火气系统与安全仪表系统探讨

第57卷第1期化肥设计/e b8%19 2019 年2 月Chem icalFertilizerDesign , 9 •设计技术大气系统与安全仪表系统探付梁达，张丽，孟铎(中国五环工程有限公司，湖北武汉>30223)摘要火气系统（FGS)是集成火灾报警和气体检测的工业自动化系统，在保证工厂安全生产中起着重要的作用，是构成石化装置安全系统的重要组成部分。

在介绍火气系统基本结构的基础上，结合相关的国际标准，系统地分析了火气系统和安全仪表系统（SIS)的关系。

关键词火气系统；安全生产；安全仪表系统d o t 10. 3969/j. issn. 1004 — 8901.2019.01. 003中图分类号TP273 文献标识码A文章编号1004 —8901(2019)01 —0009 —04Brief Discussion on FGS and the Safety Instrumented SystemLiang D a,Zhang Li»Meng Duo(W uhuan Engineering Co.»Ltd., Wuhan Hubei430223»China)A bstract：Fire and gas system(FG S) is an integrated industrial autom ation system for fire alarm and gas detection. It plays an im portant role in ensuring safe production in factories and is an im portant part of safety system in petrochemical plants. On the basis of introducing the basic structure of the fire —gas system, the relationship between the fire —gas system and the safety instrum lyzed in accordance with the relevant international standards.Keywords: fire and gas system; safe production；safety instrum ent systemdoi: 10. 3969/=. issn. 1004 —8901 2019. 01 003近年来，石化行业频发重大安全事故，给人民群 众生命财产造成了重大损失，给社会发展造成了恶劣 影响。

可燃/有毒气体的存在和泄漏是造成重大火灾、爆炸和人身伤害事故的主要因素之一，对化工生 产装置中可燃/有毒气体的有效监测和管控将预防事 故的发生，或在事故发生后减轻事故造成的后果。

国家安全监管总局（现已纳人中华人民共和国应急管理部）014年11月发布的《关于加强化工安 全仪表系统管理的指导意见》（安监总管三〔2014〕116号文）提出$化工安全仪表系统（SIS)包括安全 联锁系统、紧急停车系统和有毒有害、可燃气体及火灾检测保护系统等”，将可燃/有毒气体及火灾检 测保护系统纳人了安全仪表系统的管理范畴，对可 燃/有毒气体及火灾检测保护系统的设计、实施和 管理提出了更高的要求，对安全仪表系统的一些传统理念提出了挑战。

1火气系统（FGS)火灾报警和气体检测系统FGS(F ie AlarmandGas DetectionSystem,简称火气系统）将火灾 报警系统FAS(Fire Alarm System)和气体检测报警系统GDS(GasDetectionSystem)有机地组合在 一起。

根据ISA-TR84. 00. 07定义，F G S是工业自 动化和控制系统的子系统，用来检测工业过程中危 险物质的泄漏并采取合适的措施来减缓泄漏事件产生的后果，可以直接通过探测器检测现场泄漏气体的浓度，或是根据泄漏的结果推算出来（比如燃 烧时的热辐射）。

F G S可以检测可燃气体、毒性气 体、烟雾、火焰、声发射、快速温升等，检测覆盖率和能力取决于危险的场景。

F G S将传统的消防系统的功能从火灾事故减轻扩展到了火灾事故预防，动作时间从着火后提前到了着火前，大大提高了石化生产装置的安全性[1]。

作者筒介！梁达（1964年一），男，广东佛山人，1986年毕业于华东化工学院化工自动化及仪表专业，教授级高级工程师，现主要从事技术管理工作。

• 10 •化肥设计2019年第57卷F G S由传感器、逻辑控制器和最终元件组成。

传感器用于探测可燃气体、毒性气体或者火警，包 括火焰探测器、感烟火灾探测器、感温火灾探测器以及可燃/有毒气体探测器，并配置手动报警措施；逻辑控制器通常采用常规P L C、安全P L C、F G S专 用的P L C或者专用的F F S多回路控制器，用于检 测信号的处理和逻辑控制；最终元件用于声光报警器、消防联动、消防灭火系统甚至工艺装置联动停车等[14]。

典型的F G S结构组成见图1。

图1 典型的F G S结构示意一旦出现异常状态，F G S将采取以下动作：①提供状态报警（②将工艺过程置于安全状态（③执行预定动作，减轻危险事件的后果。

F G S作为一种将火灾报警与可燃/有毒气体检 测集成的系统-]，当前国内还没有一个完整的、综 合性的设计规范。

同时，国内现行的一些标准规范 和强制性产品认证制度也给F G S的搭建带来了一 些困扰。

拘于早期火灾报警器技术上的局限，GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》便对气 体探测器接入火灾报警器提出了限制。

该规范的 第8.1.2条规定：“可燃气体探测报警系统应独立组成，可燃气体探测器不应接入火灾报警控制器的 探测器回路；当可燃气体的报警信号需接入火灾自 动报警系统时，应由可燃气体报警控制器接入”。

当前F G S的典型构成见图2,其可靠性和经济性都有局限。

图2 FG S典型构成较之F G S已在国外石化项目广泛应用，目前在 国内项目中的应用并不普遍。

但随着技术的成熟、安全需求的提高，F G S在国内项目的应用已开始逐 渐多了起来。

如目前大型L N G项目中多数采用 FGS。

2 FGS与安全仪表系统（SK)根据 GB/T 21109. 1—2007/IEC 61511-1:2003 的定义，安全仪表系统SIS(Safety InstrumentSys-tem)是实现仪表安全功能（SIF)的仪表系统，由传 感器、逻辑解算器和最终元件组成。

可包含仪表安 全控制功能，也可包含仪表安全保护功能，或包含 这两者。

S IS用于降低风险，将风险控制在可接受的范围内。

对于过程工业领域而言，S I S主要执行仪表安全保护功能。

GB/T 21109. 1—2007/IEC 61511-1: 2003 中给出 了过程工业领域中常见的典型风险降低方法(见图3)。

图3过程工业领域中常见的典型风险降低方法从图3可以看出，S IS处于预防层和减轻层，用 于预防危险事件的发生，或减小危险事件的后果。

F G S在可燃/有毒气体泄漏时通过报警或联锁 减少由于气体泄漏而可能造成的更大的危险事件的发生，如爆炸、火灾或人员中毒等，在风险降低方 法中属于典型的风险减轻。

在GB/T 21109. 1— 2007/IEC 61511-1:2003对“减轻”的定义中，也将 “根据已证实的着火或气体泄漏的检测所采取的紧 急减压”作为“减轻”的示例。

F G S与S IS在过程工业领域中均起着风险降低的作用，对化工生产装置的安全保障至关重要。

由此也就不难理解安监总管三〔2014〕116号文中将第1期梁达，张丽，孟铎火气系统与安全仪表系统关系的探讨• 11 •F G S纳入安全仪表系统进行管理的要求。

根据安全仪表系统相关术语的定义，当生产装置出现异常时，S I S通过仪表系统的作用将生产装置置于安全状态或减轻其后果。

也就是说，F G S并非完全等同于SIS，只有具有仪表安全功能（SIF)的F G S才是SIS。

对参与工艺装置联动的F G S应按照安全仪表系统的相关规范进行设计、实施和管理-，<]。

在安监总管三〔201>〕116号文宣讲中，主要起草人员也反复强调，该文并不是说所有F G S都是安全仪表系统，而是强调对“有毒有害、可燃气体及火灾检测保护系统”应根据安全仪表系统的相关规范进行安全完整性等级（SIL)分析定级，并根据分析结果进行设计和管理。

3 FGS 与 ESD在传统观念中，石油化工企业中的S IS往往特指紧急停车系统USD(Emergencyshutdown)。

从前面的分析可以看出，F G S也可以和ESD —样具有安全功能，是安全仪表系统（SIS)的一个重要应用领域，但F G S与E SD存在较多的差异。

3.1预防层与减轻层E S D既可以实现预防层的功能，也可以实现减轻层功能。

当生产装置出现异常时，E S D将生产装置置于安全状态，预防危险事件的发生，同时，ESD还可以在危险事件发生后，减小事件的后果，实现减轻层的功能。

而F G S只在危险事件（气体泄漏）发生后起作用，减轻事件发生的后果，实现减轻层的功能+图 > 所示场景一为E S D典型的预防层功能应用。

本场景中，如果合成氨装置的冷氨产品泵出现故障，出口流量过低，导致冷氨产品泵吸入口的常压氨分离器液氨满液，并有可能流入氨压缩机，导 致压缩机损坏。

正常时1台冷氨产品泵运行，当检测到冷氨产 品泵出口压力低低（PSLL-001)或常压氨分离器液位高高（LSHH-001)时，启动冷氨产品备用泵，将常 压氨分离器液位置于正常状态，预防液氨流入氨压缩机事故的发生，保障生产装置安全运行。

在SIL 分析定级时，该S I F回路的S I L等级通常要求为SIL1，由E S D实现。

图5所示场景二则为E S D典型的减轻层功能 应用。

如果合成氨装置中甲烷化反应器温度超高，导致反应器破裂，持续释放可燃介质（H2和CH4)以及有毒介质C0,可能导致现场燃爆和人员中毒。

当检测到甲烷化反应器温度高高（丁38士001X，TSH H-002X，TSH H-003X)，ESD 将联锁关闭甲烷化反应器入口阀（M0V-001和XV-001)，打 开工艺气放空阀（PV-001)，防止事故的蔓延，同时 联锁停止合成气压缩机和氨压缩机运行，停止装置 的运行，减轻事故的后果。

通常在S IL分析定级时，该S I F回路的S I L等 级要求为SIL2。

场景二中，当可燃介质（H2和CH>)以及有毒 介质C0泄漏时，F G S通过报警装置通知相关人员 及时处理，预防火灾和人员中毒事件的发生。