天然气站场可燃气体探测设计计算书

项目名称：XX天然气长输管道工程XX分输站天然气站场可燃气体探测设计计算书（含探测覆盖与报警联锁专项计算）文件编号：TRQ-GDS-2026-XX设计阶段：施工图设计文件类型：专项设计计算书文件版次：A版（第1版）编制审核批准签字日期（设计／专业负责人／总工程师）XX工程设计有限公司二〇二六年十月目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 概述1.1任务来源为保障XX天然气长输管道工程XX分输站（以下简称“本站”）的生产运行安全，及时、可靠地发现站场天然气泄漏，防止可燃气体在设备周围或建（构）筑物内积聚而引发火灾、爆炸及人员中毒窒息事故，根据工程设计合同及国家现行有关标准的规定，在完成工艺、总图、电气、仪表、消防、通风等专业设计的基础上，编制本《天然气站场可燃气体探测设计计算书（含覆盖与报警）》。1.2设计范围本计算书的设计范围为本站围墙以内下列区域的可燃气体探测覆盖、检测报警与安全联锁的设计计算：（1）露天工艺装置区，含进站紧急截断阀组、过滤分离设备、汇管、调压橇、计量管路、收发球筒及出站阀组等；（2）封闭式调压计量间（含室内工艺设备及顶部气相空间）；（3）露天排污罐区、放空立管（塔）设施区；（4）综合设备间（含燃气复热等可能产生天然气泄漏的设备）；（5）可燃气体检测报警系统（GDS）的控制器、人机界面、现场声光报警及其与紧急停车系统（ESD）、事故通风系统的联锁接口。本计算书不包括火灾自动报警系统（FAS）本体设计、便携式检测报警设备配置、站外输气管道及线路截断阀室的相关内容。1.3设计原则（1）安全第一、预防为主、早期预警。可燃气体检测报警系统应独立于火灾自动报警系统设置，构成独立的安全保护层。（2）释放源全覆盖、区域无盲区。探测器数量与位置应同时满足“释放源覆盖法”和“面积覆盖法”的要求，并按就高（从严）原则确定。（3）报警阈值就低不就高。一级、二级报警设定值不应高于标准规定的上限，工程设计中宜留有充分的安全裕度。（4）联锁动作安全可靠、故障安全。联锁切断阀应采用故障安全（FC，失气失电关断）设计，联锁回路独立于一般过程控制回路。（5）防爆、防护等级与爆炸危险区域相匹配，并满足露天、多雨、温差较大等环境要求。1.4计算边界与参数说明本计算书以典型天然气长输管道分输站的工艺与几何参数作为算例输入，相关参数集中列于第3章。实际工程实施时，应以经审查批准的工艺管道及仪表流程图（P&ID）、总平面布置图、设备数据表及现场实测条件对算例参数进行替换，并按本计算书规定的方法与公式重新核算；当设备布置、释放源数量或建（构）筑物尺寸发生变化时，探测器数量、安装高度及报警联锁方案应相应调整。2规范性引用文件本计算书依据下列现行国家标准、行业标准的规定进行编制。凡注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本计算书；凡不注日期的引用文件，其最新有效版本（包括所有的修改单）适用于本计算书。标准如经修订、废止或被新标准代替，应按现行有效版本执行。表2-1规范性引用文件一览表序号标准编号标准名称实施日期发布机关1GB/T50493—2019石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准2020-01-01住房和城乡建设部2SY/T6503—2022石油天然气工程可燃气体和有毒气体检测报警系统安全规范2023-05-04国家能源局3GB50183—2015石油天然气工程设计防火规范2016-03-01住房和城乡建设部4GB50058—2014爆炸危险环境电力装置设计规范2014-10-01住房和城乡建设部5GB50251—2015输气管道工程设计规范2015-10-01住房和城乡建设部6GB50019—2015工业建筑供暖通风与空气调节设计规范2016-02-01住房和城乡建设部7GB50116—2013火灾自动报警系统设计规范2014-05-01住房和城乡建设部8GB12358—2006作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求2006-12-01国家质量监督检验检疫总局除上述文件外，本工程尚应符合国家及地方现行有关安全生产、消防、职业卫生的法律、法规及工程建设标准的规定，并与安全设施设计、HAZOP分析及SIL定级报告的结论相协调。3站场基本条件与工艺分析3.1站场功能与组成本站为天然气长输干线上的分输站，主要功能为：接收上游干线来气，经过滤分离除去机械杂质及游离液，经调压、计量后向下游城镇燃气或工业用户分输供气；同时具备事故状态下的紧急截断、放空及设备排污功能。站场主要由露天工艺装置区、封闭式调压计量间、排污罐区、放空立管（塔）、综合设备间、控制室及配电间等组成。表3-1站场主要建（构）筑物及功能表序号名称布置形式主要功能通风条件1工艺装置区露天过滤分离、调压、计量、收发球、截断自然通风良好2调压计量间封闭式厂房调压、计量设备室内布置自然进风＋机械排风3排污罐区露天收集分离器、管道排污物自然通风良好4放空立管（塔）露天事故及检修放空自然通风良好5综合设备间封闭式厂房燃气复热等辅助设备自然进风＋机械排风6控制室、配电间封闭式建筑监控、操作、配电正压／空调通风3.2主要工艺参数（算例输入）表3-2主要工艺参数表序号项目单位数值备注1进站设计压力MPa6.3长输干线2正常运行压力MPa4.0～6.33分输设计压力MPa1.6调压器出口4设计温度范围℃−19～＋605进站管道公称直径mmDN3006分输管道公称直径mmDN2007天然气质量—符合GB17820二类管输天然气8站场控制方式—有人值守、远程监控3.3各区域几何参数（算例输入）表3-3各探测区域几何参数表区域布置形式平面尺寸(m)层高(m)面积(m²)体积(m³)工艺装置区露天60×30—1800—调压计量间封闭18×96.0162972排污罐区露天10×8—80—放空立管区露天————综合设备间封闭12×64.0722883.4气象与通风条件站场所在地区属大陆性季风气候，四季分明、昼夜温差较大，冬季寒冷。露天区域设备露天布置，四周无围护结构，通风良好，泄漏天然气易于扩散；封闭式调压计量间、综合设备间设有自然进风百叶和防爆机械排风设施。具体气温、风速、风向频率等气象参数应以当地气象部门提供的正式资料为准；探测器布置尚应结合全年最小频率风向，使探测器尽量处于释放源的上风侧或气体易于流经、积聚的部位。3.5泄漏场景分析根据工艺特点，站场可能的天然气泄漏场景主要包括：阀门、法兰、螺纹接头等静密封点泄漏；调压器轴封、计量设备运动部件密封泄漏；过滤分离器排污操作及排污阀内漏、外漏；管道腐蚀减薄穿孔或第三方损伤；收发球筒、放空立管根部阀泄漏；设备超压引起安全阀启跳排放等。高压天然气泄漏多形成高速射流，因天然气（以甲烷为主）密度显著小于空气，泄漏后总体向上扩散：露天条件下迅速稀释，但若遇遮挡或在封闭、半封闭空间内，易在屋顶、梁窝等顶部气相空间及通风死角积聚。因此，探测器应重点布置于释放源上方及封闭厂房顶部，并与顶部排风、紧急切断形成联动。4天然气物性与火灾爆炸危险性分析4.1天然气组成管输天然气以甲烷（CH₄）为主要组分，体积分数一般不低于90%，并含有少量乙烷、丙烷、丁烷、氮气及二氧化碳等。由于甲烷含量最高、密度最小、爆炸极限范围较宽，探测覆盖、安装高度及报警阈值按甲烷的物性进行判定，可覆盖整个站场的安全要求。4.2密度对比与气体轻重判定天然气（按甲烷计）的相对分子质量为16.04，空气的平均摩尔质量为28.97。天然气对空气的相对密度按式（4-1）计算： MgMa=标准状态下甲烷气体密度按式（4-2）计算（标准摩尔体积取22.414L/mol）： ρ=MgVm式中：d——天然气对空气的相对密度；Mg——天然气（甲烷）摩尔质量，g/mol；Ma——空气平均摩尔质量，取28.97g/mol；ρ——标准状态下天然气密度，kg/m³；Vm——气体标准摩尔体积，取22.414L/mol。由式（4-1）、式（4-2）可知，天然气相对密度d＝0.55，小于1，密度仅为空气的约55%，属于“比空气轻”的可燃气体。泄漏后向上浮升，探测器应安装在释放源上方及厂房顶部，这与比空气重气体（如液化石油气）探测器贴近地面布置有本质区别。4.3爆炸极限甲烷在空气中的爆炸极限（体积分数）为：爆炸下限LEL＝5.0%，爆炸上限UEL＝15.0%。即当空气中甲烷体积含量处于5.0%～15.0%区间并遇点火源时，可能发生燃烧或爆炸；低于5.0%时因可燃物不足、高于15.0%时因氧气不足，均不能形成爆炸性混合物。该浓度区间宽度达10个百分点，发生爆炸的浓度条件较易满足，必须在浓度远低于爆炸下限时即予以报警和处置。4.4主要理化与燃爆参数表4-1甲烷主要理化及燃爆特性参数表序号参数名称单位数值说明1分子式／相对分子质量—CH₄／16.042气体密度（标准状态）kg/m³0.716空气约1.2933相对蒸气密度（空气＝1）—0.55比空气轻4爆炸下限LEL%（体积）5.05爆炸上限UEL%（体积）15.06自燃温度℃537温度组别属T17最小点火能mJ0.28极微小能量即可引燃8最大爆炸压力MPa0.717密闭空间9燃烧热（约）MJ/m³35.9高位热值4.5火灾危险性分类依据GB50183—2015《石油天然气工程设计防火规范》的规定，天然气（甲烷）属于甲类火灾危险性介质，站场为甲类火灾危险性站场，其区域布置、防火间距、消防设施及安全检测报警均应按甲类要求执行。4.6危险性分析结论综合上述分析，天然气具有“比空气轻、爆炸极限范围宽、自燃温度虽较高但最小点火能极小、燃烧热值大、爆炸压力高”的特点。其主要风险是泄漏后在释放源上方及封闭厂房顶部积聚，遇点火源发生火灾爆炸。安全对策上应采取“顶部探测、顶部排风、超限联锁切断、独立报警”的纵深防御措施，这正是本计算书探测器布置与报警联锁设计的基本依据。5释放源辨识与分级5.1释放源分级原则依据GB50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》，释放源按其释放可燃气体的频繁程度和持续时间分为三级：连续级释放源（连续或长期存在）、一级释放源（正常运行时周期性或偶然释放）、二级释放源（正常运行时不可能释放，即使释放也仅偶尔、短时释放）。站场工艺设备在正常运行时一般为密闭状态，法兰、阀门等多属二级释放源；调压器轴封等运动部件密封点及安全阀、排污部位可按一级释放源从严考虑。5.2释放源辨识清单经对P&ID及设备布置的逐点辨识，全站共确定可燃气体释放源22处，其中露天工艺装置区12处、调压计量间6处、排污罐区2处、放空区1处、综合设备间1处。释放源清单及平面坐标（以各区域平面左下角为坐标原点，单位m）见表5-1。表5-1可燃气体释放源辨识清单编号所在区域设备／部位泄漏部件释放源级别坐标(x,y)S1工艺装置区进站紧急截断阀组法兰、阀杆二级(6,15)S2工艺装置区1#过滤分离器排污、安全阀接口二级(12,8)S3工艺装置区2#过滤分离器排污、安全阀接口二级(12,22)S4工艺装置区3#过滤分离器法兰、人孔二级(18,15)S5工艺装置区过滤汇管法兰、接管二级(24,10)S6工艺装置区排污阀组阀门、丝扣一级(24,20)S7工艺装置区调压橇进口法兰、阀门二级(32,12)S8工艺装置区调压橇出口（轴封）运动部件密封一级(32,18)S9工艺装置区1#计量管路法兰、仪表接头二级(40,10)S10工艺装置区2#计量管路法兰、仪表接头二级(40,20)S11工艺装置区收发球筒快开盲板、阀门二级(50,15)S12工艺装置区出站阀组法兰、阀杆二级(56,15)R1调压计量间进口阀法兰、阀杆二级(3,4.5)R2调压计量间调压器轴封、膜片一级(7,4.5)R3调压计量间过滤器法兰、排污二级(10,4.5)R4调压计量间流量计仪表接头二级(13,4.5)R5调压计量间出口阀法兰、阀杆二级(16,4.5)R6调压计量间室内放散阀阀门、接管一级(9,7)W1排污罐区1#排污罐罐口罐口、阀门二级(4,4)W2排污罐区排污汇阀法兰、阀门二级(8,4)V1放空区放空立管根部阀法兰、阀杆二级(0,0)E1综合设备间燃气复热炉及管路阀门、燃烧器接口一级(6,3)5.3辨识结论上述22处释放源全部纳入可燃气体探测覆盖范围，任一释放源泄漏均应处于至少一台探测器的有效覆盖半径之内，并满足安装高度要求。释放源增减或位置调整时，应同步更新释放源清单并重新进行覆盖校核。6爆炸危险区域划分6.1划分原则依据GB50058—2014，结合释放源级别、通风条件和设备布置，将站场划分为0区、1区和2区。0区为爆炸性气体混合物连续或长期存在的区域；1区为正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的区域；2区为正常运行时不可能出现、即使出现也仅短时存在的区域。良好的露天自然通风可缩小危险区域范围，封闭厂房及通风不良部位应从严划分。6.2站场爆炸危险区域划分表6-1站场爆炸危险区域划分表序号区域／部位危险区域划分范围（原则）通风条件1调压计量间室内1区室内全部空间机械通风2调压计量间门窗开口外2区开口外一定范围（按GB50058）露天良好3露天一级释放源周围1区释放源周围较小半径露天良好4露天二级释放源周围2区释放源周围规定半径露天良好5放空立管（塔）顶部及周围1区／2区按GB50183、GB50058执行露天良好6排污罐罐口周围2区罐口周围规定半径露天良好7综合设备间室内1区室内全部空间机械通风8控制室、配电间非爆炸危险区正压通风、无释放源正压／空调6.3与探测系统的关系探测器、声光报警器、现场接线箱等电气设备均安装于爆炸危险区域内，其防爆结构、温度组别应按其所在位置最危险的区域选取，并满足该区域防爆要求；控制室人机界面、GDS机柜等布置在非爆炸危险区域。爆炸危险区域划分是探测器防爆选型和配线设计的直接依据。7探测器与检测报警系统选型7.1探测原理选择点型可燃气体探测器常用催化燃烧式和红外吸收式（NDIR）两种原理。催化燃烧式技术成熟、价格较低，但存在传感器易中毒、需有氧环境、需频繁标定、寿命相对较短等不足；红外吸收式利用甲烷对特定波长红外光的吸收进行测量，具有抗中毒、不依赖环境氧气、寿命长、标定周期长、稳定性好等优点。结合站场露天、无人连续值守、可靠性要求高的特点，本站点型可燃气体探测器以红外吸收式为主，关键释放源处设置；个别部位可采用催化燃烧式作为补充。探测器测量范围应为0～100%LEL，输出4～20mA（叠加HART）或数字总线信号，并宜就地浓度显示。7.2防爆与防护等级依据第6章危险区域划分，现场探测器、报警器及接线箱的防爆等级按1区要求选取，防爆标志不低于ExdbⅡCT4Gb。甲烷虽属ⅡA类、T1组，选用ⅡC、T4可全面覆盖并便于全站统一选型、备件互换；T4组设备最高表面温度135℃，远低于甲烷537℃的自燃温度。露天设备外壳防护等级不低于IP65，室内设备不低于IP54，并应具备防腐、防潮、防紫外线能力。7.3检测报警系统架构可燃气体检测报警系统（GDS）由现场探测器、现场声光报警器、报警控制单元（GDS机柜）及控制室人机界面组成，独立于火灾自动报警系统（FAS）和过程控制系统（DCS）设置。GDS可向DCS、SIS传送数据并在操作站共享显示，但二级报警的安全联锁应通过SIS/ESD以独立硬接线方式实现。控制器及通信总线宜冗余配置，电源采用双路供电并设不间断电源（UPS），保证系统高可用。7.4探测器主要技术参数表7-1点型可燃气体探测器主要技术参数表序号项目技术要求1检测对象天然气（甲烷等可燃气体）2检测原理红外吸收式（NDIR）为主3测量范围0～100%LEL4输出信号4～20mA＋HART／RS485总线5一级报警设定值≤25%LEL（本工程取25%LEL）6二级报警设定值≤50%LEL（本工程取50%LEL）7响应时间（T90）≤30s8防爆标志ExdbⅡCT4Gb9防护等级IP65（露天）／IP54（室内）10工作温度／湿度−40～＋70℃／≤95%RH（无凝露）11显示方式就地数字显示＋控制室集中显示7.5现场声光报警器现场设置防爆型声光报警器，与探测分区对应，报警时同时发出声、光信号。报警器闪光醒目、声压级高（1m处不小于105dB(A)），防护等级与探测器一致，安装于人员易看到、听到且便于检修的部位。8可燃气体探测覆盖设计计算8.1探测器覆盖半径的确定依据GB/T50493—2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》第4.2.1条、第4.2.2条的规定：（1）释放源处于露天或敞开式厂房布置的设备区域内，可燃气体探测器距其所覆盖范围内的任一释放源的水平距离不宜大于10m，即露天区域取覆盖半径R₁＝10m；（2）释放源处于封闭式厂房或局部通风不良的半敞开厂房内，可燃气体探测器距其所覆盖范围内任一释放源的水平距离不宜大于5m，即封闭区域取覆盖半径R₂＝5m。8.2探测器数量的计算方法为保证覆盖可靠、不出现检测盲区，探测器数量同时采用“面积覆盖法”和“释放源覆盖法”两种方法计算，取其大值。面积覆盖法：将每台探测器的有效覆盖范围视为以探测器为圆心、覆盖半径R为半径的圆，区域所需探测器数量按式（8-1）计算并向上取整： NS≥Sπ释放源覆盖法：对每一释放源，应至少有一台探测器位于其覆盖半径之内。释放源i与探测器j之间的水平距离按式（8-2）计算，并应满足dij≤R： d2ij=x式中：NS——面积法所需探测器数量，台；S——探测区域面积，m²；R——覆盖半径，露天取10m、封闭取5m；ceil()——向上取整函数；dij——释放源i与探测器j的水平距离，m；(xi,yi)、(xj,yj)——分别为释放源i、探测器j的平面坐标，m。8.3规则网格无盲区校核当探测器按正方形规则网格布置时，相邻探测器间距为a，覆盖盲区首先出现在由四台探测器围成的正方形网格中心，该点到任一探测器的距离为a√2/2。为保证无盲区，应满足a√2/2≤R，即网格间距按式（8-3）控制： a≤√2R （8-3）据此，露天区域网格间距a≤1.414×10＝14.14m，封闭区域网格间距a≤1.414×5＝7.07m。8.4露天工艺装置区计算工艺装置区面积S＝60×30＝1800m²，覆盖半径R₁＝10m。按式（8-1）面积法计算： NS1=ceil1800按释放源覆盖法，结合12处释放源的平面位置，按2行4列布置8台探测器D1～D8，坐标为(10,10)、(10,20)、(24,10)、(24,20)、(38,10)、(38,20)、(52,10)、(52,20)，x向间距14m（≤14.14m）、y向间距10m。逐点距离校核见表8-1。表8-1工艺装置区释放源—探测器距离校核表释放源坐标(x,y)最近探测器探测器坐标距离(m)判定S1(6,15)D1/D2(10,10)/(10,20)6.40≤10，符合S2(12,8)D1(10,10)2.83≤10，符合S3(12,22)D2(10,20)2.83≤10，符合S4(18,15)D1/D3(10,10)/(24,10)9.43≤10，符合S5(24,10)D3(24,10)0≤10，符合S6(24,20)D4(24,20)0≤10，符合S7(32,12)D5(38,10)6.32≤10，符合S8(32,18)D6(38,20)6.32≤10，符合S9(40,10)D5(38,10)2.00≤10，符合S10(40,20)D6(38,20)2.00≤10，符合S11(50,15)D7/D8(52,10)/(52,20)5.39≤10，符合S12(56,15)D7/D8(52,10)/(52,20)6.40≤10，符合由表8-1，12处释放源到最近探测器的最大水平距离为9.43m，均不大于10m，释放源覆盖法满足。覆盖连续性校核：x方向各探测器覆盖范围依次为0～20m、14～34m、28～48m、42～62m，首尾相接连续覆盖0～62m；y方向覆盖0～20m和10～30m，连续覆盖0～30m，整个1800m²区域无检测盲区。面积法要求6台，释放源法实设8台，取大值，最终工艺装置区设探测器8台。8.5封闭式调压计量间计算调压计量间面积S＝18×9＝162m²，覆盖半径R₂＝5m。按式（8-1）面积法计算： NS2=ceil162按释放源覆盖法，结合6处释放源位置，布置P1～P3三台探测器，坐标为(4.5,4.5)、(11,4.5)、(15,4.5)，逐点校核见表8-2。表8-2调压计量间释放源—探测器距离校核表释放源坐标(x,y)最近探测器探测器坐标距离(m)判定R1(3,4.5)P1(4.5,4.5)1.50≤5，符合R2(7,4.5)P1/P2(4.5,4.5)/(11,4.5)4.00≤5，符合R3(10,4.5)P2(11,4.5)1.00≤5，符合R4(13,4.5)P2/P3(11,4.5)/(15,4.5)2.00≤5，符合R5(16,4.5)P3(15,4.5)1.00≤5，符合R6(9,7)P2(11,4.5)3.20≤5，符合由表8-2，6处释放源到最近探测器的最大距离为3.20m，均不大于5m。依据GB/T50493—2019第4.2.3条，比空气轻的可燃气体释放源处于封闭或局部通风不良的半敞开厂房内时，除在释放源上方设置探测器外，还应在厂房顶部（屋顶）天然气易于积聚处增设探测器。为此在调压计量间屋顶梁下居中位置增设1台探测器P4（探测头贴近屋顶，距顶棚不大于0.3m）。调压计量间探测器合计为3＋1＝4台。8.6其他区域计算（1）排污罐区：露天，面积S＝10×8＝80m²，R₁＝10m。面积法NS＝ceil(80/(π×10²))＝ceil(0.25)＝1台；2处释放源均位于该探测器覆盖范围内，设探测器1台，安装于排污罐罐口上方。（2）放空立管（塔）区：放空立管根部阀V1为释放源，设探测器1台，位于根部阀上方及人员操作部位附近；放空管口的高空排放主要由露天扩散，不另设点型探测器。（3）综合设备间：封闭，面积S＝12×6＝72m²，R₂＝5m。面积法NS＝ceil(72/(π×5²))＝ceil(0.92)＝1台，于燃气复热炉上方设1台；并依据第4.2.3条在屋顶顶部增设1台，合计2台。8.7探测器安装高度计算依据GB/T50493—2019第6.1.2条，检测比空气轻的可燃气体时，探测器安装高度宜在释放源上方2.0m以内。探测器安装高度按式（8-6）确定： H=Hr+Δh，式中：H——探测器探测头安装高度（相对地面），m；Hr——释放源高度，m；Δh——探测器高出释放源的垂直距离，取0.5～2.0m。具体安装要求：露天区域探测器借助工艺管廊或独立支架安装于释放源上方，Δh取1.0～1.5m，探测头朝下并设防雨罩；调压计量间P1～P3安装于设备上方，Δh取1.0～2.0m；屋顶探测器P4贴近顶棚安装。探测器应避开强热源、蒸汽、雨水直接淋溅和工艺排放口正上方，与梁、柱、墙保持不小于0.5m距离，并预留标定、检修空间，安装高度原则上不便于无关人员触及。8.8探测器数量汇总表8-3全站可燃气体探测器数量汇总表序号区域布置形式覆盖半径(m)面积法(台)实设(台)备注1工艺装置区露天1068释放源法从严2调压计量间封闭534含顶部1台3排污罐区露天1011罐口上方4放空立管区露天10—1根部阀上方5综合设备间封闭512含顶部1台合计全站———16覆盖22处释放源全站共设点型可燃气体探测器16台，22处释放源覆盖率为100%，各区域无检测盲区。此外，按工程运维惯例，可按探测器总数的10%左右配置备品备件（约2台），该要求属于工程保障措施，具体数量由业主与设计协商确定。9报警与安全联锁设计9.1报警分区按区域和设备组将全站划分为若干探测报警回路（分区）：露天工艺装置区按进站分离、调压、计量发球划分为3个分区，调压计量间为1个分区，排污罐区、放空区、综合设备间各为1个分区。任一探测器报警，系统应能准确显示报警分区、位号及实时浓度，便于快速定位、处置。9.2报警阈值设定及浓度换算依据GB/T50493—2019第5.5.1条、第5.5.2条，可燃气体测量范围为0～100%LEL；一级报警设定值应小于或等于25%LEL，二级报警设定值应小于或等于50%LEL。本工程一级取25%LEL、二级取50%LEL。报警设定值对应的天然气体积分数按式（9-1）换算： C=LEL×k （9-1）式中：C——报警对应的天然气体积分数，%；LEL——爆炸下限，甲烷取5.0%；k——报警设定值占爆炸下限的比例，一级取0.25、二级取0.50。 C1=5.0%×0.25=1.25%；报警值相对爆炸下限的安全裕度倍数按式（9-3）计算： K1=LELC式中：C1、C2——分别为一级、二级报警对应的体积分数；K1、K2——分别为一级、二级报警相对爆炸下限的安全裕度倍数。即一级报警在甲烷体积分数达到1.25%（爆炸下限的25%）时动作，留有4倍安全裕度；二级报警在体积分数达到2.50%（爆炸下限的50%）时动作，留有2倍安全裕度。各级报警浓度均远低于爆炸下限，可为人员撤离、查漏和联锁处置争取充分时间。表9-1可燃气体报警设定值及联动动作表报警级别设定值体积分数安全裕度主要联动动作一级报警（预警）25%LEL1.25%4倍控制室及现场声光报警、显示记录、启动事故风机、派员检查二级报警（联锁）50%LEL2.50%2倍在一级动作基础上ESD紧急切断、停相关设备、全站报警、切断非防爆电源故障报警———探测器断线、短路、故障时报警并显示故障位号9.3报警响应时间核算检测报警系统从泄漏发生到报警动作的总响应时间由探测器响应、控制器扫描处理和执行机构动作组成，按式（9-4）核算： Tsys=Tdet式中：Tsys——系统总响应时间，s；Tdet——探测器响应时间（T90），≤30s；Tctrl——控制器扫描、判断时间，≤1s；Tact——执行机构动作时间。报警回路Tact≈0，报警响应时间主要取决于探测器，Tsys≤30s，满足GB/T50493对检测报警系统报警响应时间不大于30s的要求。联锁回路另计紧急切断阀全行程关闭时间（一般不大于5s），即二级报警出现后，系统可在约35s内完成紧急切断阀关断，满足事故处置要求。9.4现场声光报警声压级计算依据GB/T50493—2019，现场报警器的报警声压级应使报警信号在生产区域内清晰可辨，在有背景噪声的场所应高于背景噪声15dB，且距报警器1m处不小于75dB(A)。本站露天工艺区背景噪声按70dB(A)考虑，则人员活动区域所需声压级为70＋15＝85dB(A)。点声源在自由声场中的声压级随距离按式（9-5）衰减： Lr=Lr0取报警器1m处声压级L(r0)＝105dB(A)（r0＝1m），满足声压级要求的最大作用距离按式（9-6）计算： rmax=10105-85式中：L(r)、L(r0)——距声源r、r0处的声压级，dB(A)；rmax——满足所需声压级的最大作用距离，m。据此，单台声光报警器（1m处105dB(A)）在露天区域的有效作用半径约10m。结合平面布置，露天工艺装置区设置声光报警器4台（间距约20m，与探测分区配合），排污罐区、放空区各设1台；调压计量间内设1台（房间最远点距报警器约10m，室内背景噪声按65dB(A)、需80dB(A)，该点声压级约85dB(A)，满足要求），综合设备间设1台。全站共设现场声光报警器8台。控制室另设操作台声光提示及GDS报警显示。9.5安全联锁保护逻辑（1）一级报警（25%LEL）联锁动作：控制室GDS发出声光报警并显示报警位号、浓度，自动启动该区域全部事故风机（封闭厂房屋顶风机全开），信号上传调度控制中心，同时通知值班人员现场检查，不直接切断生产。（2）二级报警（50%LEL）联锁动作：在一级动作基础上，经SIS/ESD联锁关闭进站、出站紧急切断阀，停止相关调压、计量及辅助设备，全站声光报警，切断封闭厂房内非防爆电源（防爆设备及事故风机继续运行），并视情况按程序实施放空。（3）联锁回路应独立设置，联锁信号由SIS/ESD以硬接线方式直接送至现场执行机构，不经过DCS；紧急切断阀采用故障安全（FC）设计，仪表风故障或失电时自动关断并可就地保位。联锁回路的安全完整性等级应依据SIL定级报告确定，涉及紧急切断的回路一般不宜低于SIL2，并应按GB/T50770、GB/T21109的要求进行设计、验证。（4）联锁动作后不得自动复位，须经现场确认泄漏排除、浓度恢复正常并由授权人员在控制室（必要时现场）人工复位，恢复生产前应进行系统确认。10事故通风校核计算10.1通风方式调压计量间、综合设备间为封闭式厂房，天然气比空气轻、易在顶部积聚，故采用“下部自然进风、屋顶机械排风”的通风方式：在外墙下部设防爆进风百叶，屋顶设置防爆轴流排风机，排风机吸风口贴近屋顶最高处，使排风口处于天然气易于积聚的部位。10.2调压计量间通风量计算调压计量间净体积按式（10-1）计算： V=S×h=162×6.0=正常通风换气次数不宜小于6次/h，事故通风换气次数不应小于12次/h，所需风量按式（10-2）计算： Q=n×V （10-2） Qn=6×式中：V——厂房净体积，m³；S——厂房面积，m²；h——厂房层高，m；Q——通风量，m³/h；n——换气次数，次/h；Qn、Qa——分别为正常、事故通风量。10.3风机选型与校核选用防爆屋顶轴流排风机2台，单台风量6000m³/h，并联运行总风量为12000m³/h，大于事故通风所需11664m³/h，实际事故换气次数n＝12000/972＝12.3次/h，大于12次/h，满足要求；正常运行时1台运行（风量6000m³/h，约6.2次/h），事故或报警时2台全开。风机防爆标志不低于ExdbⅡCT4、防护等级不低于IP54，排风口高出屋面并朝向安全方向。表10-1封闭厂房事故通风设备选型表区域体积(m³)事故需风量(m³/h)选型总风量(m³/h)实际换气(次/h)调压计量间97211664防爆屋顶风机2×60001200012.3综合设备间2883456防爆屋顶风机1×4000400013.9综合设备间净体积V＝72×4＝288m³，事故通风量Qa＝12×288＝3456m³/h，选用1台4000m³/h防爆屋顶风机，实际换气13.9次/h，满足要求。10.4通风联锁与故障报警事故风机与可燃气体探测系统联锁：一级报警时自动全部开启；风机运行、故障状态信号送至控制室，风机故障应报警。进风百叶应保持畅通，严禁封堵；排风管道不应与其他厂房排风系统连通，防止可燃气体串入。11供电、配线与接地11.1供配电可燃气体检测报警系统属安全设施，按不低于二级负荷供电，采用双路电源（工作电源、保安电源）自动切换，并设置不间断电源（UPS）。UPS应保证GDS控制器、人机界面及现场探测、报警设备在主电源失电后继续工作不少于30min；重要站场或业主要求时宜提高至60min。紧急切断阀宜采用气动（仪表风或蓄能器）驱动，确保失电时可靠动作并故障安全。11.2爆炸危险区域配线（1）爆炸危险区域内的电缆采用阻燃铜芯电缆，信号电缆宜采用阻燃铠装屏蔽计算机电缆（如ZR-DJYPVP/ZA-DJYJP2VP系列），明敷于热浸锌桥架或穿热浸锌钢管敷设，不同回路、电压等级电缆分开敷设。（2）1区采用钢管配线时，应使用镀锌焊接钢管，螺纹连接有效啮合扣数不少于6扣，管路在进出爆炸危险区域边界、进入现场设备处装设防爆隔离密封件并做密封充填；接线、分支采用防爆接线盒，严禁在危险区域内设置普通中间接头。（3）电缆贯穿防火、防爆分隔处及楼板、墙体时，采用不燃材料进行防火封堵和防爆密封。电缆桥架、保护管应可靠接地。表11-1主要电缆及保护管选型表回路电缆型号（示例）敷设方式区域探测器信号回路ZA-DJYPVP2×2×1.5桥架／穿钢管1区／2区声光报警器回路ZA-YJY3×2.5穿钢管1区／2区风机电源回路ZB-YJY4×2.5穿钢管1区通信总线阻燃屏蔽总线电缆桥架（隔板）2区／非危险区11.3接地与等电位连接站场设保护接地、防雷接地、防静电接地及信息系统接地，宜共用接地装置，接地电阻按接入设备中要求的最小值确定（一般不大于4Ω，共用接地系统不大于1Ω）。爆炸危险区域内所有金属设备、管道、桥架、支架、接线箱均应做防静电、保护接地和等电位连接；现场探测器、报警器外壳通过专用接地线与接地干线可靠连接，不得利用输送可燃介质的金属管道作为接地线。11.4安装环境要求探测器、报警器应避开强电磁场、高温热源、喷淋及腐蚀性气体的直接影响，与工艺排放口、放空口保持安全距离；露天安装的接线盒、穿线管管口不宜朝上，应设防雨弯和密封措施，防止雨水、凝液进入。设备安装应牢固，抗震、防风，并满足防爆设备安装的专门规定。12安全核验依据现行标准及本工程设计条件，对探测覆盖、安装高度、报警阈值、响应时间、防爆防护、声光报警、事故通风、联锁供电等关键项目逐项进行安全核验，结果见表12-1。表12-1可燃气体探测报警系统安全核验表序号核验项目标准／设计要求计算或设计结果判定1释放源覆盖率全部释放源纳入覆盖22处全部覆盖，覆盖率100%符合2露天水平距离≤10m最大9.43m（S4）符合3封闭厂房水平距离≤5m最大3.20m（R6）符合4露天网格间距≤14.14mx向14m、y向10m符合5封闭厂房顶部探测器按第4.2.3条设置P4及设备间顶部已设符合6安装高度释放源上方0.5～2.0m已按式（8-6）执行符合7一级报警设定值≤25%LEL25%LEL（1.25%体积分数）符合8二级报警设定值≤50%LEL50%LEL（2.50%体积分数）符合9测量范围0～100%LEL0～100%LEL符合10报警响应时间≤30sT90≤30s符合11防爆等级满足1区要求ExdbⅡCT4Gb符合12防护等级露天IP65、室内IP54IP65／IP54符合13声光报警声压级高于背景15dB且≥75dB10m处85dB(A)符合14事故通风换气次数≥12次/h12.3次/h（12000m³/h）符合15联锁、供电与接地ESD＋风机联锁、UPS、接地联锁完整、UPS≥30min、接地可靠符合经逐项核验，本工程可燃气体探测报警系统的覆盖范围、安装高度、报警阈值、响应时间、防爆防护、声光报警、事故通风及安全联锁等各项指标均满足现行标准要求，未发现不符合项或漏项。13结果分析与工程指导意义13.1计算结果分析（1）覆盖方面：全站设置点型可燃气体探测器16台，其中露天工艺装置区8台、调压计量间4台、排污罐区1台、放空区1台、综合设备间2台，实现了22处释放源100%覆盖和各探测区域无盲区。面积覆盖法与释放源覆盖法相互校核、结果一致，布置方案可靠。（2）报警方面：一级报警设定为25%LEL（甲烷体积分数1.25%）、二级报警设定为50%LEL（体积分数2.50%），分别相对爆炸下限留有4倍、2倍安全裕度，实现了“早期预警—超限联锁”两级报警，报警响应时间不大于30s。（3）针对甲烷比空气轻的特性，通过“释放源上方探测、屋顶顶部增设探测、屋顶防爆排风、超限ESD紧急切断”的组合措施，形成了覆盖探测、报警