，未設(shè)置火災(zāi) 檢測(cè)儀表，主要依靠操作人員巡檢和電視監(jiān)控發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，而油庫(kù) 電視監(jiān)控不能檢測(cè)到罐區(qū)全貌，存在死角，因此監(jiān)測(cè)的及時(shí)性不 能保證，可能會(huì)貽誤最佳救火時(shí)機(jī)。
因此對(duì)于罐區(qū)應(yīng)增設(shè)火焰探測(cè)器、光纖光柵感溫探測(cè)器；
消防啟動(dòng)原則如圖1所示：
 
3.2安全系統(tǒng)
3.2.1安全切斷閥
目前油庫(kù)切斷閥均配置電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在斷電時(shí)保持原位， 而發(fā)生火災(zāi)時(shí)，極易發(fā)生電纜燒斷的情況，閥門無(wú)法關(guān)斷，造成 火災(zāi)的蔓延，事故擴(kuò)大。
根據(jù)國(guó)內(nèi)外安全切斷閥方面的相關(guān)規(guī)范，安全切斷閥均 要求采用故障安全型執(zhí)行機(jī)構(gòu)(失去動(dòng)力源時(shí)仍能夠歸至安 全位置)。
因此在儲(chǔ)罐根部，碼頭來(lái)油管線、管道站場(chǎng)來(lái)油管線，設(shè) 置故障安全型切斷閥，在發(fā)生火災(zāi)或其他事故時(shí)確保閥門及時(shí)關(guān) 閉，切斷油源，防止事故蔓延。根據(jù)油庫(kù)具體情況，安全切斷閥 數(shù)量較少時(shí)可采用電液閥，較多時(shí)可采用氣動(dòng)閥配套氣源裝置， 需對(duì)具體項(xiàng)目進(jìn)行投資分析。
3.2.2安全保護(hù)控制邏輯
(1)油庫(kù)三級(jí)關(guān)斷
?	存在問(wèn)題
安全保護(hù)控制邏輯不夠完善，沒(méi)有設(shè)置分級(jí)安全關(guān)斷控制， 消防與過(guò)程控制無(wú)聯(lián)動(dòng)，使得火災(zāi)發(fā)生后不能及時(shí)關(guān)斷有關(guān)閥門 和泵等，不利于防止事故蔓延。
?	改進(jìn)措施
根據(jù)油庫(kù)事故發(fā)生的地點(diǎn)、影響區(qū)域和危害程度采用三級(jí)關(guān) 斷設(shè)置，安全切斷控制如下：
一級(jí)關(guān)斷：全廠性關(guān)斷
當(dāng)庫(kù)區(qū)、相鄰站場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)或爆炸，消防確認(rèn)后或ESD按 鈕按下時(shí)觸發(fā)全廠關(guān)斷，即關(guān)斷油庫(kù)所有操作閥及區(qū)域隔斷閥 (如：所有罐根氣動(dòng)閥、管道來(lái)油氣動(dòng)閥、裝車電液控制閥 等)，同時(shí)停汽車發(fā)油泵、火車卸車泵等所有收油、發(fā)油泵，確 認(rèn)無(wú)操作時(shí)切斷生產(chǎn)用電，保留消防用電。
二級(jí)關(guān)斷：區(qū)域關(guān)斷
當(dāng)儲(chǔ)油區(qū)、汽車裝車區(qū)、火車裝卸區(qū)溢油或漏油時(shí)觸發(fā)區(qū)域 關(guān)斷，關(guān)斷區(qū)域隔斷閥，停該區(qū)域運(yùn)行泵。
三級(jí)關(guān)斷：設(shè)備關(guān)斷
當(dāng)儲(chǔ)罐液位超高、罐車靜電溢油報(bào)警、油氣回收裝置故障時(shí) 關(guān)閉單元設(shè)備及與設(shè)備相關(guān)的閥門和機(jī)泵。
4在八拜油庫(kù)中的應(yīng)用
八拜油庫(kù)是中石油銷售板塊新建油庫(kù)，在設(shè)計(jì)實(shí)施和油庫(kù)操 作控制原則的編制過(guò)程中，融人了以上科研成果。
八拜油庫(kù)配置三套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，消防控制系統(tǒng)獨(dú)立設(shè) 置。安全系統(tǒng)的與過(guò)程控制系統(tǒng)合并設(shè)置。油氣回收裝置自配 PLC,實(shí)現(xiàn)裝置的安全及過(guò)程監(jiān)控。各系統(tǒng)間組成局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn) 各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
軟件功能包括：發(fā)生火災(zāi)，經(jīng)確認(rèn)后，一鍵啟動(dòng)消防設(shè)施， 實(shí)現(xiàn)消防泵和閥的程序控制；火災(zāi)消防確認(rèn)聯(lián)動(dòng)油庫(kù)一級(jí)關(guān)斷； 油庫(kù)三級(jí)關(guān)斷；安全連鎖保護(hù)：液位超高聯(lián)鎖、閥門間互鎖保 護(hù)、超流速保護(hù)、靜電溢油保護(hù)控制以及關(guān)鍵儀表設(shè)備的故障報(bào)

警等?？刂乒δ茉谟蛶?kù)過(guò)程與安全控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
科研課題中控制原則成果在內(nèi)蒙古八拜油庫(kù)設(shè)計(jì)中得以全面 實(shí)施，油庫(kù)于2013年2月投產(chǎn)應(yīng)用情況良好。2013年5月份在八拜 油庫(kù)召開(kāi)的中石油銷售板塊現(xiàn)場(chǎng)工作會(huì)上得到業(yè)內(nèi)專家的肯定。 科研課題的部分成果已經(jīng)寫入銷售板塊的成品油庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，目 前正申請(qǐng)升級(jí)為中國(guó)石油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
5結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)油庫(kù)安全監(jiān)控進(jìn)行了較為深入研究，主要從火災(zāi)檢測(cè) 自動(dòng)消防，消防與過(guò)程系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)、生產(chǎn)過(guò)程安全監(jiān)控中存 在的安全隱患進(jìn)行分析，提出解決方案，杜絕安全漏洞，確保油 庫(kù)安全運(yùn)行。以上內(nèi)容已經(jīng)編入中國(guó)石油成品油庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，未 來(lái)將在中國(guó)石油成品油庫(kù)建設(shè)中廣泛推廣應(yīng)用。心
參考文獻(xiàn)：
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宋春紅(1965-),女，遼寧撫順人，高級(jí)工程師，碩士研究 生，畢業(yè)于沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化系，現(xiàn)就職于中國(guó)石油集團(tuán)工 程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，主要從事儀表自動(dòng)化工程設(shè) 計(jì)方面的工作。

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