城镇民用燃气安全联锁设计

摘要：通过城镇民用燃气安全联锁设计，对民用燃气系统中燃气泄漏及时报警并联锁切断供气线路控制阀门，避免引起火灾、爆炸等重大事故的发生。以新建生产指挥中心厨房操作间为项目背景的条件下，进行安全连锁设计。安全联锁设计通过可燃气体报警器、报警控制器、切断阀等3种仪表实现联锁报警功能，安全联锁设计主要包括：仪表选型、设计注意事项、联锁控制等3部分内容。对城镇民用燃气进行安全联锁设计，大大降低了由于燃气泄漏发生重大事故的概率，为以后同类设计提供了借鉴。
关键词：可燃气体报警器；报警控制器；联锁；控制

    随着国民经济的迅速发展，城镇民用燃气应用范围不断增加。民用燃气在使用过程中，如果发生泄漏将会引起火灾、爆炸等重大事故。为了避免事故的发生，需要对可能泄露燃气的地点通过可燃气体报警器进行检测、报警并且由报警控制器联锁自动切断燃气线路控制阀门，排除险情。

1 仪表选型
1．1 可燃气体报警器
1．1．1 可燃气体报警器原理
    可燃气体报警器由检测和声光报警器两部分组成，可燃气体报警器检测部分的原理是仪器的传感器采用检测元件与固定电阻和调零电位器构成检测桥路。桥路以铂丝为载体催化元件，通电后铂丝温度上升至工作温度，空气以自然扩散方式或其它方式到达元件表面。当空气中无可燃性气体时，桥路输出为零，当空气中含有可燃性气体并扩散到检测元件上时，由于催化作用产生无焰燃烧，使检测元件温度升高，铂丝电阻增大，使桥路失去平衡，从而有一电压信号输出，这个电压的大小与可燃性气体浓度成正比，信号经放大，模数转换，通过液体显示器显示出可燃性气体的浓度；声光报警器的原理是当被测可燃性气体浓度超过限定值时，经过放大的桥路输出电压与电路探测设定电压，通过电压比较器，方波发生器输出一组方波信号，控制声，光探测电路，蜂鸣器发生连续声音，发光二极管闪亮，发出探测信号。
1．1．2 可燃气体报警器选型依据
    1)报警器的防爆等级应符合危险区的防爆等级。根据被检测的可燃性气体的类别、级别、组别选择检测器的防爆等级(类别、级别、组别不应低于使用场所被检测气体的类别、级别、组别)；
    2)可燃气体报警器一般选用催化燃烧型(宜选用隔爆型)，由于有催化剂促进燃烧反应，就有催化剂中毒问题，不要再含有硫或者卤化物的环境中使用，或者选用抗毒化的报警器。也可选用其他类型的检测器；
    3)根据现场情况，宜选择非接触式(磁棒式或遥控式)，无需开盖即可进行现场校验；
    4)报警器有零漂和寿命问题，应该经常校验和维护，并保持扩散口的畅通。
1．1．3 设计选用的可燃气体报警器
    设计选用点型可燃气体报警器，该报警器具有以下特点：
    1)采用高灵敏气体传感器，抗中毒性好，抗干扰能力强；2)自动零点、灵敏度校准，自动曲线补偿；3)故障自动监测；4)超量程限流保护、反极性保护；5)节能、功耗小、带负载能力强；7)输出4～20 mA标准信号；8)可直接接入DCS／EDS／PIC／RTU控制系统；9)可接防爆声光报警器；10)与传统可燃气体报警器比较，传感器为可拆卸式，当传感器出现故障时，可在现场对传感器进行更换，不需要更换整个可燃气体报警器，能节约大量维护成本。
1．2 报警控制器
1．2．1 报警控制器选型依据
    1)声报警信号能手动消除，再次有报警信号输入时仍能发出报警；2)电源电压发生±10％变化时，指示报警精度不得降低；3)报警控制器应具有联锁保护用的开关量输出功能；4)报警控制器应具有相对独立、互不影响的的报警功能，并能区别和识别报警场所位号；5)报警控制器应具有通过通讯线实现与上位机进行通讯的功能。
1．2．2 设计选用的报警控制器
    设计选用8通道壁挂式报警控制器，该控制器具有以下特点：
    1)通道卡可接收4～20 mA信号和开关量信号(带检线功能)输入；2)可配接可燃气体探测器、有毒有害气体探测器、氧气探测器、火焰、烟感探测器等多种设备；3)数据单位可选择PPM、LEL、％VOL、空白；4)通道数量1～8可选；5)通道卡独立显示各通道监测信息，具备4位有效浓度数字显示，精度达0．000～9 999；6)主控卡中文液晶操作界面，可集中监管显示通道的系统信息，并提供整机报警、故障继电器输出；7)主控卡可通过RS-485与上位机通讯；8)通道卡和主控卡均可进行数据设置和查询；9)每通道三级报警值设定，不同声光信号指示不同报警级别；10)报警模式包括上升报警，下降报警，上下限报警3种，适用不同探测器需要；11)每通道3个无源继电器输出，5 A／250 V，对应三级报警及故障可选；12)每通道独立输出对应4～20 mA模拟信号。
1．3 电动切断阀
1．3．1 电动切断阀选型依据
    1)阀体的额定压力、工作温度、耐腐蚀性和材质，不应低于对燃气管线材质的要求；2)阀体材质，一般情况下可选用铸钢或锻钢。有特殊要求时，可选用不锈铸钢、不锈锻钢或其它特殊材质；3)电动切断阀的功率和报警控制器继电器输出功率相匹配；4)一般情况下宜选用聚四氟乙烯填料。
1．3．2 设计选用的切断阀
    由于切断阀现场安装位置附近无仪表风线，因此，设计选用电动切断阀，该切断阀具有以下特点：1)直接接收计算机或控制器等输出控制信号；2)220VAC电源，根据阀位反馈信号与设定值比较偏差对执行机构驱动电机进行智能步距调整(PID调节)，以实现与执行机构配套的阀门或其他装置开度的精确定位。其核心控制部件电子式伺服控制器应用现代数字技术，对DCS／PIC规范设计而成，集信号采集、处理、反馈、控制于一体；3)定位精度可达0．3％以上。可控硅输出，动作时间快，输出稳定。

2 设计注意事项
2．1 可燃气体报警器设计注意事项
    1)当检测比空气轻的燃气(人工气和天然气等)时，检测报警器与燃具或阀门的水平距离不得大于8 m，安装高度应距顶棚0．3 m以内，且不得设在燃具上方；2)当检测比空气重的燃气(液化石油气和液化石油气混空气等)时，检测报警器与燃具或阀门的水平距离不得大于4 m，安装高度应距地面0．3 m以内：3)燃气浓度检测报警器的报警浓度应按国家现行标准确定。距检测报警器1 m处的声压级不得低于70 dB。
2．2 报警控制器设计注意事项
    1)报警控制器应安装在消防中心，值班室等有人值班的非防爆场所，严禁安装在防爆场所；2)报警控制器安装在墙上是，其底边距地面的高度宜为1．3～1．5 m，靠近其门轴的侧面距离不应小于0．5 m；3)控制权钱应安装牢固，不得倾斜。安装在轻质墙面上时，应采取加固措施；4)引入控制器的电缆或导线应配线整齐，避免交叉，并应固定牢靠；5)控制器的接地应牢固，并有明显标志。
2．3 切断阀设计注意事项
    1)切断阀应设在用气场所的燃气入口管、干管或总管上；2)切断阀宜设在室外；3)切断阀前应设手动切断阀；4)切断阀宜采用自动关闭、现场人工开启型，当浓度达到设定值时，自动关闭切断阀；5)当系统断电时，切断阀始终处于关闭状态。

3 联锁控制
    根据项目实际情况，本次设计设置3台可燃气体报警器、1台电动开关阀及1台报警控制器来实现可燃气体浓度检测、报警并联锁切断供气线路主管线电动开关阀的功能，具体逻辑联锁控制图如图1所示。

    图中的逻辑联锁功能主要通过报警控制器实现，由图1可以看出可燃气体报警器GIT-001、GIT-002、GI-003各输出一个高高报警信号进报警控制器，当3个可燃气体报警器其中任意一个检测到的可燃气体浓度达到或超过50 ppm时，报警控制器都会输出一个控制信号，切断电动开关阀HV-101。

4 结束语
    城镇民用燃气安全联锁设计可以满足城镇燃气安全需求，其稳定性，准确性和可靠性达到了设计指标，本文结合设计经验，文章做出的整理和总结，希望能够为同行的同类设计提供借鉴。