CN114664046A - 用于lng低温储罐满足sil3等级的fgs联锁系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，基于菲尼克斯PSR‑M安全系统，采用温度、气体浓度以及火焰检测的2oo3表决结构来检测判断LNG低温储罐放空口情况，同时与控制中心的上位机电脑进行光纤通讯；不仅能够最大程度上减少因为某一个检测值错误带来的消防设备误动作，有效解决任意一台设备失效均不能引发灭火动作的问题，同时能够将现场检测参数、联锁回路状态实时反映在控制屏幕上，供控制中心人员实时查看，掌握LNG储罐运行情况。本发明还采用两台并联的单作用气动控制阀作为最终执行机构，改进了原有单台控制阀故障无法正确执行动作的问题。

Description

用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统
技术领域
本发明属于火灾和气体探测系统技术领域，尤其涉及一种用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统。
背景技术
随着我国对环境保护、生态建设、清洁能源等方面的高度重视，LNG作为绿色能源以清洁、价廉、稳定等特性获得了越来越多的产业应用。国内大部分LNG项目均位于沿海一代，大多为国家的经济、文化、政治发展的重要省市，如何让LNG储罐安全运行则成了我们需要研究的重要问题。
根据GB50160和GB50183的规定，LNG低温储罐应配置干粉灭火系统，以防止安全阀释放而引起燃烧，当安全阀处因静电或其他原因引发火灾时，BOG气体可能在放空口处燃烧，甚至有可能引发回火，将火焰引入罐内。LNG储罐发生这种事故的后果是灾难性的，根据风险分析以及保护层分析中所需降低风险的要求，LNG储罐配置的FGS系统需要达到SIL3等级。为满足该等级要求，FGS系统、现场仪表、执行机构均需要达到SIL3级别，但目前所使用的火灾和气体探测器大多只有SIL2认证，且采用的是主流的温度、火焰2oo2联锁方式，任意传感器发生故障的情况下均会导致整体联锁失效，使得最终回路的安全完整性等级难以达到SIL3要求。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，基于FGS系统，采用三取二的表决模式，对LNG低温储罐进行温度、气体浓度以及火焰检测，判断准确率较高，有效解决了任意一台设备失效均不能引发灭火动作的问题。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，包括安装在LNG储罐放空口处且与FGS系统信号连接的温度检测仪表、可燃气体探测器、火焰探测器，放空口处连接有放空管，放空管还分别与两个并联结构的干粉灭火控制阀连接，两个干粉灭火控制阀均与FGS系统信号连接；FGS系统与控制中心的上位机信号连接，上位机显示屏实时显示LNG储罐放空口处检测数据以及干粉灭火控制阀的阀门状态数据；
温度检测仪表、可燃气体探测器以及火焰探测器检测后的数据传递至FGS系统中后，FGS系统进行三取二的表决模式处理，根据表决结果输出控制干粉灭火控制阀动作。
进一步地，所述FGS系统判断出温度检测仪表检测数值≥120℃时输出1，＜120℃时输出0；FGS系统判断出可燃气体探测器检测数值≥50%LEL时输出1，＜50%LEL时输出0；FGS系统判断出火焰探测器检测数值≥60%时输出1，＜60%输出0；采用三取二的表决模式时，任意两种数值的判断结果输出为1则FGS系统启动联锁，控制两个干粉灭火控制阀打开。
进一步地，所述温度检测仪表采用Pt100热电阻，SIL2等级认证，温度检测仪表的感温元件伸入放空管内。
进一步地，所述可燃气体探测器采用红外传感器，SIL2等级认证；可燃气体探测器安装于放空口全年最小风频下风向，安装高度高于LNG储罐罐顶300～500mm。
进一步地，所述火焰探测器采用三频红外火焰传感器，SIL2等级认证；火焰探测器避开太阳直射角度安装，安装高度高于放空管且向下倾斜。
进一步地，所述FGS系统内部包括信号分配器、浪涌保护器、逻辑处理单元及模拟量扩展模块、通讯模块、电源模块、安全继电器，电源模块）是冗余电源模块；温度检测仪表、可燃气体探测器以及火焰探测器采集到的数据信号接入信号分配器，由信号分配器将信号一分为二进入逻辑处理单元及模拟量扩展模块的不同信号模块中，经由CPU运算后的结果指令通过DO端子输出至安全继电器，最终送至现场的干粉灭火控制阀。
进一步地，所述控制中心设有与FGS系统信号连接的紧急启动按钮和复位钥匙按钮，紧急启动按钮采用信号线缆直接连接至FGS系统中的“SAFE INPUT”端子中；控制中心人员在紧急情况下直接通过按下紧急启动按钮促使FGS系统被动控制两个干粉灭火控制阀开启，灭火完成后，通过复位钥匙按钮复位现场消防设备，之后FGS系统再次进入待命状态。
进一步地，所述FGS系统的逻辑输出采用RS触发器锁定输出信号，只能通过人工复位解除报警连锁；紧急启动按钮、复位钥匙按钮、现场各控制阀均采用失电动作模式；两个干粉灭火控制阀均采用气动活塞单作用O型球阀，SIL2等级认证。
进一步地，所述控制中心的UPS及市电双回路供电将220VAC供电电源接入FGS系统的电源模块中，通过冗余电源切换模块转换成24VDC为各设备供电。
进一步地，所述FGS系统采用菲尼克斯PSR-M安全系统，SIL3等级认证；FGS系统安装于LNG储罐周围的防爆箱中。
本发明具有如下有益效果：
本发明采用温度、气体浓度以及火焰检测的2oo3表决结构，能够最大程度上减少因为某一个检测值错误带来的消防设备误动作，本发明解决了原有的2oo2结构所带来的任意一台设备失效均不能引发灭火动作的问题，通过3台SIL2认证的冗余结构达到检测仪表端的SIL3等级要求。本发明采用两台并联的单作用气动控制阀作为最终执行机构，改进了原有单台控制阀故障无法正确执行动作的问题，并通过2台SIL2控制阀1oo2的冗余结构达到执行端的SIL3等级要求。
本发明改进了以往接入火灾报警系统的控制方案，采用菲尼克斯PSR-M安全系统，该系统可设置在现场LNG储罐附近位置，带有SIL3认证，可以大大减少线路传输成本，并且该系统带有通讯模块，可与控制中心的上位机电脑进行光纤通讯，将现场检测参数、联锁回路状态实时反映在控制屏幕上，供控制中心人员实时查看，掌握LNG储罐运行情况。
附图说明
图1为本发明所述FGS联锁系统中探测设备现场布置示意图；
图2为本发明所述FGS系统与控制中心连接示意图；
图3为本发明所述FGS系统硬件连接示意图；
图4为本发明所述三取二表决模式示意图。
图中：11-LNG储罐；12-放空管；13-温度检测仪表；14-可燃气体探测器；15-火焰探测器；16-消防设备；17-干粉灭火控制阀A；18-干粉灭火控制阀B；19- FGS系统；20-网络交换机；21-上位机；22-打印机；23-紧急启动按钮；24-复位钥匙按钮；25-信号分配器；26-浪涌保护器；27-逻辑处理单元及模拟量扩展模块；28-通讯模块；29-电源模块；30-安全继电器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“安装”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。英文字母“A”、“B”等的使用均是为了便于区分各名称相同的部件，因此不能理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明所述用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，是一种用于检测LNG储罐11放空口处火源，并且能够向放空口喷射干粉的成套FGS联锁系统，该系统的安全完整性等级满足SIL3要求。
如图1至3所示，所述用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，包括温度检测仪表13、可燃气体探测器14、火焰探测器15、消防设备16、干粉灭火控制阀A17、干粉灭火控制阀B18、FGS系统19、网络交换机20、上位机21、打印机22、紧急启动按钮23、复位钥匙按钮24。
如图1所示，LNG储罐11放空口处连接有放空管12，放空管12在LNG储罐11紧急泄压时启用。放空口处还安装有温度检测仪表13、可燃气体探测器14以及火焰探测器15；为了保证测量的准确性，其中，温度检测仪表13的感温元件伸入放空管12内，可燃气体探测器14安装于放空口全年最小风频下风向，安装高度高于LNG储罐11罐顶300～500mm，火焰探测器15避开太阳直射角度安装，安装高度高于放空管12且向下倾斜。
如图1至3所示，温度检测仪表13、可燃气体探测器14以及火焰探测器15均采用4～20mA模拟量信号传输至FGS系统19中，FGS系统19安装于LNG储罐11附近防爆箱中。
如图1至3所示，放空管12还通过管道分别与干粉灭火控制阀A17、干粉灭火控制阀B18连接，且干粉灭火控制阀A17和干粉灭火控制阀B18均与FGS系统19信号连接， FGS系统19接收各探测设备传递的数据后进行分析，下发控制信号至相应的控制阀，便于在放空口处产生火源时进行灭火操作，保证LNG储罐11的安全。本实施例中，干粉灭火控制阀A17和干粉灭火控制阀B18采用并联结构，任一控制阀失效后都不影响最终的灭火动作，使得消防设备16中的灭火剂可及时喷入放空口。
FGS系统19内部包括信号分配器25、浪涌保护器26、逻辑处理单元及模拟量扩展模块27、通讯模块28、电源模块29以及安全继电器30。信号分配器25、逻辑处理单元及模拟量扩展模块27、通讯模块28、安全继电器30均由电源模块29供电，该电源模块29是冗余电源模块。由于FGS系统19现场仪表多为罐顶安装，常遭受雷电浪涌影响，为保护系统卡件设备，在FGS系统19控制箱中安装有浪涌保护器26，可及时将感应电流导入至接地网，保证FGS系统19安全可靠地运行。
温度检测仪表13、可燃气体探测器14以及火焰探测器15采集到的数据信号首先接入信号分配器25，由信号分配器25将信号一分为二进入逻辑处理单元及模拟量扩展模块27的不同信号模块中，经由CPU运算后的结果指令通过DO端子输出至安全继电器30，最终送至现场的干粉灭火控制阀A17和干粉灭火控制阀B18。
如图2、3所示，FGS系统19通过通讯模块28以及网络交换机20与控制中心的上位机21、打印机22实时通讯，将检测数据、阀门状态数据在上位机21中进行图形显示，同时，打印机22可打印事件报表等内容，便于控制中心人员实时掌握LNG储罐11运行状况。控制中心的UPS（不间断电源）及市电双回路供电将220VAC供电电源接入FGS系统19的电源模块29中，通过冗余电源切换模块转换成24VDC为各设备供电，保证FGS系统19可靠运行。
为防止出现仪表数值测量不准确、误报、故障等情况，本实施例将温度检测仪表13、可燃气体探测器14以及火焰探测器15检测后的数据传递至FGS系统19中后，进行三取二的表决模式（2oo3）处理，并将表决结果输出，进而控制相应的控制阀动作。
如图4所示，实际使用中，FGS系统19判断出温度检测仪表13检测数值≥120℃时输出1，温度检测仪表13检测数值＜120℃时输出0；FGS系统19判断出可燃气体探测器14检测数值≥50%LEL时输出1，可燃气体探测器14检测数值＜50%LEL时输出0；FGS系统19判断出火焰探测器15检测数值≥60%时输出1，火焰探测器15检测数值＜60%输出0。采用三取二的表决模式时，任意两种数值的判断结果输出为1则FGS系统19启动联锁，控制干粉灭火控制阀A17和干粉灭火控制阀B18打开，进行灭火操作。
如图2、3所示，除了根据检测数据判断分析后自动启动干粉灭火以外，FGS系统19还可采用人工强制启动；具体地，控制中心设有与FGS系统19信号连接的紧急启动按钮23和复位钥匙按钮24，紧急启动按钮23采用信号线缆直接连接至FGS系统19中的“SAFE INPUT”端子中，控制中心人员在紧急情况下可直接通过按下紧急启动按钮23来促使FGS系统19被动控制干粉灭火控制阀A17和干粉灭火控制阀B18开启；当灭火完成后，通过复位钥匙按钮24复位现场消防设备16，之后FGS系统19再次进入待命状态。
本实施例中，FGS系统19的逻辑输出采用RS触发器锁定输出信号，只有人工复位才可解除触报警连锁；紧急启动按钮23、复位钥匙按钮24、现场各控制阀均采用失电动作模式。
本实施例中，优选地，温度检测仪表13采用Pt100热电阻，SIL2等级认证；可燃气体探测器14采用红外传感器，SIL2等级认证；火焰探测器15采用三频红外火焰传感器，SIL2等级认证；干粉灭火控制阀A17、干粉灭火控制阀B18均采用气动活塞单作用O型球阀，SIL2等级认证；FGS系统19采用菲尼克斯PSR-M安全系统，SIL3等级认证。
本实施例中，优选地，FGS系统19的具体硬件配置如下：逻辑处理单元：PSR-M-B2-SDI8-SDO4-DO4；模拟量扩展模块：PSR-M-EF7-SAI4-SC；通讯模块28：PSR-M-GW-MODTCP-SC；安全继电器30：PSR-PS20；电源模块29：QUINT4-PS/1AC/24DC/5。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，其特征在于，包括安装在LNG储罐（11）放空口处且与FGS系统（19）信号连接的温度检测仪表（13）、可燃气体探测器（14）、火焰探测器（15），放空口处连接有放空管（12），放空管（12）还分别与两个并联结构的干粉灭火控制阀连接，两个干粉灭火控制阀均与FGS系统（19）信号连接；FGS系统（19）与控制中心的上位机（21）信号连接，上位机（21）显示屏实时显示LNG储罐（11）放空口处检测数据以及干粉灭火控制阀的阀门状态数据；
温度检测仪表（13）、可燃气体探测器（14）以及火焰探测器（15）检测后的数据传递至FGS系统（19）中后，FGS系统（19）进行三取二的表决模式处理，根据表决结果输出控制干粉灭火控制阀动作。
2.根据权利要求1所述的用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，其特征在于，所述FGS系统（19）判断出温度检测仪表（13）检测数值≥120℃时输出1，＜120℃时输出0；FGS系统（19）判断出可燃气体探测器（14）检测数值≥50%LEL时输出1，＜50%LEL时输出0；FGS系统（19）判断出火焰探测器（15）检测数值≥60%时输出1，＜60%输出0；采用三取二的表决模式时，任意两种数值的判断结果输出为1则FGS系统（19）启动联锁，控制两个干粉灭火控制阀打开。
3.根据权利要求1所述的用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，其特征在于，所述温度检测仪表（13）采用Pt100热电阻，SIL2等级认证，温度检测仪表（13）的感温元件伸入放空管（12）内。
4.根据权利要求1所述的用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，其特征在于，所述可燃气体探测器（14）采用红外传感器，SIL2等级认证；可燃气体探测器（14）安装于放空口全年最小风频下风向，安装高度高于LNG储罐（11）罐顶300～500mm。
5.根据权利要求1所述的用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，其特征在于，所述火焰探测器（15）采用三频红外火焰传感器，SIL2等级认证；火焰探测器（15）避开太阳直射角度安装，安装高度高于放空管（12）且向下倾斜。
6.根据权利要求1所述的用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，其特征在于，所述FGS系统（19）内部包括信号分配器（25）、浪涌保护器（26）、逻辑处理单元及模拟量扩展模块（27）、通讯模块（28）、电源模块（29）、安全继电器（30），电源模块（29）是冗余电源模块；温度检测仪表（13）、可燃气体探测器（14）以及火焰探测器（15）采集到的数据信号接入信号分配器（25），由信号分配器（25）将信号一分为二进入逻辑处理单元及模拟量扩展模块（27）的不同信号模块中，经由CPU运算后的结果指令通过DO端子输出至安全继电器（30），最终送至现场的干粉灭火控制阀。
7.根据权利要求6所述的用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，其特征在于，所述控制中心设有与FGS系统（19）信号连接的紧急启动按钮（23）和复位钥匙按钮（24），紧急启动按钮（23）采用信号线缆直接连接至FGS系统（19）中的“SAFE INPUT”端子中；控制中心人员在紧急情况下直接通过按下紧急启动按钮（23）促使FGS系统（19）被动控制两个干粉灭火控制阀开启，灭火完成后，通过复位钥匙按钮（24）复位现场消防设备（16），之后FGS系统（19）再次进入待命状态。
8.根据权利要求7所述的用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，其特征在于，所述FGS系统（19）的逻辑输出采用RS触发器锁定输出信号，只能通过人工复位解除报警连锁；紧急启动按钮（23）、复位钥匙按钮（24）、现场各控制阀均采用失电动作模式；两个干粉灭火控制阀均采用气动活塞单作用O型球阀，SIL2等级认证。
9.根据权利要求6所述的用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，其特征在于，所述控制中心的UPS及市电双回路供电将220VAC供电电源接入FGS系统（19）的电源模块（29）中，通过冗余电源切换模块转换成24VDC为各设备供电。
10.根据权利要求1所述的用于LNG低温储罐满足SIL3等级的FGS联锁系统，其特征在于，所述FGS系统（19）采用菲尼克斯PSR-M安全系统，SIL3等级认证；FGS系统（19）安装于LNG储罐（11）周围的防爆箱中。
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