FGS火气系统应用简述

FGS火气系统应用简述

摘要:火灾和气体报警系统（FGS）包括火灾报警和气体（可燃气体和有毒气体）探测两个方面，它在防范火灾、保证工厂安全生产方面起着重要的作用，是构成化工装置安全系统的重要组成部分。本文结合设计实例讲述了FGS的基本功能及其设计方案，涉及探测仪表、消防设施和PLC设置等工程设计问题。

关键词:火气系统;可燃气体,有毒气体检测

一、综述

火灾报警和气体检测系统（Fire Alarm and Gas Detector System），简称火气系统（FGS），目前在国内的应用并不广泛，主要是国家目前还没有明确的相关强制要求，其次是一般设计院和用户对其没有清晰的概念，一般不会把它作为安全系统进行独立设计和设置，而仅采用普通的民用型火灾报警器，结合DCS系统进行气体检测和报警。而国际上的大项目一般都会采用专用安全系统生产厂家的设备设置独立的火气系统，从而与SIS系统一起构成一体化的工厂综合安全系统。系统安全规范也完全依据IEC标准（达到TUV AK6）并完全符合国家消防安全资格认证(CCCF认证)。

二、系统概念

火气系统是针对火灾和气体探测的安全管理系统，通过对化工装置现场的消防按钮、烟、火、可燃气体、有毒气体的检测信号的采集，经过软件逻辑输出来控制报警灯、报警铃、雨淋阀、泡沫阀以及空调系统的新风入口阀等。系统概念框图如图1所示，虚线内为火气系统范围。

图1 火气系统概念框图

由上图可以看出，火气系统由现场检测元件、逻辑控制器、执行元件、模拟报警盘及不间断电源组成，且包含了楼宇火灾报警盘及空调系统的公共报警。

FGS系统发生系统功能故障、供电故障及检测回路故障时，除发出故障报警外，均不能触发检测报警和消防阀。因此，在FGS系统中，整个装置被定义为非故障安全模式。正常状况下，现场的输入输出信号均处于“断开”和“不得电”状态。故输入到FGS系统中的逻辑“0”信号被认为是正常状态，逻辑“1”信号为报警状态。因此，FGS中所有现场回路均必须具有回路检测功能，用于及时发现回路中的潜在故障并及时得到处理和恢复，以保证回路在需要时能正常工作。三、系统结构

FGS作为安全系统，必须考虑系统的可靠性和可用性，所以系统必须采用冗余结构。满足了高可靠性和可用性的要求。

每个装置区域均设置独立的FGS系统，并通过冗余的串行通讯与各自的DCS进行通讯，同时将报警信号发布至各自控制室内的模拟报警盘。每套FGS均配置冗余的以太网接口，通过光纤连接至冗余的FGS中央交换机。设置在公司紧急响应中心以及消防支队的HMI上位机通过以太网与各个FGS系统进行通讯，实时显示各个检测元件的报警状态，实行全厂的集中监控，以提高对紧急事件作出快速及时的响应和处理的能力。图2是扬巴公司火气系统结构图。

图2 火气系统结构

四、输入输出回路处理

1，模拟量输入

气体检测器的输出信号为4～20mA，直接接入系统的模拟量输入卡，并通讯至DCS对装置重点区域的可燃气体或有毒气体浓度进行实时监控。同时在逻辑中实现气体浓度超限报警、断路和短路报警、以及校验状态指示。

2，数字量输入

由于FGS系统是非故障安全模式，因此系统中的触点信号，如手动报警、烟感、温感、压力开关、流量开关等，正常时均处于断开位置，报警时才会闭合。为了保证上述触点信号在需要时能正常动作，系统采用SDI（Supervised Digital Input）回路结构来处理触点输入，也就是将触点开关与一定阻值的电阻串、并联后引入模拟量输入卡，如图3所示。然后在逻辑中对输入电流进行判断，以此来判断回路的正常、报警、短路和断路的状态，并给出相应的报警信息。

图3 SDI回路结构

3，数字量输出

FGS中的DO输出包括报警灯、报警喇叭、电磁阀等，正常时上述设备均处于不得电状态，为了保证其在需要时能正常动作，系统采用SDO（Supervised Digital Output）卡件来驱动此类设备。SDO卡件能够不断地对输出回路进行检测，以判断回路是否处于健康状态，输出回路负载的失效将会触发相应的系统报警，并给出对应的故障通道。

五、电源系统

系统供电采用双路供电，一路来至工厂UPS系统，一路来至非UPS。同时FGS系统配置独立的24小时后备电池，以保证当全厂供电失效时，FGS系统仍然可以提供至少24小时的工厂安全报警和保护。

六、系统报警

基于火气系统能够提供全面的系统故障自诊断功能，同时独特的TMR结构也使整个系统具有较强的容错能力。系统中的任何故障，如系统故障、供电故障、回路故障、机柜温度报警等，均能及时地显示在各控制室内的模拟报警盘上，并发出声和光报警。完备的自诊断和故障报警功能为FGS系统持续地保证装置安全提供了保障。

七、总结

火气系统采用了全新的设计理念和技术，与SIS具有同等的可靠性和可用性，同时具有较高的自动化程度，总的来说具有如下特点：

1，安全可靠。装置区内各种工艺设备复杂繁多，工艺物料种类多样，任何一处出现不安全隐患，均有可能引发大的灾难，所以采用该系统可以做到早发现早排除，及时消除隐患。

2，自动化程度高。分布在装置区各处的检测元件能够及时迅速地把现场各个地方的状况发送到火气系统的控制器中，并将报警发布到模拟显示盘及DCS，在必要时迅速启动消防雨淋阀。检测、传输、显示、报警、消防启动几乎在同一时间完成。

3，便于维护。系统的结构简洁，无需太多的专业知识就能进行日常维护。同时火气系统的故障检测功能齐全，且定位准确，从而提高了维护的效率，也同时提高了系统的可靠性。

4，毫秒级SOE功能（事故顺序记录）的实现极大地方便了用户的事故数据采集，该功能弥补了民用普通火灾报警器在这一功能上的缺陷。

5，带回路监督功能的数字量输出模块强化了系统的安全可靠性，强大的自检功能彻底消除了误动作的可能性，进一步提升了系统自动化监控功能。

6，系统通过了国家消防安全强制认证，在装置开车等消防验收手续上完全符合国家相关法律，减少了不必要的麻烦。

从系统投用到现在，该系统运行非常平稳可靠，并成功预报了多次气体泄漏事件及火警讯息，成功避免了更严重的事故的发生。连同SIS系统，共同成为（装置）安全生产强有力的安全保障系统。