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背景和事故案例

在化工生产装置及辅助设施内不可避免会存在很多可燃气体和有毒气体释放源。为防止可能产生的人身伤害及火灾爆开事故的发生，保障企业安全生产，需在可能泄漏或聚集可燃气体、有毒气体的地方，设置气体检测报警仪，并将信号上传至显示报警控制单元。当现场存在危险时，可以及时预警。这一整套系统即可燃气体和有毒气体检测报警系统 Gas （以下简称GDS系统），它的组成部分，一般包括探测器、报警器和报警控制单元。

GDS 在工业应用中非常广泛，历史上有些企业因为管理人员对GDS的不够重视而发生了多起惨痛的事故教训。如2011年1月，新疆生产建设兵团大黄山鸿基焦化有限公司的煤气中毒事故。在试生产过程中，合成车间脱碳泵房内发生煤气中毒事故，造成3人死亡，1人轻伤。事故间接原因是：冷凝液管线连接饱和塔进口处选用单道闸阀，导淋未设置在室外，脱碳泵房内有管线与有煤气的装置连通，室内未设置有毒有害气体报警器GDS，具体工艺管道流程示意图如下图1所示。

图1 冷凝液泵至饱和塔工艺管道流程示意图

GDS系统的功能就是就是实时监测各泄漏源状况，当出现泄漏危险时，主动提醒相关操作人员，同时相关人员需要按照操作规程或应急响应步骤来进行操作，以达到消除或减少隐患以保证安全生产的作用。

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GDS的法规依据及其系统演变

在法规上，《中华人民共和国安全生产法》第三十六条第一款、第三款：安全设备的设计、制造、安装、使用、检测、维修、改造和报废，应当符合国家标准或者行业标准。生产经营单位必须对安全设备进行经常性维护、保养，并定期检测，保证正常运转。维护、保养、检测应当做好记录，并由有关人员签字。生产经营单位不得关闭、破坏直接关系生产安全的监控、报警、防护、救生设备、设施，或者簒改、隐瞒、销毁其相关数据、信息。《危险化学品生产企业安全生产许可证实施办法》第9条第1款第3项，企业的厂房、作业场所、储存设施和安全设施、设备、工艺应当符合下列要求：涉及易燃易爆、有毒有害气体化学品的场所装设易燃易爆、有毒有害介质泄漏报警等安全设施。《化工和危险化学品生产经营单位重大生产安全事故隐患判定标准（试行）》 第12条的重大隐患判断规则：涉及可燃和有毒气体泄漏的场所，未按国家标准设置检测报警装置，爆炸危险场所未按国家标准安装使用防爆电气设备。另外在规范上，《石油化工企业设计防火规范》（GB 50160-2018）第4.6.11条要求在使用甲类气体或甲、乙A类液体的装置内按区域控制和重点控制相结合的原则，设置可燃气体报警器探头。《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》（GB/T 50493-2019）3.0.1中要求在生产或使用可燃气体及有毒气体的生产设施及储运设施的区域内，泄漏气体中可燃气体改度可能达到报警设定值时，应设置可燃气体探测器;泄漏气体中有毒气体改度可能达到报警设定值时，应设置有毒气体探测器等。

上述的法律和规范在相关条款上，明确了GDS的设计要求，以及在使用和日常的维护方面，需要保持该系统的有效性和功能性。接下来，笔者根据个人的工作心得和实践，对设置GDS的法规依据，探头的选择原则，GDS与BPCS和SIS之间的关系，以及GDS在运营期间和日常维护的关注点等方面跟大家进行分享，其中GB/T 50493-2019中已经明确的内容如气体探头的点位设计，安装位置和设备选型等内容本文将不再赘述。

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GDS设计时考虑的适用气体种类及探头的选择原则

可燃气体包括与空气混合物的爆炸下限

对于有毒气体，一般指劳动者在职业活动过程中，通过皮肤接触或呼吸可导致死亡或永久性健康伤害的毒性气体或毒性蒸气，下图2是笔者在参考相关规范整理的规范清单，它可以帮助我们查找和判断该气体是否属于要设立有毒气体探头的标准依据。除GBZ/T 223-2009和GBZ 2.1-2019可以参考选用外，其他列出的规范，在我们石油化工企业都应该按要求严格执行。

图 2 有毒气体适用法规导图

需要设置可燃气体和（或）有毒气体检测点的区域：1.气体压缩机和液体泵的动密封；2.液体采样口和气体采样口；3.液体排液（水）口和放空口；4.经常拆卸的法兰和经常操作的阀门组。对于空旷而高处的释放源，编制单位的专家们答复认为如果泄漏量不足、体量小，如储罐顶的呼吸阀等，它因为不会形成危险性环境，则可以不用设探头。

另外对于探头仪表的接地问题也是大家关心的话题。一般36伏以下的探头仪表在非防爆区是不需要保护接地的，但在爆炸区域非本质安全系统的仪表是要进行保护接地的。对于有静电防护需要的区域，所有的仪表系统包括GDS探头都需要连接到保护接地系统。详细的接地要求大家可以参考《石油化工仪表接地设计规范》 SHT-3081-2019版的要求来进行详细的设计。

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GDS与BPCS和SIS之间的关系

2014年的原安监总局《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》(安监总管三 [2014] 116号)，文中规定“化工安全仪表系统(SIS)包括安全联锁系统、紧急停车系统和有毒有害、可燃气体及火灾检测保护系统等”。因此当时上的很多GDS项目都是包含在SIS系统中的，这也是GDS系统需要SIL认证的原因。由于气体检测报警系统受管辖比较乱，有的要消防认证，有的要SIL认证，很多时候会互相冲突。因此，为了更好的规范GDS系统，在2020年开始实施的最新GB/T 50493标准中，明确了GDS系统独立的要求，即不属于SIS系统(不再需要SIL认证)、DCS(不能直接进DCS)系统等，GDS单独自成一套系统，具体配置如下图3所示。

图 3 GDS 配置图

笔者在下图4中将GDS 和FGS（火灾检测及报警系统）添加到常规独立保护层的洋葱模型中，GDS可以探测到装置内的化学品泄漏后进行报警，以提醒现场操作人员在第一时间启动相应的应急步骤，以减轻事故的后果。这里的GDS报警与装置内的BPCS报警是不一样的，GDS正常滞后于BPCS的报警，一般当GDS报警时，已经预示着现场的工艺或装置区化学品发生了跑、冒、滴、漏。一般理解一级报警为气体泄漏警示，提示操作人员及时到现场巡检处理，二级报警为气体泄漏紧急报警，提示操作人员采取紧急处理措施，当气体泄漏需联动保护时，应采用二级报警接点信号作为联动保护条件，现场探测器自带的警报器接受探测器输出的一、二级报警信号，现场区域警报器接受GDS系统输出的第二级报警信号。

常规的GDS系统没有SIF安全仪表功能要求，也不遵循故障安全性原则。当GDS系统作为独立的保护层时，主要考虑点是系统的可靠性和可用性。SIS系统各回路的安全可靠性等级是基于HAZOP/LOPA的风险分析结果和装置SIL定级来确定的。因此，GDS与安全仪表系统(SIS)的设计要求是不同的。另外，在生产过程中可燃气体和有毒气体检测报警信号接入SIS系统的场所较少，为了便于管理，如我们在RTO中废气进管中会设置可燃气体的探头，以确保进入焚烧炉中的废气浓度是在安全的LEL范围内，如果系统某一进气管线超出设定的LEL浓度，该SIS系统会联锁切 断阀关闭该管线的进气系统，以确保RTO的安全运行。

图4 独立保护层洋葱模型

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