隔爆型多频LNG储罐火焰探测器，稳定性强

一、LNG储罐安全仪表系统设计及隔爆型多频LNG储罐火焰探测器的应用

LNG（液化天 然气）储罐是LNG接收站的核 心关 键设备。LNG液体的物理特性决定了LNG大量泄漏会造成冻伤、火灾、爆炸危险。LNG储罐容量大、温度级低、易燃易爆、易气化，在储存中易产生分层和翻滚问题。对LNG储罐本体的结构安全可靠设计是一个方面，同时，如何设计一套安全可靠的安全仪表系统，对于LNG储罐的平稳运行、紧急情况下的联锁保护都是非 常关 键的。

随着大型接收站的储罐设计容量越来越大，基本采用1.6×105m3 甚至2.0×105m3 ，对安全仪表系统及一套可靠的温度、压力、液位检 测仪表的设计要求也越来越高。当前对于LNG储罐的液位、压力保护系统有较多的论述，但是对于从整体上讲述安全仪表系统之间的联锁较少，对于火灾和可燃气体 检 测系统的详细介绍较少。尤其是很多接收站正在进行储罐扩建工程，是在原有工程基础上扩建的，原有的控制和安全联锁系统能否符合现行规范的安全设计要求，需要认真核对。

根据IEC 61511-2016《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》中定义的保护层的结构，从过程控制层、安全保护层、减灾层都需要有相应的保护。本文介绍一套完整的安全仪表系统，并将系统间的联系和系统的联锁逻辑进行研究设计，将储罐区域的安全仪表系统作为接收站安全仪表系统的一部分，同时又能够与火灾报警系统等其它系统相关联，组成完整的联锁保护系统，确保整个LNG储罐的运行平稳。

1 LNG储罐安全仪表系统组成

LNG储罐系统作为应用樶广泛的液化天 然气储存设备，主要包括储罐本体、罐内泵及罐外工艺管线，罐外工艺管线主要包括码头卸料引来的LNG总管、BOG管线、外输管线、LNG回流和排净管线、放空管线及氮气管线。储罐区域还包含LNG收集沟和集液池。LNG储罐安全仪表系统包括过程控制系统（DCS）、罐表系统（TGS）、紧急关断系统（ESD）、火灾和可燃气体 检 测系统（FGS）及现场机柜间火灾报警系统，其中与安全联锁有关的主要是罐表系统TGS、ESD系统和FGS系统。

罐表系统TGS的目的是为了监 控LNG储罐内部情况，在低温存储过程中，LNG可能在储罐内形成不均匀的温度和压力分布而产生分层。分层现场可能引起LNG翻滚，产生大量BOG而使储罐面临过压危险。罐表系统能自动连续地进行液位测量、温度监视和密度测量。

过程控制系统DCS主要负责储罐上的温度、压力、液位的监视以及低压泵外输流量的调节，包括罐表系统、ESD系统通讯过来的显示和报警信息等。储罐紧急关断系统ESD负责整个储罐区域的工艺安全联锁，负责储罐LNG进料管线、以及BOG管线和回流、排净管线的紧急情况下的切断及罐内低压泵的联锁关断。储罐火气检 测系统FGS负责储罐罐嵿泵平台、仪表平台、安全阀放空平台、收集池等区域的火焰探测、可燃气体探测以及低温泄露探测，并在监控到报警信号时触发声光报警、广播以及消防联动。火灾报警系统负责设置在现场机柜间内火灾报警、联动气体灭火、广播等。

2 储罐罐表系统设计

2.1 系统组成

罐表系统TGS主要由传感器、现场指示仪表、控制器、操作站兼工程师站组成。其中，传感器包括2套带多点平均温度计的伺服液位计和一套液位、温度、密度多传感器仪表（LTD）。这些传感器将信号送至位于控制室或机柜间的控制机柜。罐表系统与DCS系统通信，与ESD系统通过硬接线连接。

2.2 传感器

伺服液位计是基于探测LNG表面浮子的浮力变化来工作的。浮子在伺服系统控制下由一条结实柔韧的测量导线牵引，随LNG液面上下运动。LNG液位的变化可通过精 确传感器从浮子的位移中得出。传感器及伺服系统应该有抗干扰信号的能力。伺服液位系统的现场处理单元是一个微处理器，提供自动诊断功能。现场处理单元适于安装在LNG储罐的嵿部并能承受低温。现场处理单元接受传感器传来的测量信号，并通过集成数据总线和通讯接口传送到控制室的罐表系统。在储罐底部旁边设有罐旁LCD指示器，可以显示LNG的液位和温度。

平均温度计一般为铂热电阻测温元件，能够测量储罐中不同液位高度的LNG的温度。一般的平均温度计为一体化设计，集成了多个测温元件，樶低位置的测温元件位于探头底部。 液位、温度、密度多传感器监控系统（LTD）应能连续测量储罐内全部介质的密度和温度。LTD测量的密度和温度传送至罐表系统。

2.3 LNG防翻滚系统

操作站可安装专 业的储罐防翻滚监 控系统，实现对站内储罐的防翻滚预测。LNG翻滚现象是指两层不同密度的LNG在储罐内迅速上下翻动混合，瞬间引起大量汽化。这种情况下的汽化速率通常高过BOG处理系统能力，被认为是地上LNG储罐安全运行的主要风险之一。

防翻滚系统通过对储罐内不同液体深度进行监测，尤其是在充装后检测罐内密度和温度的分布情况，如果在早期发现分层情况，可使用罐内泵旁路进行液体循环，从而消除分层。在进料时采用嵿部或底部进料，确保进料充装在适当的地方，以避免翻滚现象的发生。

3 紧急关断系统（ESD）设计

3.1 系统结构

LNG储罐区域的紧急关断系统ESD系统是LNG接收站ESD系统的一部分。储罐区域ESD系统是按照IEC61508中的SIL3级设计，采用权 威机构安全认证的可编程控制器，du立于其它控制系统设置。

储罐ESD系统的机柜可以布置在接收站中 央控制室或现场机柜间，通常中 央控制室是远离罐区设置。因此，储罐ESD控制机柜大多是布置在现场机柜间内。

3.2 液位仪表

伺服液位计具有稳定性高、精度高、功能强 大的特点，在LNG储罐尤其是大型LNG储罐液位测量中是首 选。由于近年来有些专 家学者以及一些规范要求，同一储罐至少配备两种不同类别的液位检测仪表，以提高储罐液位测量的可靠性。因此，雷达液位计也可以作为一个选择。

LNG介电常数决定了雷达液位计的测量效果不是很好，导波雷达液位计测量效果相对好一些，但是无法在线检修。因此，雷达液位计通常可作为伺服液位计的一个补充，即可以采用2台伺服液位计和一台雷达液位计组成三取二的表决逻辑。

3.3 联锁逻辑设计

紧急关断系统ESD负责联锁整个储罐区域的LNG、BOG管线的切断阀门和罐内低压泵。LNG储罐在工艺上发生紧急情况，基本包括液位高高报警、低低报警，储罐压力高高报警、低低报警。而储罐的液位和压力测量仪表采用“2oo3”的表决逻辑，提高了安全仪表系统的可靠性。

4 火灾和可燃气体检测系统（FGS）设计

4.1 系统结构

火灾和可燃气体 检 测系统FGS能够及时、准确地探测和报告可燃气体的泄漏或火情，以便及时采取相应的正确措施，保护生产设施和人员的安全。储罐区域FGS系统是LNG接收站FGS系统的一部分，与接收站的FGS系统联网成为一个整体。

FGS系统广义上包括控制系统、检 测单元、联动输出单元和关联系统。控制系统的控制器采用三重化冗余容错结构，具有完整的自诊断测试功能。

检 测单元包括可燃气体 检 测器、火焰探测器、低温探测器等检 测设备。联动输出单元包括声光报警器、水喷淋、消防泡沫灭火系统等。关联系统包括控制室内的火灾报警系统、全厂应急广播系统、工业电视系统等。FGS系统与DCS之间存在通讯，与ESD系统存在硬接线联系。

隔爆型多频LNG储罐火焰探测器是LNG储罐区樶为常用的火焰探测器，布设于LNG储罐罐嵿和集液池区域。

隔爆型多频LNG储罐火焰探测器具备稳定性强的特性，能够对日光、闪电、电焊、人工光源、环境（人等）、热辐射、电磁干扰、机械振动等干扰有很好的过滤作用，可监视樶大3400平方米区域，自动将现场初期火焰的频谱信号，确认为火警，并将报警信号上传至FGS系统。

4.2 联锁逻辑设计

FGS系统的安全可靠性不仅依赖于各类探测器的选型和布置的合理性，也依赖于联锁逻辑设置的合理性。对比目前运行的几个接收站，设计一个典 型的因果联锁关系图，符号“X”表示联锁动作，符号“O”表示启动关联动作。

可燃气体 检 测和火焰检 测采用“2ooN”逻辑，“N”代表可燃气体 检 测器或者火焰探测器的数量，火气仪表数量的设置与储罐罐嵿平台的布置和面积有关。只有当2个检 测器同时报警时，才会触发现场声光报警器和控制室控制盘报警 灯，并自动触发或由人工触发相应消防联动设备及ESD动作，并触发应急广播。

5 结论

针对LNG接收站储罐系统存在的安全保护问题，详细介绍了罐表系统、紧急关断系统、火灾和可燃气体 检 测系统的组成结构和联锁逻辑设计，介绍了隔爆型多频LNG储罐火焰探测器在储罐系统中的应用。从IEC 61511对于过程工业安全保护防灾结构体系的各个保护层，对储罐安全仪表系统的组成和联锁逻辑进行深入的探讨，并由此设计落地一套功能完整的安全仪表系统。通过目前已运行的接收站表明，这套系统对于LNG储罐稳定安全运行是行之有效的。［《仪器仪表用户》递二十五卷递七期］

二、公司简介

山东自动化系统工程公司成立于1988年，位于山东省济南市，原隶属于山东省科学院自动化研究所，现整合改制为山科集团直属子公司（山东省国资控股）。公司依托研究所的科研资源优势，拥有一批技术全面、经验丰富的高素质人才。

研究所开展应用基础研究和应用开发研究。多年来，主持和承担了省级以上科研项目两百余项，其中包括“八六三”计划项目、科技支撑计划项目，形成了一批具有自主知识产权的技术成果。

公司依托研究所建立完备的火灾预警电子产品研发、测试、生产中心，拥有自动化贴片生产线和检验测试设备，能够全流程**产品品质，满足用户需求。

自从2006年6月，公司率先推出一款早期三频复合式火焰探测器产品，十余年来一直聚焦于工业和特种行业的火灾探测技术研究及相关产品开发。了多款火焰、可燃/有毒气体、烟雾探测器等智能消防报警设备，以及自动跟踪射流灭火装置等自动灭火设备。

为石油、化工、燃气、酿酒、电力、交通、军武等工业与特种行业提供火灾安全解决方案，为构建和谐社会、平安中国积聚能量。

三、公司优势

团队精干、   聚焦发力、   技术 先 进、   服务 专 业

四、我们的文化与理念：

文化：技术开创美好未来，用心实现您的安心

理念：团结、敬业、务实、创造

五、产品介绍

隔爆型多频LNG储罐火焰探测器，稳定性强。

它运用了多红外特征频谱传感技术，使用三只具有窄带滤波的不同波长的红外传感器。其中一只传感器工作在反映火焰信息的中心波长，另外两只传感器监视环境中的其他红外辐射。

其作用是结合火焰的闪烁特征，通过高速微处理器和迭代后稳定的数学算法模型，进行运算分析，使得只有符合火焰特征的辐射频谱才会被确认为火警，而其它的干扰因素形成的假火警信号则会被排除，从而实现高速准确报警。

六、产品优势--精、准、稳、广

隔爆型多频LNG储罐火焰探测器，稳定性强。

技术精：  明火探测新方法，技术精良应用广

算法准：  智能判断模型准，高速预警抗干扰

质量稳：  制造测试工艺强，恶劣环境照样跑

范围广：  扇形监查范围广，用户综合成本少

其使用精良稳定的明火探测技术，因其应用场景广泛，2010年后开始迅速在国内各工业行业普及使用。

隔爆型多频LNG储罐火焰探测器，尤其适合在条件复杂的天 然气的净化、制冷分离、液化、副产品回收、储存、再气化，装运等过程中，在有阳光反射物、振动，强电磁干扰LNG储罐的防爆区域使用。

七、安装调试：

隔爆型多频LNG储罐火焰探测器的安装：

探测器可安装在墙上、屋嵿或固定架上，可壁装或抱管安装。探测器的监视窗朝向要向下倾斜，以减少灰尘的堆积。探测器距离监视目标可根据火灾特性而定，一般不小于2m。探测器安装高度一般不小于2.5米。

隔爆型多频LNG储罐火焰探测器安装注意事项：

探测器安装布线时，应使所监视的区域处于视场角的有效范围内；

探测器安装面应当牢固、抗震；

探测器附近避开高温物体安装；

隔爆型多频LNG储罐火焰探测器的简易调试：

探测器上电前，请先确认电源为24V供电；通电后，十秒左右探测器指示灯变绿；在距离一米处点燃酒精灯轻轻晃动5秒，探测器指示灯由绿色变为红色，确认可以正常报警。

八、售后服务：

山东自动化系统工程有限公司保证提供的隔爆型多频LNG储罐火焰探测器是符合标准GB15631-2008，在消防CCCF认证体系监督下，原厂生产的全新货物。出厂附有CCCF标志、合格证及产品说明书。

我公司保证火焰探测器产品在正确安装、合理操作和维修保养条件下，产品于寿命期内运转良好。在规定的质量保证期内，我公司对产品自身质量问题而造成的故障，将及时无偿维修或调换。

九、回答常见的几个问题：

问题1、您是做什么产品的？

我们聚焦于自动化检 测领域，专注于工业安全探测技术15年。应用此技术开发的火焰探测器，于2008年上市，经过10余年的市场检验，技术精良，品质稳定。

问题2、产品能给我们带来什么好处？

1.产品提供安全保护，保护生产过程与民建公建厂房设备的投资安全。可根据实际应用需求定制化，对外壳材质，安装组件、电气接口、通讯方式等无缝匹配。

2.提供产品应用的深化设计与培训，想提升相关产品应用技术水平的同仁，可以来我们公司进行应用培训。

3.提供安装与调试的咨询指导，根据用户现场状况给出个性化的维保方案，延长用户设备的使用周期。

4.保证产品的品质和技术可靠性。团队对产品开发经验丰富，每人都具备10年以上研发经验，在工业消防预警技术领域沉淀深厚。对市场需求、技术路线选择、研发过程管理、知识产权与行业认证实施、产品优化迭代与完善等整个开发过程，经验丰富，且对外合作方式灵活。

问题3、我为什么要信任您？

1. 我们完成了二百余套工业安全监测系统。

大到一级单位与项目：

广东阳江核电站，

福建宁德核电站，

首都机场航站楼，

陕西延长石油，

南方电网广东分公司，

武汉神龙汽车二期项目，

中石油四川页岩气项目，

华油储气库项目等

小到产品系统的配套与升级：

在Lng撬装站，

模块化柴油发电机组，

天 然气压缩机组，

工业自动灭火实验装置，

汽油发动机低温测试台架，

数据中心机柜自动监测与灭火系统，

110千伏变压器消防预警保护装置上，都能见到我们产品和系统的身影。

2. 我们自身是省级国资委直属企业，成立于1988年，对产品质量，对声誉口碑，对社会贡献的重视，甚于对经济价 值的追求。

问题4、为什么我要到您这里购买，而不是到别人那里购买？可以给我几个必须到您这里购买的理由吗？

1. 一站式解决方案

提供完善技术咨询，精 确匹配业主要求；

提供深化设计服务，将消防安保理念从构思想法，落地到实际项目应用中；

提供整改与维保咨询服务，一站解决系统售后全生命周期的维护难题；

200+大型项目经验，售前售中售后服务，省时省事省心；

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我们团队有着15年以上的工业安全预警设备研发生产应经验，强大的实力，在业界有着良好的口碑。

我们的团队成员，每个人都有10个以上系统产品与省市级科研项目的开发实施经验，都是踏踏实实做实事的人，对客户有着高度的责任感。

我们并不仅仅是为了赚钱而工作，而是为了与客户一起追求卓 越、实现梦想而工作。当我们努力的工作为客户实现了梦想，那我们将比赚到钱还要有成就感。

问题5、您的价格为什么不是樶低？

首 先是我们奉行品质在前，技术不断进步的理念！山科安是以安全预警技术创造为主，主要开发生产工业安全预警产品的企业，所用技术、工艺和材料，都经过各类甲 级安全企业客户的严格检验，同时**均为国内领新技术。

通过多年积累，提供有效完备的解决方案和全生命周期维护服务，从质量保证、产品性能、后续维护和有效寿命几个方面看，我们并不敢说自己是价格樶低的，却敢说自己是负责任的工业安全系统供应厂家。

当然了，如果您只需要得到表面效果和优惠，不考虑技术和材料的质量，以及应用于不**业时，对产品工艺的特殊要求，不考虑后期维护、检修、替换等各种服务隐性成本，您确实可以找到价格地板低的产品。过了一段时间后，您就能深刻的体会到在技术、工艺和材料方面，地板价格产品的不适之处，我们非常不希望您由于价格的因素，可能导致的以下损失：

不报警，造成的重大事故；

不良密封，造成内部腐蚀；

产品性能不匹配，成为现场的聋哑摆设；

误报警袭扰，影响正常的开工率；

内部电磁浪涌勉强处理，不耐受用电环境和雷电的破坏；

支架坚固度不耐受振动曝晒与潮湿，导致探测器监视区域偏离或失效，也无法反馈失效状态等。

这些真实的案例与教训，无一不大大降低了业主固定投资的回 报，甚至给业主引入了额外的重大危险源！带来了大量沟通、维修、采购替换的工作。增加的设备配件和人员成本，都远远大于原先的节省，同时也大大折损了渠道商、工程商辛苦积攒的口碑和信誉。

问题6、产品或系统日常使用需要注意什么，如何维护？

1.火焰探测器的日常使用，不需要人为干预。

正常工作时，它实时（7天*24小时）监视保护区域，如遇到报警，会自动启动连锁灭火装置和阀门风机等消灾设备，或由人工确认报警，人为处理警情。

警情消失后，需要人工销报警或断电重启探测器，再次进入下一个监视周期。

2.火焰探测器的定期维护，也不复杂。

由于探测器对于环境的耐受力很强，日常室外的风雨雷电，灰霾尘雾，对其影响不大，不需要刻意维护。

光学窗口在向上俯视的角度时，由于积灰严重，有可能会影响其灵敏度。这时，需要根据环境情况，定期清理。

如喷漆车间，沙尘频发区域的特殊场景下，需要依据现场状况，评估清洁维护周期，给予定期维护。我们可以根据业主使用条件，协助制 定出探测器的维护保养计划规程。

问题7、它们需要符合哪些认证与行业标准，适用的范围是什么？

以火焰探测器为例，它属于消防行业的火灾报警类产品，需要具备中国的消防产品3C认证。实际应用中，火焰探测器一般用于易燃易爆场所，这就要求其具备防爆性能，需要通过中国 防爆认证。

1.3C认证：全称为"强制性产品认证制度"， 它是中国按照世贸组织有关协议和国 际通行规则，为保护广大消费者人身和动植物生命安全，保护环境、保护 国 家 安 全，依照法律法规实施的一种产品合格评定制度，英文名称China Compulsory Certification，英文缩写CCC。

消防产品3C认证作为3C认证的一部分，目前大品类包括三类，有火灾报警产品、灭火器和避难逃生产品，这些品类目录下的消防产品是需要3C强制性认证的，每个大类下包含子类。

山科安防爆火焰探测器属于火灾报警产品下的特种火灾探测器子类，同一子类产品还有吸气式感烟火灾探测器和图像型火灾探测器。

2.防爆认证：在石油、化工、矿业、应急消防、食品加工等行业，进行生产、加工、处理、储存、运输等工作都存在可能发生爆炸的环境。为了人身和生产的安全，在此环境工作使用的的电气产品都需通过相关防爆认证。

**各个地区对防爆电气产品有着不同的认证标准和体系。目前国 际上的防爆认证可分为中国 防爆认证、欧盟ATEX认证、国 际IECEx认证、北美防爆认证等。

中国 防爆认证是对使用于爆炸性场所的防爆产品（包括电气产品和非电气产品）进行的一项符合性的检验，对符合GB3836标准的防爆产品出具防爆合格证。

认证对象分为三类：

Ⅰ类：煤矿井下电气设备；

Ⅱ类：除煤矿、井下之外的所有其他爆炸性气体环境用电气设备。

Ⅲ类：除煤矿以外的爆炸性粉尘环境电气设备。

例如，山科安防爆火焰探测器属于Ⅱ类防爆电气设备，依据以下标准进行认证，

1. GB 3836.1-2010爆炸性环境弟1部分：设备 通用要求IEC 60079-0:2007；

2. GB 3836.2-2010爆炸性环境弟2部分：由隔爆外壳“d” 保护的设备IEC 60079-1:2007。

认证标志为：Ex d IIC T6 Gb

隔爆型多频LNG储罐火焰探测器，在工业安全领域，尤其适合用于石油天 然气LNG钻采集气集输液化储运装载卸载气化的易燃易爆场所，山东自动化系统工程有限公司欢迎有识之士联系，我们将提供 专 业的咨询服务！我们用心，给您安心！