Kaiyun官方网站国标解读｜GBT 39173-2020《智能工厂 安全监测有效性评估方法

　　Kaiyun官方网站国标解读｜GBT 39173-2020《智能工厂 安全监测有效性评估方法● 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、报批稿等阶段。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。

　　● 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Kaiyun官方网站、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。

　　▲ 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。

　　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。

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

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

　　在数字化工厂的基础上,利用物联网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。

　　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、数据收集和报告等 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。

　　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。

　　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。

　　5.4.3 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。

　　5.5.1 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。

　　5.5.5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。

　　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。

　　工艺及仪表控制流程图；介质参数及工艺参数表; 物料平衡组分报告; 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;

　　风险量化报告、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)。

　　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报告，并正式记录形成档案。报告内容应包括:

　　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);

　　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Kaiyun官方网站，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。

　　▲ 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。

　　▲ 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。

　　▲ 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。

　　▲ Ⅱ级区域的风险层是从设备或相关液体容器的表面或从Ⅰ级区域风险层的边界向外延伸至少3m 空间(取决 于哪个边界大),如设备靠近防火分区,则外延空间不超过防火分区的边界。

　　▲ 应对每个区域的探测覆盖率要求予以定义。如没有提出具体要求时,可参考下面覆盖率目标值作为相关风 险等级的目标值：

　　▲ 根据7.3.2中气云的直径结合风速以及LEL的浓度级别,按式(1)计算出形成目标直径气云所需的气体泄漏量 Q = d2 ×f ×t×ρ×s×π … (1)

　　环境变量包括大气压力、 风速、风向和平均温度。风向和风速对气体扩散影响显著，而大气压力和温度在一定范围内对气体扩散影响相对较小。气体探测器的场景分析应基于实例，其中每种情况具有固定的温度、大气压力、风速、风向、泄漏位置 和泄漏量等特定条件，对不同环境下的场景需要分开定义。

　　▲示例：某地区年平均气温为20摄氏度，大气压力为标准大气压，且有8个风向和1个风速定义，环境定 义数目为: 8(风向)× 1(风速)= 8环境定义。

　　▲ 用户应对每个区域的探测覆盖率要求予以定义,如没有提出具体要求时,在用户认可下可以采用 表5中 覆盖率目标值作为相关风险等级要求。

　　• 根据气云直径结合风速，以及目标有毒气体的最高允许浓度或短时间接触容许浓度，按照下面公式计算得到目标直径气 云所需的有毒气体泄漏量

　　• 经常拆卸的法兰和经常操作的阀门组。在运行异常时可能泄漏甲类气体，液化烃的设备或管，法兰Kaiyun官方网站、阀门组。

　　• 气体探测器的场景分析应基于实例，其中每种情况具有固定的温度、大气压力、风向、风向、泄漏位置和泄漏量等特定 条件，对不同环境的厂家需要分开定义。

　　• 示例：某地区年平均气温为20℃，大气压力为标准大气压，且有8个风向和1个风速定义，环境定义数目为：8（风向）x 1（风速） = 8 环境定义

　　用户应对每个区域的探测覆盖率要求予以定义。如没有提出具体要求时，在用户认可下可以采用下表中覆盖率目标值作为相 关风险等级要求。

　　• 释放源的压力、泄漏孔径和泄漏量 注：释放源指压力不低于 1MPa时，泄漏孔径不小于4mm，泄漏量不低于0.1kg/s的气体。常见气体种类可参见 GB/T 50493-2019 附录A中常见易燃气体、蒸气特性表。

　　超声探测器的检测效果受背景噪声（包括可闻背景噪声与超声背景 噪声）干扰影响较大。不同背景噪声区域、报警阈值直接决定了超 声探测器的有效覆盖半径。按照声压级，背景噪声分为高背景噪 声、中等背景噪声和低背景噪声，推荐按照下表进行分类（以测量 氮气和甲烷为例）

　　用户应对每个区域的探测覆盖率要求予以定义。如没有提出具体要求时，在用户认可下可以采用下表中覆盖率目标值作为相 关风险等级要求。

　　▲ 采用三维激光扫描等办法，形成智能工厂三维点云模型，将处理后的模型实体化，供后期计算使用。

　　▲ 参考BP-GP 30-85 附录C和附录D的烃类装置火灾区域分级表，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。

　　• 气体泄漏受温度、压力的影响，有多种表现形式：小孔喷射、裂缝、腐蚀破裂或操作不当，气流喷射的方向 也有多种可能

　　• 安全监测的目的，是确保在任何泄漏情况下都能够探测到形成爆炸危险的气云，而不是微量泄漏形成的气云

　　• 形成爆炸危险需要两个条件：(1)气云中可燃气浓度能够达到最低爆炸下限；(2)气云中达到爆炸下限的长度 达到一定的值

　　• 以甲烷为例，其达到最低爆炸下限（100 %LEL）的体积比浓度是5%（50,000ppm）

　　• 按照BP-GP 30-85，以乙炔为例，当发生预混燃烧时，要达到超压，其气云直径（长度）至少需要5m~6m

　　• 爆炸所需的超压，与空间类型密切相关。越封闭的场所，月容易发生超压。SHELL DEP标准对目标可燃气体的 尺寸进行了定义，封闭空间为5m，部分封闭空间为7m，开放空间为10m。

　　●《智能工厂安全监测有效性评估方法》GB/T39173-2020 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。

　　● 安全监测的有效性评估，对保护人身和财产安全具有重要作用，希望大家全面了解、准确把握规范内 容，促进规范各项要求落到实处，并按照该标准指引开展评估工作。