油气站库可燃气体远程监测与报警系统设计

郭福田 刘心红

东北石油大学秦皇岛分校，河北 秦皇岛 066004

0 前言

油气站库的安全度是衡量其安全技术管理水平的一项重要综合指标。油气站库储存的油气具有易燃、易爆、易挥发等特点，存在一定的安全风险，确保安全是油气生产的关键，因此深化安全技术管理工作非常重要［1］。

目前可燃气体监测与报警主要基于单点或多点式可燃气体检测报警仪表对可燃气体浓度进行显示报警，大多采用声光报警形式，只限于值班室内报警，报警范围有限。随着计算机及通信技术的发展与应用，利用计算机通信将可燃气体监测由分散、独立监视报警集成为集中远程监测与报警系统，由计算机实时采集并处理重点部位的可燃气体浓度数据，实现了计算机集中信息处理与网络化信息管理。该基础建设是实现油库数字化的基础［2］，也是“数字油田”的支撑技术［3］，将为油田优化运营和科学调度提供支持［4］。

根据油气站库安全集中监控的要求，可燃气体远程监测与报警系统采用了分布式模块化设计。利用组态软件与ADAM 4017模块通信协议的可燃气体监测报警器（简称报警器）两者之间的远程通信，实现了可燃气体浓度远程监测，当浓度超限时中心监控室计算机屏幕上对应图标闪烁并语音报警。

1 设计要求

根据油气站库安全集中监控的要求，首先分析油气站库内危险源的种类和分布情况，研究确定可燃气体的监测区域，设置可燃气体传感器采样点。其次现场值班室设置报警器，中心控制室采用先进的计算机远程监测技术，监测现场报警器采集的可燃气体浓度数据。

可燃气体远程监测与报警系统采用了分布式模块化设计，在中心控制室设集中监测计算机，在各检测点值班室设置报警器，由RS-485总线相连，形成两级分布式报警检测网络。中心控制室可实时查看各检测点可燃气体浓度值及报警状态，如果有浓度超限的报警，屏幕上检测点有颜色变化的闪烁，计算机语音提示报警位置；同时各检测点值班室报警器对应处指示灯闪烁，报警器语音提示报警位置，如出现灾情，两级值班人员能同时处理。两级报警安全监控防线，确保了油气站库的生产安全。

设置可燃气体传感器采样点时，选择油气站库可燃性气体泄漏的重点部位作为主要安全监测目标，对泵房、阀组间、计量间等可能存在可燃气体泄漏和积存的爆炸危险场合进行可燃气体浓度监测。

实现油气站库数字化及油田数字化，需要将监测主机与油田企业网相连，经授权的上级主管单位或调度室可随时查看该项目报警监测数据。

除对可燃气体实时监测之外，油气站库一些关键地方需要人工定时巡检，并设置人工巡检按键，人工巡检时，按下按键，监视报警主机可检测记录人工巡检情况，形成巡检报表。

2 硬件设计

可燃气体远程监测与报警系统见图1。

图1 可燃气体远程监测与报警系统

现场可燃气体监测由5台报警器组成。报警器是由以单片机为核心构成的智能控制单元，各有地址编号，可按需设定。它们通过接口连入RS-485总线，作为从机响应监测主机的命令。主机发送采集数据命令，报警器按命令将各自的数据送往主机进行处理。根据油气站库的实际情况，在原油稳定室、外输泵房、电脱水间、西线交油点和脱水泵房等5个值班室各安装1台报警器，监测多个检测点处的可燃气体浓度，若某处浓度超限，则图标闪烁并语音报警，同时数据将实时传给远程监控主机。

每台报警器连接4～8个点型红外型可燃气体传感器，这些传感器安装在可能存在油气泄漏和可燃气体积存的地方，通过红外线光源的吸收原理来检测现场环境的碳氢类可燃气体，可长期稳定工作、不易受干扰、能耗低、寿命长、更换简便［5］。

人工巡检模块采用ADAM 4052光电隔离型数字量输入模块，燃气监测主机在固定的时间段对人工巡检模块进行检测，当值班人员按下按键时燃气监测主机记录其按键时间，并汇总统计形成巡检报表。

RS-485总线采用点对多点的主从通信方式，是一种常用的工业现场控制总线，采用平衡差分传输信号，即由一对信号线中电压的相对变化决定所传数字量，其抗干扰能力强，可远距离传输（速度10 kb/s时可传输距离1 200m，降低速度后传输距离更远［6］）。工业现场存在各种干扰，为防止电磁干扰对设备的损害，设备与总线相连时均采用了光电隔离的方法。燃气监测主机采用光电隔离RS-232转RS-485通信模块ADAM 4520与总线相连。现场报警器和巡检模块通过光电隔离的RS-485接口与总线相连。

燃气监测主机采用工业控制计算机，用于监测现场人工巡检模块的按键状态及报警器采集的可燃气体浓度、报警点位置；显示各个监测点的浓度，并存储报警数据，便于查询、打印报警数据；当某处可燃气体浓度超限时对应图标闪烁并语音报警。

3 软件设计

燃气监测主机上软件采用组态软件组态王，实现动画效果、实时数据、历史数据、多媒体应用和网络传输等功能，另外提供了智能模块的驱动程序，便于与数据采集模块接口，快捷地构建数据监测系统。

下位机采用ADAM 4052开关量输入模块和自主研发的以单片机为核心的可燃气体监测报警器。由于组态王配有ADAM 4000系列模块的驱动程序，可方便地与ADAM 4052模块进行通信。考虑到报警器的功能与ADAM 4017八路模拟量输入模块接近，在报警器中采用了ADAM模块的通信协议，使组态软件用ADAM 4017模块的控制命令与报警器通信，方便地实现了组态王与报警器的通信。

ADAM 4017模块与上位机通信的命令有10种，包含模块通信参数配置命令、模块参数标定命令、读模块数据命令、报警状态命令等等。这些命令全部实现将增加自主仪器设计难度，通过对ADAM 4017模块与组态王通信过程分析，确定要实现组态软件与ADAM 4017模块通信最少需要实现2种命令：一种是$AAM，读模块名称命令，组态软件内部使用此命令确认模块运行是否正常；另一种是#AAN，N=1…8，读取一路模拟量数据的命令。该系统采用该方法成功地实现了组态王与报警器的通信。

可燃气体检测报警软件实现了报警数据及状态实时显示；报警位置闪烁，语音提示，弹出窗口文字提示，要求确认；检测点图像显示；报警数据存储，历史记录保存；历史报警记录查询、打印；人工巡检数据查询、打印等功能。

随着油田企业网络快速发展，油田生产管理数据都要纳入到油田企业网中。可燃气体远程监测与报警系统与油田企业网相连，在监测报警主机上启用远程控制服务器软件，设置相关安全权限，包括文件传输权限、查看权限、控制权限等。在油田企业网的任一计算机上，启用远程控制客户端软件，使用授权的用户名和密码，就可获得可燃气体远程监测与报警系统的控制权。通过油田企业网，上级主管单位或调度室可随时查看项目运行情况，必要时可通过网络控制系统的运行。

4 结论

油气站库的安全包括可燃气体监测和工业监视两部分，工业监视可监视油罐冒顶、漏油、盗油、着火等；可燃气体监测报警可与工业监视相结合，当某处可燃气体浓度过高时，直接由计算机控制工业监视画面切换到该处，检测是否出现油罐冒顶、漏油、盗油、着火等事故。本文主要介绍了罐区可燃气体远程监测与报警系统，该系统采用了组态软件与自主研发的可燃气体监测报警器通信，并与油田企业网相连，实现了油气站库安全信息数字化网络化管理。油气站库可燃气体远程监测与报警系统在某油田实施后，经过多年运行，有效预防了漏油、火灾等意外事故及人为破坏等事件的发生，对安全生产管理现代化起到了促进作用，并可与工业监视系统相结合，防患于未然。可燃气体远程监测与报警系统中采用的远程数据采集技术、自主仪器与组态软件通信技术及网络化远程控制等技术，对油田新建油库或原油库改造具有一定的参考价值。

［1］赵晓刚，李晓林，杨建立，等.油库作业场所火灾危险度的综合评估系统［J］.石油工程建设，2002，28（6）：9-11.Zhao Xiaogang，LiXiaolin，Yang Jianli， etal.SynthesisEvaluation System of Fire Hazard Degree for O il Storage W orking Area［J］.Petroleum Engineering Construction， 2002，28（6）：9-11.

［2］黄 坤，宋欢欢，刘 苏，等.数字化油库建设探讨［J］.天然气与石油，2012，30（1）：1-4.Huang Kun，Song Huanhuan，Liu Su， et al.Discussion on Digitalized O il Depot Construction ［J］.Natural Gas and Oil，2012，30（1）：1-4.

［3］田军庆，高 辉.浅谈“数字油田”的建立［J］.油气田地面工程，2002，21（4）：133-134.Tian Junqing，Gao Hui.Discussion on Building of Digital Oilfield［J］.Oil-Gasfield Surface Engineering，2002，21（4）：133-134.

［4］刘 兵，余忠仁，杨 茂.数字气田建设总体规划及实施［J］.天然气与石油，2010，28（3）：10-14.Liu Bing，Yu Zhongren，Yang Mao.Overall Planning and Implementation of Digital Gas Field Technology Development［J］.NaturalGasand O il， 2010，28（3）：10-14.

［5］孙 慧，任晓峰，孙志鹏，等.原油储备库消防安全监控系统的没计［J］.油气田地面工程，2012，30（1）：36-37.Sun Hui，Ren Xiaofeng，Sun Zhipeng， etal.Design of Fire Security Monitoring System in Oil Strategic Reserves ［J］.Oil-Gasfield Surface Engineering， 2012，30（1）：36-37.

［6］陈寿法.半双工RS-485通讯中继器的设计［J］.电气自动化，1999，21（6）：45-46.Chen Shoufa.Design of Half-Duplex for RS-485 Communication Repeater ［J］.Electrical Automation，1999，21（6）：45-46.