防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器，灵敏度高稳定性强

一、LNG槽车装车安全仪表系统设计研究及防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器的应用

近年来，人们对LNG的需求量迅 速增 长，LNG从接收站和液化厂到终端用户的运输大部分采用槽车。槽车装车是有人操作区域，尤其是装车量比较大的装车站，装车位较多，槽车进出频繁，区域安全非 常重 要。槽车装车区域的安全操作事关整个接收站的安全运行，而槽车装车区域的运行安全不仅与工艺设计有关，还与控制和安全仪表系统(SIS)的设计有着非 常重 要的关系，保证了在紧 激 状态下能够将工艺过程和装车橇置于安全状态。

目前在运行的接收站槽车装车系统采用进 口装车橇和国 产装车橇的情况都存在，由于装车橇选型、工艺流程和火气设备布置的多样性，对SIS系统的设计都有所不同。尤其是很多槽车扩建工程的原控制和SIS系统能否符合现行规范的安全设计要求是需要重新审视的。随着国 家对“两重 点一重 大”安全监 管越来越严格，设计一套完整的SIS系统势在必行，对在建和扩建的接收站槽车装车工程都有借鉴意义。

根据IEC 61511-2016中定义的保护层结构，从过程控制层、安全联锁保护层和减轻保护层都需要有相应的措施。我们通过研究各保护层所对应的控制和联锁保护系统，结合国内接收站的运行实际，研究设计了一套具有高可 靠性和可用性的安全仪表系统。

1 LNG槽车装车安全仪表系统组成

LNG槽车装车作为低压LNG外输的途径之一，主要包括装车橇和橇外工艺管线，橇外工艺管线包含引自低压泵总管的LNG管线、返回气管线、放空和排净管线、氮气管线。此外，装车区域还包含LNG收集沟和集液池。

槽车装车安全仪表系统广义上包括分布式控制系统(DCS)、装车控制系统、紧  急关断系统(ESD)、火灾（包含防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器）和可燃气体 检 测报警系统(简称火气系统，FGS)、控制室火灾报警系统、干粉灭火系统以及汽车衡称重和门禁系统等。

分布式控制系统DCS和装车控制系统属于过程控制层，负责槽车灌装的一整套流程的操作控制，负责装车过程中的压力、温度与流量参数的报警和监 控，将所有工艺参数保持在安全边界以内，因此可以认为是一个安全预防保护层级，在发生报警信息时需要操作员的参与，系统安全保护与人员的可靠性、操作规程的合理性等方面都有关联。

紧 急关断系统ESD属于安全联锁保护层，负责整个装车区域的工艺安全联锁，也包括联锁装车橇和橇内的紧 急关断阀。当控制系统或操作员不能做出应有的行动时，ESD系统就会随之动作，ESD系统是肚立于其他系统设置的，有专 门的传感器、逻辑系统和樶终元件。火气探(检)测系统FGS和火灾报警系统属于减轻保护层，主要包括装车区域的火焰探测、可燃气体 检 测和低温泄漏检 测，并能够及时触发相关声光报警、广播以及消防联动。

2 过程控制系统

2.1 系统功能

过程控制系统由控制站、操作站兼工程师站、现场操作盘、现场检 测仪表及阀门等组成。过程控制系统实现装车橇的工艺参数监控和报警，在装车操作过程中如果出现危险工况或者有报警信息发出时能够及时采取措施，用以确保装车流程处于安全状态运行。装车橇通过鹤管与槽车相连，橇内包含装车LNG管线流量调节阀FV-001、LNG管线紧 急切断阀ESDV-001和返回气管线的紧 急切断阀ESDV-002。

2.2 装车控制站

装车控制站主要有PLC系统和现场批控器两种控制方式。目前这两种方式在国内接收站都有采用。PLC控制器一般采用冗余的电源模块和CPU，机柜放置在装车控制室机柜间内，一般配有操作站兼工程师站。PLC系统与位于装车控制室的DCS、ESD等系统之间进行通信，使中   央控制室人员能够及时了解槽车装车站的运行情况。现场批控器安装在装车橇上，实现的功能与控制室安装的PLC基本相同，由于位于现场，应采用隔爆型。而控制室安装的PLC，由于机柜间是恒温恒湿的，且一般现场机柜间采用抗 爆结构，相对现场安装的批控器会梗加安全，减少了巡检维护的工作量。

2.3 就地操作盘

就地操作盘一般采用触摸屏，设置“确认”、“暂停”、“停止”、“紧 急停止”按钮，带有报警 喇叭。正常操作时，触摸面板会有步骤提示，条件不允许时系统无法进行下一步，可以避免 操 作员的误操作。

2.4 紧 急关断程序

装车撬内的紧 急切断阀配有两个电磁阀，一个由装车控制系统PLC联锁，另一个由接收站ESD系统联锁，两个电磁阀采用串联形式，均为长期励磁型，任何一个电磁阀动作都可以快 速关闭阀门。为了现场实际操作的安全和操作便利，就地操作盘提供两步紧 急关断功能，即“暂停”和“ESD”。

在装车过程中，当操作员发现异常时，可通过按下“暂停”按钮进行检查，当PLC通过自诊断监控到任何异常时，系统自动切换到暂停状态，在暂停状态下，流量调节阀在十几秒内关闭，操作员对装车橇和槽车进行检查，确认安全后可以恢复续装，不能确认安全可以终止此次装车操作。当操作员在装车过程中发现着火、泄漏等紧 急状况时，按下“ESD”按钮触发ESD关断信号， ESD系统收到急停信号后向所有装车橇发出关断命令并执行相关的紧 急关断程序。

在国内现有的接收站中，某个装车橇触发ESD关断应该执行的联锁，大部分是只关断触发ESD按钮的装车橇。其实当按下ESD按钮触发联锁时，很大的可能是处于严 重的紧 急状态，由于装车橇并排相邻，为确保装车区域的安全，此时的联锁应当是关闭所有装车橇。当然，如果在装车过程中并未发生紧 急状态，可以触发“暂停”或“停止”，而不是触发“紧 急停止”，以避免影响到其他装车台的正常作业。

尽管装车控制系统设置了定量装车，由流量计计量，但是为了避免流量计失效或者系统计算错误，导致LNG多装溢出，在返回的RG管线上设置温度低低联锁是非常有必要的。一旦返回RG管线温度低低报警，表明有LNG溢出，此时应当关闭液相LNG管线切断阀。

3 紧 急关断系统(ESD)设计

3.1 系统功能

一般来说，每个工艺单元会发生各自不同的危险事件及相关联的风险，这些事件有着不同的概率和严 重性 等级，往往根据工程规模、投 资效 益等实际情况对风险进行评估和分级，以确定属于紧 急关断系统的现场仪表的安全完整性等级(SIL)。根据多个工程的实际可知，槽车装车需要设置紧 急关断系统ESD，并作为LNG接收站ESD系统的一部分，与全厂ESD系统联网成为一个整体。

ESD控制器是按照IEC 61508中的SIL3级设计的，采用权 威机构安全认证的可编程控制器，肚立于其他控制系统设置。对于ESD相关的现场测量仪表和阀门，需要结合工程规模，进行危险和可操作性研究(HAZOP)分析来确定是否需要SIF，一旦确定需要SIF就要确定SIL等级，按照相应的SIL等级进行相关回路设计，以满足回路的安全完整性等级要求。

3.2 联锁逻辑设计

ESD系统负责联锁整个槽车装车区域，即橇外LNG管线、NG管线和排净管线关断阀、装车橇及橇内关断阀。

4 火灾和可燃气体 检 测报警系统 (FGS)设计

4.1 系统功能

装车区域一旦发生大量可燃气体泄漏、低温LNG泄漏或火灾，火灾和可燃气体 检 测报警系统FGS能够及时、准确地检 测和报告可燃气体的泄漏或火情，以便及时采取相应的处理措施，包括启动声光报警、消防喷淋及气体灭火等，并联动广播系统安排人员紧 急疏散。FGS系统并不能阻止危险的发生，仅是对已发生的危险进行报警并采取减灾措施，这是减轻保护层的功能，降低危害后果的严重程度。

槽车装车FGS系统作为全厂FGS系统的一部分，逻辑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、防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器及低温检 测器等检 测设备。联动输出单元包括声光报警 器、水喷淋及消防泡沫灭火系统等。

4.2 联锁逻辑设计

FGS系统与ESD系统由于所执行的安全保护功能不同，决定了ESD系统是正常带电的，FGS系统是正常不带电的。一般的LNG槽车装车区域包括装车橇、LNG集液池、LNG收集沟的可燃气体和火焰检(探)测，此外在集液池和收集沟还应设有低温检 测器，用于测量大量LNG的泄漏。可燃气体 检 测器是避免和预防混合型爆炸气体的重要措施，因此可燃气体 检 测器应安装在槽车装车区域可能发生可燃气体泄漏的区域，如装车撬周围、集液池等。

为避免布置出现盲区，在装车撬的对角位置分别安装检 测器，这样可以保证全覆盖。防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器一般选择为红外或紫外型，火焰探测器安装在槽车装车橇的两倍高度处，探头需向下倾斜45°角左右，这样可以覆盖装车撬区域内的目标，又可以降低镜面受到污染的可能。

对比目前在运行的几个接收站，可燃气体 检 测器存在一定的误报情况，尤其是沿海海雾、雷电较多或者气象条件较差的接收站，采用点式和开路式两种检 测形式的检 测器并组合成表决逻辑可以增大报警联锁的准确率。当然，对于重要的下游用户需保证供气量的，经常误报且引起异常联锁停车的，还是可以采用通过人工在控制室操作台确认的方式。

FGS系统的安全可靠性不仅依赖于对各类探(检)测器的选型和合理布置，还依赖于联锁逻辑设置的合理性。气体 检 测和火焰探测均采用“2oo2”逻辑，当只有一台检 测器报警时，在控制室的FGS界面上仅会显示报警,只有当两个检 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的消防联动设备。我们针对目前正在运行的接收站的槽车装车系统。

5 结束语

针对LNG接收站槽车装车系统在安全方面存在的问题，从过程控制层、安全联锁保护层、减轻保护层3个层面对槽车装车安全仪表系统的功能安全进行了研究和设计，并介绍了防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器的应用。

通过对各保护层进行安全分配，满足系统必要的风险降低要求，得出安全相关仪表的选型结论以及完整的系统结构和联锁因果关系表，并提出FGS系统的可靠性梗多地依赖于探(检)测器的合理布置的结论。通过对近一两年已运行的LNG装车站的实施，表明该套系统对于槽车装车安全稳定运行是行之有效的。

［《化工自动化及仪表》递46卷 递3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

防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器，灵敏度高稳定性强。

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

防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器，灵敏度高稳定性强。

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。

防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器，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，在有阳光灯光、振动，强电磁干扰LNG装载过程的火气系统中使用。

七、安装调试：

防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器的安装：

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。

防爆多频LNG槽车装车区火气系统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；

防爆多频LNG槽车装车区火气系统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防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器是符合国 家标准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；

专 业团队一对一服务，快 速方案落地。

2. 团队专精

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

防爆多频LNG槽车装车区火气系统火焰探测器，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！