国标解读｜GB∕T 39173-2020《智能工厂 安全监测有效性评估方法》

专家简介：卜志军，男，中国石油管道设计院仪表自动化室主任工程师。

深度好文：8870字 | 18分钟阅读

阅读前思考：

可燃气体探测器评估需要在哪些方面提出要求？

超声探测器安全监测有效性评估的要求有哪些？

场景分析法中的为什么需要定义泄漏量？

一概述

● 编制依据：本标准根据《国家标准委关于下达2017年第四批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合 〔2017〕128号），由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124）组织制定。

● 主要起草单位：中国石油天然气管道工程有限公司、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、梅思安（中国） 安全设备有限公司、上海合含科技有限公司

● 编写历程：经历了立项、启动会、调研、起草、统稿、征求意见稿、送审稿、 批稿等阶段。从2018年开始 至2020年发布，征求了各路专家的意见，经过多次反复的修改，历时3年完成。

● 规范发布：2020年10月11日由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会发布。

● 规范实施：2021年5月1日。

● 与行业标准相比：本标准的目的是给出火气探测器有效性评估的方法，为今后应用火气探测器监测有效性评估 提供适当的参考。国内无相关类似标准，本标准主要对与国外标准ISA TR84.00.07 《火气系统有效性评估指 南》对比，其优点是采用定量的方法，计算火焰、可燃气体、有毒气体等探测器的覆盖率，对探测器布点设计进 行验证、优化。

▲ 与定性分析相比较，可以提供量化的覆盖率及布局方案，避免主观因素对安全监测有效性的影响。

▲ 虽然没有定性分析过程简便，但其结果精确，在定性分析之后可以应用该方法对分析结论进行优化。

▲ 利用三维设计成果开展评估，并提供可视化的分析过程和结果。有效性评估方法为实现对火焰、可燃/有毒气体泄漏实现可靠、及时的监测提供了依据，具有重要的指导作 用。

GB∕T 39173共分9章和7个附录：

1.范围；

2.规范性引用文件；

3.术语与定义；

4.缩略语；

5.一般要求；

6.火焰探测器安全监测有效性评估；

7.可燃气体探测器安全监测有效性评估；

8.有毒气体探测器安全监测有效性评估；

9.超声探测器安全监测有效性评估；

附录A 探测器覆盖评估技术；

附录B 典型设备的泄漏频率；

附录C 三维数字化模型；

附录D CFD计算流程和方法；

附录E 智能工厂感温火灾探测器适用区域；

附录F 典型烃类装置的火灾区域分级表；

附录G 场景分析法中的泄漏量定义；

二宣贯内容

1.范围

本标准规定了安全监测有效性评估方法的一般要求，火焰、可燃气体、有毒气体和超声探测器安全监测有效 性评估的方法。

本标准适用于石油、石油化工、天然气领域的智能工厂对火焰、可燃气体、有毒气体和超声的安全监测进行 有效性评估。其它领域的智能工厂可参照执行。

● 适用行业：石油、石油化工和天然气领域，包括油气管道、LNG、油库、储气库、炼油、石化等陆地工程， 不适用于海上工程。

● 适用对象：火焰、可燃气体、有毒气体探测器，可燃气体探测器包括了超声探测器，其他火灾探测器不适用。

2.规范性引用文件

GB50116—2013 火灾自动 警系统设计规范

GB/T50493—2019 石油化工可燃气体和有毒气体检测 警设计标准

3.术语与定义

3.5 安全监测 safetymonitoring

智能工厂中用于火焰、可燃气体、有毒气体的监视和检测。注:安全监测具备以下两个基本功能：

———检测火焰、可燃气体和有毒气体的泄漏;

———为触发 警及后续动作提供依据。

3.6 安全监测系统 safetymonitoringsystem

智能工厂中由火焰、可燃气体、有毒气体检测器、警 器、控制系统构成,具有 警、联锁保护功能, 实现降低工厂安全风险的系统。

3.7 场景 scenario

物质在即定位置,受温度、压力、流速及风向、风速影响的条件下,发生的泄漏。

3.8 探测器空间覆盖率 detectorgeographiccoverage

探测器有效保护区域与目标保护区域的体积比率。注:也称探测器静态覆盖率。

3.9 探测器场景覆盖率 detectorscenariocoverage

探测器有效捕获泄漏场景与所有泄漏场景的比率。

注:也称探测器动态覆盖率。

3.10 安全监测有效性 theeffectivenessofsafetymonitoring

通过覆盖率计算得出有效性的量化结果。

*3.11 封闭空间 enclosedareaormostly-enclosedarea

与外界隔绝或空气流通不畅的空间。

*3.12 部分封闭空间 part-enclosedareaorcongestedarea

有两个或两个以上敞开面的空间。

注:格栅式的地板和天花板按照敞开面考虑。

*3.13 开放空间 openarea

不属于封闭空间和部分封闭空间的三维空间,并且其尺寸足以容许人员进入。

3.14 探测器布局 mapping

根据已确定的危险场景,采用模拟仿真等方法量化探测器的覆盖率,优化探测器的布局。

3.15 风险层 risklayer

距离释放源目标设备表面一定距离以内的空间。

3.20 智能工厂 smartfactory

在数字化工厂的基础上,利用物联 技术和监控技术加强信息管理和服务,提高生产过程可控性、 减少生产线人工干预,以及合理计划排程。同时集智能手段和智能系统等新兴技术于一体,构建高效、 节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。

*3.21 气体浓度 gasconcentration

每立方米大气中气体的摩尔质量数。

注:也称为质量—体积浓度,单位为毫克每立方米(mg/m3)或克每立方米(g/m3)。

4.缩略语

CFD：

计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics)

LEL：

爆炸下限(LowerExplosiveLimit)

1ooN：

从N 中取1(1outofN,N 表示某个区域内,用于表决逻辑的探测器的数量)

2ooN：

从N 中取2(2outofN,N 表示某个区域内,用于表决逻辑的探测器的数量)

5.一般要求

5.1 目的

安全监测有效性评估方法,需在适用阶段、人员、探测器选用、技术、流程、工具、数据收集和 告等 方面提出要求,从而保证安全监测有效性评估的可操作性以及评估结果的真实有效、可追溯。

▲ 保证评估的可操作性、评估结果真实有效。

▲ 整体评估过程可追溯。

5.2 开展有效性评估的阶段

5.2.1 新建工程安全监测有效性评估应在初步设计阶段或施工图阶段进行实施,并在投产前确认。

注:有效性评估具体实施阶段受限于项目数据收集及输入条件。

5.2.2 改扩建工程涉及安全监测对象或监测区域发生变化时,应进行安全监测有效性评估。

5.2.3 每隔五年应至少进行一次定期复审,确保安全监测在整个生命周期内满足有效性要求。

▲ 新建工程：初步设计、施工图阶段

▲ 改扩建工程：监测对象、区域发生变化时

5.3 人员要求

5.3.1 有效性评估组成员应独立于项目组成员,项目设计的人员和运行人员应配合评估组参与评估活动。

5.3.2 有效性评估组成员应掌握安全监测有效性评估方法,并按照本标准要求开展评估工作。

5.4 探测器评估要求

5.4.1 结合智能工厂需求应合理选用探测器,是安全监测有效性评估实施的前提。

5.4.2 火焰探测器其选型及适用范围按照GB50116—2013执行。

5.4.3 可燃气体探测器(红外原理、催化燃烧原理、激光原理等)、有毒气体探测器(电化学、金属氧化物 半导体、激光原理等),其选型及适用范围应按照GB/T50493—2019执行。

5.4.4 带压气体泄漏可采用超声探测器对声压等级变化进行监测,其选型应采用声学传感器。

5.5 评估技术

5.5.1 安全监测有效性评估技术有空间分析法、场景分析法。这两种技术的详细说明参见附录A。

5.5.2 空间分析法根据探测器参数或设计要求，采用计算机辅助方法确定探测器在工厂下的空间覆盖率。

5.5.3 场景分析法应根据探测器参数,结合设备及建/构筑物布置、释放源的理化特性、泄漏频率和空气流动等 特点，采用数值模拟及计算机辅助分析方法确定探测器在工厂下的场景覆盖率。典型设备的泄漏频率参见附录 B。

5.5.4 火焰探测器、超声探测器应采用空间分析法进行有效性评估。

5.5.5 可燃气体探测器、有毒气体探测器宜采用场景分析法进行有效性评估。空间分析法仅适用于需要保护区 域或设备本身泄漏的覆盖率分析,不适用于扩散气体泄漏覆盖率分析。注:空间分析法在不深入考虑空气流动影响的场景下执行,适用于室内、设备密集的场所、装置内空间狭小的地 方,结构简单的设备,但对存在空气流动的场景下完全用空间分析可能产生误导。

*5.6 评估流程

5.7 评估工具

安全监测有效性评估工具应包括:三维数字化模型搭建软件、计算流体动力学(CFD)仿真软件和探 测器布局软件。

探测器布局软件能够利用三维数字化模型和计算流体动力学(CFD)仿真结果开展计算,将探测器 的位置和覆盖范围进行可视化展示,并输出量化分析结果。三维数字化模型的搭建方法参见附录C,计 算流体动力学计算方法参见附录D。

▲ 常用的探测器布局软件多以非量化数据进行可视化展示，为了便于分析计算建议采用量化类分析软 件开展评估工作。

*5.8 数据收集

在进行安全监测有效性评估前,应收集以下资料:

工艺及仪表控制流程图；介质参数及工艺参数表; 物料平衡组分 告; 工厂总图; 爆炸危险区域划分图; 防火分区图; 设备、设施平面布置图; 探测器安装高度; 探测器平面布置图; 安全监测系统设置原则; 工厂三维模型; 探测器性能参数;

风险量化 告、风险量化表、事件树图; 已运行工厂历史安全事件/事故信息采集; 探测器安装角度(适用于火焰探测器开展有效性评估); 大气压力、平均温度、风向和风速的历史数据(适用于可燃、有毒气体探测器采用场景分析法开 展有效性评估); 区域内可闻声背景噪声及超声背景噪声(适用于超声探测器开展有效性评估)。

注1:已建工厂,宜进行现场勘察,以确保竣工图纸的准确性。

注2:新建工厂,及时收集与评估相关的工程变更资料,以确保数据收集的准确性。

5.9 评估 告

安全监测有效性评估完成后，应根据评估过程形成对应的评估 告，并正式记录形成档案。 告内容应包括:

工程概况; 分析流程描述;三维模型搭建及坐标定义;

安全监测有效性目标定义; 危险源及危险区域的定义;

探测器设置及参数定义;

泄漏定义和环境定义(适用于可燃、有毒气体探测器采用场景分析法开展安全监测有效性评估); 背景噪声定义(适用于超声探测器安全监测有效性评估);

探测器覆盖率结果; 建议和优化方案。

▲ 告章节内容应涵盖以上内容，并根据评估委托方具体要求增加

▲ 章节先后次序不做硬性规定

6.火焰探测器安全监测有效性评估

6.1 评估要求：

6.1.1 火焰探测器有效性评估一般要求应遵循第5章内容。

6.1.2 火焰探测器有效性评估需要在危险类型辨识、定义火灾区域、覆盖率计算等方面提出具体要求。

▲ 火焰探测器其选型及适用范围按照 GB50116—2013执行，应采用空间分析法进行有效性评估。

▲ 危险类型辨识需考虑: 潜在泄漏源和火灾发生的频率; 对比BP-GP 30-85 章节6.2中火灾区域的定义，按 照烃类装置发生火灾严重性，将火灾区域分为I级和II级两个等级，并对每个区域的火焰探测器覆盖率目标值 予以要求和定义。

6.2 危险类型辨识

实施安全监测应对以下参数进行考虑: 潜在泄漏源；火灾的频率

▲ 设备或设施严重拥挤区域的火焰探测,可以考虑减小监测对象区域范围和安装更多的探测器来满足覆盖范 围的要求,或者采用感温火灾探测器作为辅助检测手段。

6.3 定义火灾区域

6.3.1 典型烃类装置的火灾区域分级

▲ 烃类装置是用于加工、运输或储存碳氢化合物流体(如石油、天然气、冷凝物、大量柴油燃料或 甲醇)的装置或区域,但不包括: 生产、工艺、钻井、公用设施或生活区外的管道; 燃气涡轮机箱和其他类似的机械外壳。

▲ 在发生火灾可能会导致中等或严重后果的烃类装置内设备周边空间即被定义为Ⅰ级。火灾可能会由以下 任何一种情况或其组合引起: 燃料(例如,来自压缩机的高压气体或易燃液体); 确定的火灾风险源(例如,泵和压缩机上的小口径管道或单一密封件)。

▲ 在发生火灾可能会导致一般后果的烃类装置内设备周边空间被定义为Ⅱ级,相对Ⅰ级而言,此区域空间火灾 严重性较小 p 烃类装置内,Ⅱ级的空间定义适用于以下情况: 燃料闪点高于60 ℃; 释放压力小于0.1MPa; 液体燃料池的表面积小于50m2。

▲ 未分类烃类装置内的空间,分为以下两种情况: Ⅰ级或Ⅱ级不适用; 没有任何危险燃料源。

6.3.2 确认火灾区域等级

▲ 应对烃类装置内的独立设备和特定系统是否存在易燃液体释放和火灾升级的可能性进行评估。

6.3.3 风险层

▲ Ⅰ级区域的风险层是从设备或相关液体容器的表面向外延伸至少2m 的空间,如设备靠近防火墙,则外延空间 不超过防火墙。

▲ 如果Ⅰ级区域风险层的边界过于靠近防火分区的边界,则考虑将其边界延伸至防火分区的边界。防火分区 的边界通常是防火墙或开放的空间。