中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司儲運部蔣曉武
1 引言
從近幾年石油化工行業(yè)的生產(chǎn)情況來看，安全形勢不容樂觀，尤其是大型儲罐區(qū)發(fā)生的火災(zāi)爆炸事故頻繁發(fā)生尤為突出，如2006年8月7日某石化公司輸油站16號15萬方原油儲罐遭雷擊起火、2007年7月7日某公司中轉(zhuǎn)站10萬立原油罐雷擊著火、2010年1月7日某公司球罐著火爆炸以及2010年5月9日某公司石腦油罐著火爆炸事故等。
目前大多數(shù)石化企業(yè)的消防設(shè)施，基本采用現(xiàn)場手動控制操作，當儲罐發(fā)生火災(zāi)時，操作人員必須在現(xiàn)場逐步開啟一個又一個閥門、啟動一臺又一臺的機泵，所涉及到的操作約有10多項步驟，啟動全部消防系統(tǒng)設(shè)施的時間需要2分鐘以上；部分采用遠程控制操作，啟動速度較快，但也需要1分鐘左右。在火災(zāi)爆炸事故后，啟動消防系統(tǒng)快速與否直接關(guān)系火情能否得到控制與撲救，且在應(yīng)急情況下，操作人員易發(fā)生緊張慌亂情緒，復雜繁多的人為操作易出錯，安全可靠性不高，自動化水平低，故上述的現(xiàn)場手動或是單一的遠程控制的消防系統(tǒng)易延誤滅火的最佳時機，造成火災(zāi)事故的進一步惡化、擴大，給企業(yè)、社會、國家?guī)砭薮髶p失和惡劣的負面影響。
現(xiàn)介紹某石化公司對儲罐區(qū)消防系統(tǒng)實施改造，采用了先進的DCS程序控制消防系統(tǒng)，徹底解決原消防系統(tǒng)在撲救過程中步驟繁多、安全可靠性差、自動化水平低等操作問題，可大大提高企業(yè)的消防安全性以及對火災(zāi)爆炸事故的撲救能力。
2 罐區(qū)消防設(shè)施總體概況
某石化公司的大型儲罐區(qū)，有50000m3、20000m3及其它各類容量儲罐達二百多臺，儲罐數(shù)量多，規(guī)模大，占地面廣，其配套消防系統(tǒng)也頗具規(guī)模。原儲罐區(qū)的消防系統(tǒng)主要設(shè)施有： 2個消防水池、2套平衡壓力式泡沫比例混合裝置（包含4臺泡沫泵即P1～P4）、2臺泡沫液儲罐、3臺泡沫給水泵（B712～714）、3臺消防水增壓泵（B715～717）以及相關(guān)閥門等設(shè)施。
原消防系統(tǒng)的操作方式為遠程手動控制進行操作，操作人員需通過面板上密密麻麻的操作按鈕一個一個的動作來實現(xiàn)開關(guān)，操作復雜繁瑣，且無法得知現(xiàn)場泡沫存量、泡沫泵、水泵等運行工況，緊急情況，還需現(xiàn)場手動操作相關(guān)閥門與機泵，不能實現(xiàn)快速啟動消防設(shè)施撲滅火情的功能。
經(jīng)消防系統(tǒng)改造后，該大型儲罐區(qū)采用了DCS程序控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了“三級”操作，即遠程DCS程序控制、遠程手動操作、現(xiàn)場手動操作。假定現(xiàn)場儲罐發(fā)生著火爆炸，原則上首先采用DCS程序控制進行遠程操作，應(yīng)急人員可通過快捷的“一鍵式”操作來快速啟動消防設(shè)施，亦可在控制室內(nèi)即時察看火場險情，通過監(jiān)控管線壓力、機泵電流、水池液位、泡沫儲罐液位等參數(shù)，了解閥門開關(guān)、機泵的運行工況，根據(jù)火場指揮與監(jiān)控情況迅速調(diào)整滅火方案。
3 DCS系統(tǒng)簡介
DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或叫集散系統(tǒng)，是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等
DCS結(jié)構(gòu)，包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國內(nèi)行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少，該公司的設(shè)備系統(tǒng)采用此管理級系統(tǒng)。
該大型儲罐區(qū)消防系統(tǒng)中DCS控制結(jié)構(gòu)，主要是過程級與操作級，不涉及到管理級，其DCS的控制程序是由過程控制站執(zhí)行的操作，故消防系統(tǒng)控制室內(nèi)設(shè)置了2個操作員站和1個工程師站，即有3套完整的計算機系統(tǒng)，其系統(tǒng)主要由電源、CPU（中央處理器）、網(wǎng)絡(luò)口和I/O組成。其中I/O為控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道。DCS中的I/O一般是模塊化，一個I/O模塊上有一個或多個I/O通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥），即計算機系統(tǒng)通過I/0通道來執(zhí)行相關(guān)控制操作，同時傳送各種如壓力、電流、液位等參數(shù)信號。
該消防控制系統(tǒng)采用了日本橫河的DCS控制系統(tǒng)，其它公司還有如美國最大的儀表控制公司Honeywell、德國西門子公司的Telepermm等，國內(nèi)的有：上海新華、魯能控制、國電智深、浙大中控等廠家。
4 DCS程序控制的技術(shù)應(yīng)用
4.1 控制程序基理
該DCS程序控制，按實際某一油罐在著火爆炸事故狀態(tài)下特定的滅火撲救程序，對計算機內(nèi)的控制邏輯進行組態(tài)編程。其硬件基礎(chǔ)是將消防系統(tǒng)所涉及所有設(shè)施相應(yīng)的控制與回訊信號、現(xiàn)場設(shè)備運行工況等實際參數(shù)統(tǒng)一引入到計算機DCS系統(tǒng)，例如閥門開關(guān)、機泵開停信號、機泵電流、泵出口壓力、消防水與泡沫系統(tǒng)管道壓力、消防水池液位、泡沫儲罐液位等信號，有條件的話同樣將工業(yè)電視監(jiān)控信號也引入控制室；同時必須結(jié)合儲罐區(qū)的消防系統(tǒng)流程圖配合使用，可在流程圖上實現(xiàn)各類消防設(shè)施遠程開關(guān)控制與實時監(jiān)控。
邏輯組態(tài)按即定的操作程序進行編程：假設(shè)該儲罐區(qū)某一油罐發(fā)生著火爆炸，發(fā)現(xiàn)人員立即報火警，啟動火災(zāi)應(yīng)急預案，與此同時消防操作人員在接到油罐著火報警確認火情后，第一步是立即開啟著火罐噴淋冷卻水閥、著火罐泡沫上罐閥、鄰近罐噴淋冷卻水閥以及通往著火罐的相關(guān)泡沫系統(tǒng)流程閥等閥門；第二步是立即啟動泡沫混合設(shè)施供給泡沫混合液用于滅火；第三步是啟動增壓水泵給消防水管網(wǎng)增壓。在開啟完成上述消防設(shè)施后，需立即通過電視監(jiān)控系統(tǒng)實時了解事故現(xiàn)場狀況，并監(jiān)控泡沫泵、水泵的壓力與電流、消防水管網(wǎng)壓力、泡沫系統(tǒng)管網(wǎng)壓力、消防水池液位以及相關(guān)消防系統(tǒng)設(shè)施的運行工況，發(fā)生異常立即調(diào)整撲救方案，保證消防系統(tǒng)能正常供給消防水及泡沫液用于滅火。
根據(jù)上述儲罐滅火程序步驟對計算機的DCS系統(tǒng)進行邏輯組態(tài)，以形成一套完整的自動控制程序，將原一步步手動操作控制，實現(xiàn)一個系列批處理的“順控”或“聯(lián)鎖”等的邏輯控制。對照現(xiàn)場實際操作方式，對應(yīng)消防系統(tǒng)程序控制的組態(tài)邏輯則可分為三個部分：一是“控制閥”邏輯，包含了著火罐噴淋冷卻水閥、著火罐泡沫上罐閥、鄰近罐噴淋冷卻水閥以及通往著火儲罐的泡沫系統(tǒng)流程閥等閥門的自動連續(xù)開啟邏輯；二是“泡沫泵”邏輯，若泡沫系統(tǒng)供水為穩(wěn)高壓供水，包含自動啟動泡沫混合裝置，并開啟備用裝置的壓力自控邏輯；若泡沫系統(tǒng)供水為泡沫給水泵供水，則需另增加3臺泡沫給水泵壓力自控邏輯；三是“噴淋泵”邏輯，包含了3臺消防水增壓泵的壓力自控邏輯。一部分無固定式泡沫滅火系統(tǒng)的儲罐，如球罐等則不需要設(shè)置相應(yīng)的“泡沫泵”邏輯。
圖1：控制程序示意圖