谈液体散货码头控制系统设计要点

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摘要：随着我国对油品、液体化学品原料及产品的需求增加，沿海港口加快了液体散货码头的建设速度，液体散货码头控制系统的设计对于装卸工艺输运、消防系统的自动控制及可靠运行起到了关键作用。本文结合作者多年的液体散货码头工程设计经验，探讨液体散货码头控制系统的设计要点及解决方案。

关键词：液体散货码头；输运控制系统；火灾报警系统；消防控制

系统液体散货码头的控制系统是根据码头总平面布置、装卸工艺、给排水消防等对控制系统的要求，并结合整个港区的规划、建设方案进行设计的。控制系统本着技术先进、安全可靠、经济合理的原则，采用经过实际工程检验的成熟系统及设备。同时，码头控制系统需结合码头及库区的控制管理要求，与库区建立一体化、可靠、集中的控制管理系统。液体散货码头控制系统包括输运控制系统、火灾报警系统和消防控制系统。本文从控制系统各组成部分的设计要点出发，结合实际工程遇到的问题，探讨控制系统的设计思路和解决方案。

1输运控制系统

液体散货码头输运控制系统应根据码头及库区的工艺流程以及操作管理要求，与库区建立一体化、可靠、集中的控制管理系统。码头输运控制系统通常采用DCS系统分站或PLC分站+现场远程I/O站的形式，根据平面方案布置、码头库区一体化控制系统的建设及客户需求统筹考虑，确定系统设备选型。输运控制系统包括（见图1）：控制站（DCS或者PLC控制器）、接口单元、操作员站、工程师站、通信网络设备、系统及应用软件等，通过对系统关键单元和部件冗余配置，提高系统运行的可靠性。码头控制系统与远程I/O分站、后方罐区控制中心均采用光纤以太冗余环网进行通信。控制系统现场设备主要包括压力变送器、温度变送器、阀门电动执行器、紧急停车按钮及第三方设备成套的电控柜（箱）等。在深入分析装卸工艺流程和给排水消防控制要求的基础上，合理选择现场仪表及控制系统设备，落实受控设备信号类型及接口条件，制定自控系统方案。同时，与库区设计单位、客户使用部门及相关监管部门建立设计联络沟通机制，落实码头与库区的网络设计接口，明确控制管理模式及功能等，形成一套功能完整、控制流程顺畅、系统运行安全可靠的一体化管控系统。输运控制系统的操作方式包括（见图2）：现场操作、码头控制室操作控制和库区中控室远程监控及集中管理。码头输运控制系统作为后方库区储运控制系统的相对独立的一个部分，完成码头装卸输运过程的阀门控制及状态显示，管道压力、温度等的数据采集、显示和报警，输油臂、登船梯、船岸对接装置、管线电伴热及码头照明等设施的状态监控等功能，具有超限报警、紧急停车（急停按钮，紧急关闭阀门）等控制功能。

2火灾报警系统

2.1火灾自动报警系统的设置

液体散货码头火灾报警控制器设置于码头控制楼控制室，接收码头区域的火灾报警信号；在码头平台及引桥上设置防爆型带地址码手动报警按钮和声光报警器，控制楼内设置点型感烟火灾探测器、手动报警按钮和声光报警器等，当控制楼内设置有柴油发电机房时，房间内宜设置点型感温火灾探测器。当确认火灾发生时，火火灾报警控制器将输出火灾报警信号至库区消防控制中心，由库区火灾报警及消防控制系统启动消防泵，并将消防泵的运行状态信号回送码头控制室。《油气化工码头设计防火规范》中8.2.4.3条，规定了码头工作平台的任何位置至最近的手动报警按钮通行距离不大于30米，手动报警按钮可沿工艺管架人行通道一侧均匀布置，相邻两个手动报警按钮的间距约40~50m。当某个装卸区范围较大时，需考虑操作人员处于装卸区内距离最近手动报警按钮的步行距离，如超过规范距离，需在相应位置补充手动报警按钮设置。声光报警器通常与手动报警按钮共同设置，安装于各装卸区及主要通道出入口处，提醒人员及时安全疏散。

2.2可燃及有毒气体检测系统的设置

可燃及有毒气体报警控制器设置于码头控制室，接收码头现场可燃及有毒气检测报警信号，并将报警信号分别送至码头输运控制系统和火灾自动报警系统，及时发现问题，及早采取相应措施或停止作业，以确保生产及人员安全。现场可燃气体及有毒气体探测器的选型与布置，是根据工艺装卸介质的特性（属于可燃气体还是有毒气体，相对密度大于空气、小于空气还是接近于空气）、释放源位置、有效检测半径等综合分析后确定。在码头装卸臂法兰接口、阀组区、油气回收装置管道连接处、机泵密封处等可能泄露可燃及有毒气体的释放源附近，布置固定式可燃及有毒气体检测器，并为操作人员配备便携式可燃及有毒气体检测器。需要注意的是《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》（GB/T50493-2019）的修订对有毒气体划分范围进行了扩展，参见2.0.2条文说明中列举的参考目录，主要依据《高毒物品目录》(卫法监发【2003】142号)中所列的气体或蒸气；现行国家标准GB30000.18-2013《化学品分类和标签规范第18部分：急性毒性》中，急性毒性危害类别为l类及2类的急性有毒气体。其中，现行国家职业卫生标准《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》中列出的56种有毒气体，现行国家职业卫生标准《工作场所有害因章职业接触限值第1部分化学有害因素》中列出的339种化学有害气体是否可作为判断有毒气体的依据，仍存有异议，需结合安全及工艺专业条件、介质特性、石油化工安全标准、职业健康卫生标准、产品检测原理及相关安全审查意见等综合分析进行设置。

3消防控制系统

液体散货码头消防控制系统结构的选择，目前国内相关工程的码头消防控制系统结构形式主要有两种，多线制硬接线和总线制方案。多线制硬接线方案因采用点对点硬接线，通过集中控制系统实现远程控制操作，各受控设备传输线路相互独立，系统可靠性高。总线制方案因采用分布式布置，控制室控制操作设备与现场控制设备通过冗余光缆进行通信，因此总线制在控制室与码头消防炮设备距离较远时优势明显。在青岛、日照及盘锦区域多个油品及化工品码头工程运用的是多线制硬接线方案；在获得当地消防主管部门认同的前提下，在宁波等液体散货码头工程中运用过总线制方案。同时，也了解到国内类似工程总线制方案的应用已日趋成熟。设计过程中需根据码头消防设备的布置情况、控制线缆路由长度，合理选择消防控制系统的设计方案。同时，结合码头与库区消防系统的一体化操作管理需求，码头消防控制系统通过光纤以太冗余环网与后方库区消防控制系统进行通信，码头消防控制系统本地操作为优先，消防炮还可以实现150m范围内的遥控操作，库区中控室亦可以远程监控，多方位保障消防控制系统的灵活、可靠运行，实现对码头泡沫-水消防炮、水幕及消防供水管线上的相应控制阀门、码头泡沫原液罐等进行集中控制。码头控制室内设置消防集中控制操作台，通常尺寸为1000mmx650mmx1100mm（宽x深x高）的消防集中控制操作台，可对2座消防炮塔上的所有炮及电动阀门进行远程集中控制，消防集中控制操作台及泡沫装置电控箱由消防设备厂家成套提供。无线遥控器接收控制箱的设置需考虑无线覆盖范围、炮塔位置及操作人员安全疏散等因素。设计过程中需结合国家及行业的规范标准、当地消防主管部门的要求及相关地方标准等进行综合分析，例如现行《油气化工码头设计防火规范》规定了消防控制和火灾报警系统的线缆应选用耐火铜芯电缆，辽宁地方标准《石油化工储存场所消防安全技术规范》中，消防控制线路在地上电缆桥架敷设时，应采用矿物绝缘类不燃性电缆。通常，消防系统设计本着“就高不就低”的原则。

4码头控制室及机柜室的布置

码头控制室及机柜室通常设置于码头控制楼二层，控制室面向码头装卸区，布置需符合视线开阔、便于监视和操作的要求。码头控制室内设置工艺流程操作台、消防集中控制操作台、火灾报警控制器、可燃及有毒气体报警控制器、消防电源箱等，工艺流程操作台上安装输运控制系统操作/工程师站、工业电视监控显示器、辅助靠泊工作站、溢油监测工作站等；机柜室毗邻控制室，其内设有控制系统、通信系统机柜、UPS主机、配电柜、电池柜等，机柜颜色尺寸需统一美观，当UPS规格容量超过10kVA，宜单独设置UPS室。码头控制室的面积取决于工艺操作台及消防集中控制台的大小，通常约60㎡~70㎡；机柜室的面积取决于机柜数量，通常约40㎡~45㎡。控制室与机柜室地面铺设防静电地板，电缆桥架安装于防静电地板下。

5控制系统管线路由的设计

码头控制系统线缆的主路由通常沿工艺管架外侧或顶层安装的电缆桥架内敷设，至装卸区、人行桥、消防炮塔设备处等通常采用电缆桥架落地安装，至快速脱缆钩、输油臂液压站电控柜、登船梯及其他末端设备常采用穿镀锌钢管暗敷或明敷。路域部分的管线采用电缆排管埋地或电缆桥架沿工艺管架敷设，局部穿镀锌钢管暗敷或明敷。码头控制电缆桥架主路由通常采用2层，1层用于输运控制系统线缆敷设，1层用于消防控制系统线缆的敷设，电缆桥架内加装隔板，用于强弱电线缆的分隔。控制系统管线路由的设计需结合工艺、消防、建筑、供电等专业的布置方案，合理确定路由走向，避免与其他专业管线干涉、影响人员及车辆通行等情况。同时，需考虑未来远期预留管线容量等。

6结论

液体散货码头工程设计的不同阶段，需综合分析总平面布置方案、工艺装卸流程及输运介质特性、消防系统方案、供电系统方案、建筑方案、控制系统操作管理模式、相关国家及地方规范标准、客户使用需求、库区控制系统的方案设计等，合理确定码头控制系统及设备的选型、系统架构、网络通信接口、供电及传输线路的方案设计，使系统达到易于操作、维护、扩展、安全可靠的目的，提升液体散货码头的流程控制管理水平和安全作业保障。

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作者：隋秋实 单位：中交水运规划设计院有限公司