火灾与气体检测系统综述

火灾和气体检测系统

6.1 火灾与气体检测系统介绍

6.1.1 火灾与气体系统的需求

在当今竞争激烈的市场中，保持高水平的工艺和工厂安全至关重要。制造商可以通过最大限度地减少设备损坏以及杜绝影响人员和环境的事件来降低成本。同时，他们还能树立起积极的企业形象，展现其对社会责任的认知并采取相应行动。工业区域始终面临火灾和有毒气体泄漏等危险，这些危险可能对资产、人员或环境造成损害。历史上曾多次发生此类事件，导致大量人员伤亡。因此，必须确保在工业区域实现对火灾或气体泄漏的早期检测与缓解，以避免灾难、人员轻重伤害或设备损坏引发的生产损失。

火灾与气体检测系统对于维持工业设施的整体安全和运行至关重要。火灾与气体系统包括海上石油勘探与生产、陆上油气设施、炼油厂和化工厂、海洋作业、储罐区和终端、管道、发电厂、采矿以及造纸厂。火灾与气体安全系统持续监测工厂内发生的火灾或可燃气体或有毒气体释放等异常情况，提供早期预警并采取缓解措施，以防止事件升级，并保护工艺过程或环境。通过基于最新自动化技术实施集成的火灾与气体策略，工厂可以在项目启动时满足其安全要求和关键基础设施保护要求，同时确保运营和业务就绪。

在流程工业中，工厂操作人员面临着各种风险。例如，化工设施通常存在从原材料和中间体毒性及反应性，到化学反应、高温和高压导致的能量释放等潜在危险。

根据国际标准，安全实施由一系列保护层组成，这些保护层在基础层级包括工厂设计、过程控制系统、工作程序、报警系统和机械保护系统。安全关断系统是一种预防性安全层，通过自动且独立的动作来防止危险事件的发生，并保护人员和工厂设备免受潜在的严重危害。

相反，火灾与气体系统是一种缓解性安全层，负责在危险事件发生后采取措施以减轻其后果。

火灾与气体系统用于通过高完整性的安全与控制解决方案自动化应急措施，以防止事态进一步升级。同时，快速从异常情况中恢复以重新实现全面生产也至关重要。

6.1.2 工厂工艺中的挑战

如今，工业企业比以往任何时候都更加关注生产运营中的火灾与气体问题。制造工厂必须应对各种商业挑战，包括事故、事件和保险成本的上升，以及遵守美国的NFPA、API和OSHA等严格的标准和规范，以及欧洲的BS EN和SEVESO II指令。此外，企业形象和环境责任相关问题在全球市场中的影响日益显著。工业设施需要有效的解决方案来改进广泛的工艺保护措施。

这就要求具备一种控制系统架构，使工程师能够设计和构建独立安全应用以及分布式全厂安全拓扑结构。工厂必须通过优化火灾和气体探测器覆盖范围、系统安全可用性以及缓解有效性来提高火灾与气体系统有效性，同时降低安全设备的拥有成本。许多设施还面临对现有非集成火灾和气体系统进行升级和翻新的成本压力。随着越来越多的工厂业主迈向“智能”工厂，与其他系统的适当集成将在提高安全性和效率方面发挥重要作用。火灾与气体系统需与分布式控制系统实现通信集成，以便向操作员显示火灾和气体图形及报警。同时，当分布式控制系统的 HMI不可用时，应设有独立显示装置，如独立人机界面，以引起对火灾和气体异常的关注。

配备建筑物火灾系统的工厂火灾与气体系统，应与工厂疏散以及系统/站点安全中心集成，以支持工厂疏散。作为全厂整体安全策略的一部分，最终用户正在采用统一平台实现紧急停机、火灾与气体检测，为操作员提供单一操作窗口，并使用工程和维护通用工具，以降低运营风险和成本。

6.1.3 火灾原因

火灾可能由多种原因引起，例如电气短路、可燃物温度升高以及可燃气体或液体泄漏。通常，控制室或装置接口建筑中的电气或仪表电缆容易引发火灾，或者非工艺建筑的发电机房点火也可能导致火灾。工艺管线外的可燃流体泄漏，若其已处于自燃温度，则也可能构成危险。

在炼油厂或石化装置等流程工业中，火灾事故的主要且最常见的原因之一是可燃气体或液体泄漏。仅可燃流体的泄漏并不会引发火灾，因为火灾需要三种成分的混合物共同作用，如下图所示（图6.1）。

要引发火灾，除了燃料外，特定区域还必须有足够的氧气浓度和一个点火源。这三种成分的恰当组合对于引发火灾至关重要。引起火灾所需的空燃比（如果存在点火源）由该特定燃料的上下暴露限值决定（图6.2）。

材料的爆炸下限（LEL）和爆炸上限（UEL）以相对于空气的%v/v（体积比体积）表示。

如果大气中气体含量低于LEL，则混合物过稀，无法引起火灾。如果大气中气体含量高于 UEL，则混合物过浓，也无法引起火灾。只有当大气中的气体浓度处于LEL与UEL之间时，才可能发生火灾，并且在存在点火源的情况下具有足够的起火潜力。

6.2 了解行业安全绩效标准

工业标准在开发、实施和安装F&G系统中起着重要作用。IEC 61511标准（美国的ANSI/ISA S84.01）是保护工业设施的重要一步。IEC标准中描述的整体安全生命周期模型列出了确保受控设备（EUC）功能安全所需的所有项目活动，从概念（定义）阶段到退役阶段。这些活动可分为多种类别，包括程序、文档、测试与验证、规划、硬件和软件开发以及风险评估。

最近，人们一直在讨论火灾与气体检测系统是否应被视为对风险降低的贡献，还是仅作为对装置的保护。IEC 61511和S84.01标准在火灾与气体检测系统中的实施正变得越来越普遍。

目前，一份ISA技术报告TR84.00.07正在草案审查中，旨在为火灾和气体系统有效性的评估提供指导。

IEC 61511标准涉及作为EUC风险评估结果所需的风险降低措施（RRMs）的确定和开发。

风险评估的基本原则是识别并分析EUC的所有潜在风险。这包括计算每个潜在EUC危险的发生概率，并确定为达到可接受的安全完整性等级（SIL）所需的风险降低措施。

EUC危险的潜在风险可以视为危险发生的概率及其后果的结果：

$$
风险 = 概率 × 后果
$$

规定的降低措施要么降低风险概率（例如紧急停机（ESD）系统），要么减轻其后果（例如火灾与气体系统）。EUC危险的风险可以通过多种风险降低措施（RRM）的组合来降低，其中每项措施负责总所需风险降低因子（RRF）的一部分。

6.3 关键组件

典型的火灾与气体安全系统包括检测、逻辑控制以及报警和缓解功能。逻辑解算器是整个火灾与气体检测和控制系统的中央控制单元。控制器接收来自用于火灾与气体检测的现场监测设备的报警、状态或模拟信号。控制器执行所需的动作以触发报警并缓解危险。近年来，火灾与气体检测装置得到了显著发展。通过采用新技术并为这些仪器增加智能功能，误报警数量大幅减少，检测率显著提高。火灾与气体探测器与工厂安全系统的正确且经过验证的连接，是确保火灾与气体系统可靠性能以及达到目标安全完整性等级（SIL）的重要因素。过去，专有的火灾与气体系统通常是独立设备，或通过继电器连接硬接线模拟总览面板。风险的缓解通过手动启动消防措施实现。这些方法目前不被视为最佳实践。如今，火灾与气体检测系统通常为可编程电子系统（PES）类型，具有高安全可用性和缓解有效性。由于现代火灾与气体系统与整体工艺安全策略紧密集成，缓解功能通过紧急关断系统或直接由火灾与气体系统本身执行（图6.3）。

6.4 火灾与气体探测器

6.4.1 手动报警按钮

需要手动操作来触发报警。当区域发生火灾或任何异常情况时，击碎玻璃会导致微动开关动作。

6.4.2 光电感烟探测器

光电感烟探测器，其内部的红外发光二极管（IR LED）在准直器内以钝角方式与光电二极管呈角度布置。光电二极管带有集成的日光阻隔滤光片。红外LED每隔一秒发射一次准直光脉冲。

在洁净空气中，由于角度布置和双层遮罩的作用，光电二极管不会直接接收到红外LED发出的光。当烟雾进入探测腔时，烟雾会将发射器红外LED发出的光子散射到光电二极管上，散射量与烟雾的特性和浓度相关。光学专用集成电路（ASIC）专用集成电路处理光电二极管的信号，并将其传递至通信专用集成电路上的模数转换器，待设备被查询时即可传输。光电感烟探测器通常安装在建筑物的天花板上（图6.4）。

6.4.3 电离式烟雾探测器

电离室系统由一个内参考室和一个外烟雾室组成，内参考室位于外烟雾室内。外烟雾室设有带防虫网的烟雾入口孔。放射源支架和外烟雾室分别为正负电极。安装在内参考室内的镅‐241放射源对两个室内的空气进行辐照，产生正负离子。在这些电极之间施加电压时，会形成如图 6.5所示的电场。离子被相反符号的电极吸引。部分离子发生碰撞并复合，但最终结果是在电极之间产生微小的电流。在参考室与烟雾室连接处设有感应电极，用于将腔室电流的变化转换为电压。

当烟雾颗粒进入电离室时，离子会附着在它们上面，导致流经电离室的电流减小。这种效应在烟雾室中比在参考室中更显著，不平衡使得感应电极变得更正（图6.6）。感应电极上的电压由传感器电子元件监测，并经过处理产生一个信号，该信号通过通信专用集成电路中的模数转换器转换，以便在设备被查询时进行传输。该设备通常用于建筑物的活动地板内，其中敷设有部分仪表和电缆。

6.4.4 热探测器

热探测器具有与电离式和光电感烟探测器相似的外形，但采用自熄性白色聚碳酸酯制成的低气流阻力外壳。这些设备通过单个热敏电阻网络监测热量，该网络提供与外部空气温度成比例的电压输出（图6.7）。

6.4.5 多传感器探测器

多传感器探测器包含一个光电烟雾传感器和一个热敏电阻温度传感器，其输出值组合后得到最终的模拟值（图6.8）。多传感器的结构与光电探测器类似，但采用了不同的盖子和光学模制件，以容纳热敏电阻温度传感器。图6.9 显示了光学腔室和热敏电阻的布置。

来自光学烟雾传感元件和温度传感器的信号是独立的，分别表示探测器附近区域的烟雾浓度和空气温度。探测器的微控制器对这两个信号进行处理。温度信号处理仅提取温升速率信息，以便与光学信号结合使用。即使温度达到较高水平，探测器也不会对缓慢的温度上升做出响应。

然而，如果较大的温度突变持续20秒，则即使没有烟雾也可能引发报警。如果控制面板未启用漂移补偿算法，则多传感器中的处理算法会包含漂移补偿功能。该探测器的灵敏度被认为适用于大多数常规应用，因为它对阴燃火灾和明火火灾均有良好的响应。该设备通常安装在建筑物的活动地板内，用于敷设仪表和电缆的区域。

6.4.6 火焰探测器（红外/紫外）

探测器基于火焰闪烁原理工作，即探测器对大多数碳氢化合物火灾的闪烁作出响应。发生火灾时，会产生红外/紫外辐射。该光线穿过红外/紫外滤光片后到达光电探测器。

6.4.7 有毒气体探测器（H2S、氯气等）

• 阈限值（TLV）—时间加权平均值（TWA） 表示在正常的8小时工作日和40小时工作周内，几乎所有工人每天反复暴露于该浓度的有毒物质中而不会产生不良健康影响的时间加权平均浓度。
• 短期暴露限值（STEL） 是指在工作日内不应超过的15分钟时间加权平均暴露浓度，即使8小时时间加权平均值（TWA）处于容许暴露限值（TLV）范围内。每日暴露于STEL浓度的次数不应超过四次（图6.9）。
  区域A——刺激
  区域B——咳嗽
  区域C——呼吸困难
  区域D——昏迷
  区域E——死亡

6.4.7.1 电化学传感器

电化学传感器用于检测空气中有毒气体（如H₂S、Cl₂和SO₂）以及氧气含量的变化。
它由两个电极组成，这两个电极浸没在凝胶形式的公共电解质介质中。
- 电解质通过膜进行隔离。
在两个电极之间施加电压。当气体通过膜进入腔室时，气体与凝胶发生反应，导致氧化或还原，从而产生微小电流，该电流与气体浓度成线性关系。

6.4.7.2 可燃气体探测器

采用红外吸收原理检测可燃气体（HC）的存在。光通过采样混合物时使用两个波长，其中一个波长设置在待测气体的吸收峰处。两个光源交替脉冲，并沿共同的光路传输，通过防爆窗进入采样气体。这些光束由反射器反射回来，再次穿过采样气体后进入设备。探测器比较采样光束和参考光束的信号强度。采样光束与参考光束之间的差异反映了气体浓度的大小。该差值经转换为模拟形式后可用于触发报警。

6.4.7.3 氢气探测器

用于检测氢气浓度。采用电催化型传感器，该传感器由一个称为检测元件（佩利斯特）的小型感应元件组成，其核心是电加热的铂丝线圈，外包陶瓷基体（氧化铝）涂层，最外层为钯或铑催化剂涂层。当可燃气体/空气混合物通过高温催化剂表面时，发生燃烧，进而提高检测元件（佩利斯特）的温度。这导致铂丝线圈电阻发生变化。该电阻变化可通过电桥配置进行测量，并与气体浓度成正比。浓度值也显示在探测器窗口上。

6.4.7.4 开放式路径气体探测器

开放式路径气体探测器消除了点式探测器的缺点。它可以覆盖发射器和接收器之间的整个区域，通常用于泵组区域或压缩机之间，在这些位置能够检测到点式气体探测器遗漏的泄漏。

在开放式路径红外测量中，使用双波长光束（图6.10）。其中一个波长首先与采样气体的吸收带峰值重合，另一个则位于附近未被吸收的波段区域作为参考光束。当光束路径中形成气体云时，由于气体分子吸收红外光，光束强度会减弱。两个光束之间相对信号强度的任何变化均可归因于干扰性目标气体的存在，并表明光束内气体分子的总量。开放式路径气体探测器的测量单位为LEL·m（图6.11）。

6.5 火灾与气体网络架构

良好的火灾与气体系统将创新的火灾与气体探测器、传统和模拟可寻址火灾报警盘、洁净灭火剂和惰性气体灭火系统以及SIL 3认证的火灾与气体逻辑解算器集成于一体，形成一致设计并实施的解决方案。集成系统提供通用工具、操作界面和网络通信，从而构建具有独立系统的通用平台（图6.12）。得益于火灾与气体探测器的技术进步，火灾与气体系统能够检测爆炸性和健康危害的早期预警，包括可燃气体和有毒气体释放、火灾热辐射以及敏感设备外壳内微量烟雾。系统还提供声光报警指示，有助于确保操作员和工作人员及时了解潜在危险情况。火灾与气体系统自动启动执行动作；最小化安全事故升级；并保护人员、财产和环境。在控制器级别进行集成，可向任意站点提供全厂安全仪表系统（SIS）的点数据、诊断和系统信息，以及报警和事件、操作员显示和事件顺序信息。这最大限度地减少干预和停机，降低硬件成本，并使工厂能够更轻松地从工艺异常中恢复。新一代F&G解决方案以快速、准确且结构化的方式对异常情况发出警报，为人员留出时间以确定正确的应对措施。这些解决方案包括与过程模拟工具、F&G探测器以及控制通信协议的新集成能力，使安全工程师能够设计和构建大型集成化、分布式全厂范围的安全策略。

总体而言，SIS技术通过整合工厂内分散的安全措施，降低对员工和资产的风险，提高工艺可用性，并改善法规合规性。SIS解决方案可与火灾与气体探测器集成，以增强保护，并可与第三方应用和系统统一，从而降低验证和验收测试成本。现代安全系统通过安全通信网络与工厂自动化系统无缝集成，传输报警信号、故障信号和系统诊断信息。所有相关系统的数据可在同一位置进行传输、收集和处理，并可增加一层监控，用于监测整个火灾与气体检测和控制系统的状态和可操作性。基于多种诊断技术的安全系统平台可执行自动化安全功能，并为各类火灾与气体检测装置的标准连接提供接口和输入功能。其应用包括紧急停机、过程停机、火灾与气体系统、燃烧器管理、压缩机控制、管道管理，或过程工业中的任何关键防护。

借助创新的模拟解决方案，安全工程师可以在实施前轻松测试安全策略对整体工厂设计和运行的影响。这降低了整体风险并系统修改的影响，最终通过使新工厂更快地进入全面生产而提高盈利能力。此外，新的现场设备配置工具允许工厂人员自动配置智能安全设备，并将其集成到控制系统数据库中。设施随后通过使用单一工具管理所有设备资产来节省成本。

图6.13 显示了一个典型的火灾与气体网络。所有火灾与气体探测器均从现场连接到接线柜端子排。来自探测器的电缆直接来自设备或中间的接线盒。

火灾与气体探测器基本上分为两种类型：
- 可寻址设备
- 非寻址设备

6.5.1 可寻址设备

可寻址设备以环路方式连接，并连接至火灾报警盘（FAP）。从FAP的检测卡输出端（回路输出）引出两根导线，连接到设备1的输入端，设备1的输出端再连接到设备2的输入端，依此类推。环路中最后一个设备的输出端连接到检测IP卡的输入端（回路输入）。这些设备通过为其设置的二进制寻址进行识别，例如手动报警按钮使用DIP开关，烟雾探测器使用地址条。可寻址设备主要应用于PIB（推进隔离箱）、变电站、办公楼和控制室等区域，在较小区域内覆盖最多数量的探测器。将所有这些设备以环路方式连接可节省大量布线和空间。但该方式也存在局限性，例如环路中任何一处短路都可能导致该环路上的所有设备进入故障状态（对于较大的环路，可在部分设备之间安装回路隔离器来避免此问题，这样在发生短路时，环路故障将仅限于相邻隔离器之间的设备）。环路两端的任何松动连接也可能导致所有设备失效。

这些可寻址回路再次分为两种类型：
1. IS回路（本质安全）
2. NIS回路（非本质安全）

通往非危险区域（如办公区域和仪表盘室）的回路直接连接到FAP，而通往危险区域（如操作区域（现场）或电池储存区域）的回路则通过隔离栅连接到FAP。在非本安回路中，最多可连接120台设备，最大回路距离为2500米。对于本安回路，每个回路最多可连接80台设备，最大距离为2000米。

火灾和气体探测面板本身可作为主控设备，在小型建筑中控制某些输出，也可通过Modbus集成到安全PLC。

6.5.2 不可寻址设备

不可寻址设备为一对一探测器。当各探测器之间的距离较大，且在需要高按需可用性的关键区域时，通常使用此类探测器。常见的非寻址设备包括气体探测器、火焰探测器和输出设备（尽管市场上已有部分可寻址的气体和火焰探测器）。通常，所有这些F&G探测器均为三线制。这些探测器通过直接敷设三芯电缆连接至PIB（推进隔离箱）中的接线柜端子排，或者将某一区域的一组探测器连接至现场区域的接线盒（JB），再由接线盒通过多芯电缆连接至接线柜。若设备安装在危险区域，则在连接至系统柜之前需加装隔离栅或隔离器。从接线柜出发，这些设备将连接至端子组件，并由此继续连接通过互连电缆连接到系统柜中的I/O机箱，互连电缆与I/O卡兼容。每个输入由冗余输入卡接收，输入数据通过I/O总线发送至冗余控制器。控制器在每个周期内扫描输入、处理逻辑并更新输出。更新后的输出通过相同的I/O总线返回到输出卡。输出卡连接到互连电缆，互连电缆连接到端子组件。输出设备连接到端子组件。

6.5.3 火灾与气体网络

工厂操作员和消防员监控火灾与气体数据，因此工厂内的所有可编程逻辑控制器（PLC）均通过光纤网络连接至控制室。系统柜中的冗余PLC通过以太网连接到网络柜中的冗余网络交换机（主用和备用）。每个交换机通过单模光纤跳线连接至其光接口单元（LIU）。在LIU的另一端，多芯光纤电缆与尾纤（连接至交换机）进行熔接。这些来自主用和备用交换机的多芯电缆通过不同路径（S1和S2）敷设至控制室。不同路径可确保在发生火灾或挖掘导致线路损坏时，至少有一条链路保持正常。在控制室端同样设有冗余的一对交换机。多芯光纤电缆的另一端连接至控制室网络柜中的LIU，并进一步连接至网络交换机。每个可编程逻辑控制器（PLC）均可通过星型或环形网络连接至控制室，其中环形网络为首选网络结构。服务器室中的火灾与气体服务器以及盘区的操作站通过以太网连接至这些交换机。消防站中的火灾报警盘根据距控制室的距离远近，通过以太网或光纤网络连接至同一交换机。对于大型工厂，在控制室内设有多个冗余交换机，连接至工厂各处的不同可编程逻辑控制器（PLC）。所有这些交换机以菊花链方式连接，并进一步连接至骨干交换机。

从主干网连接所有非F&G服务器和工作站，例如历史数据库系统、报警管理系统和网络管理系统。所有这些设备都位于系统工程师所在的工程室中。数据库或服务器的图形开发的任何修改均在此处完成。此外，它还设有专门用于PLC编程的工作站。其他系统如历史数据库系统主要用于气体探测器。历史数据库用于查看每个探测器的趋势，并有助于在发生泄漏时分析气体影响区域的存在情况，以及确定报警的真实性。尖峰或高度非线性趋势主要是由于气体探测器的短路或探头故障引起的。报警信息管理系统主要用于维护报警历史记录（类似于网络打印机）。维护工作依赖此系统生成火灾或气体泄漏事件的日报和月报。网络管理服务器监控整个F&G网络的健康状态以及与F&G网络接口的其他系统的状态。

6.5.4 火灾报警盘

许多系统都与火灾与气体系统集成，例如火灾报警盘（FAP）通过Modbus连接到可编程逻辑控制器（PLC）。由于PLC和FAP均作为从站运行，因此在两者之间设置了一个Modbus主设备。该主控设备拥有一组寄存器，并决定FAP和PLC读取/写入设备数据的地址。PLC对Modbus数据进行解析，以获取每个非寻址设备的状态。每个寄存器包含四个非寻址设备的数据，即一个半字节对应一个设备的数据，其中每一位具有特定含义——一位表示健康状态，一位表示报警状态，一位表示故障状态。

6.5.5 公共广播系统

在任何火灾与气体系统中，公共广播系统用于在发生真实报警时立即向受影响区域传达信息。每次产生报警时，都会生成一个通信数字输出点。当服务器生成此数字输出时，点数据通过终端服务器经由Modbus传输至公共广播系统服务器。一旦公共广播系统服务器接收到数据，将在现场广播前请求操作员许可。操作员可在公共广播系统控制板上按下确认按钮前，确认报警的真实性。随后，在相应的防火区域发布语音报警。对于有毒气体报警情况，则无需操作员干预，直接在现场进行广播。

6.5.6 大屏幕显示器

大屏幕显示器通常用于显示关键工厂数据、火灾与气体监控以及工艺闭路电视。此外，当某些数据超出其限值时，异常情况管理（ASM）图形等功能会自动在大屏幕上显示相应的画面。

火灾与气体数据通过OPC服务器经防火墙发送至大屏幕（若处于不同的IP网络，则需要使用路由器）。

6.5.7 第三方接口系统

许多成套系统，如喷淋系统、涡轮机系统、分析仪系统、消防栓系统和暖通空调系统、紧急停机以及闭路电视系统，都被集成到火灾与气体安全系统中，以实现更佳的安全性和控制。

6.6 火灾与气体集成方法

工业操作受益于整体安全方法，该方法支持在厂区周界内建立安全的过程控制网络，以保护人员、资产和盈利能力。分层安全策略涵盖工艺与系统技术以及与该技术交互的人员，帮助工厂实现其安全目标。分层安全策略统一了实现最佳功能安全所需的所有工厂保护层（即IEC 61511标准中规定的基本控制、预防和缓解）。此外，它还提供具有高安全完整性等级（SIL）所需的 功能安全。这包括先进的可视化和日志记录设施，以实现最佳的操作员响应和准确评估。通过集成基本控制、预防和缓解组件，可大幅降低整体项目成本和持续维护费用。

一个真正集成的安全系统提供以下功能：
- 集成操作界面
- 集成对等控制
- 集成诊断
- 集成尸检分析
- 集成F&G系统
- 集成电源
- 集成修改
- 集成仿真与优化

操作集成使工厂人员能够无缝接入受控过程，同时保持安全隔离。从操作角度来看，应用程序在何处运行并无区别。操作员可以获取所有所需信息。这使得从旋转设备和压缩机保护系统到紧急关断系统以及大型全厂范围火灾与气体应用等各种应用均可在任一操作员控制台进行监控。

集成控制与安全系统（ICSS）为工厂提供了多种优势。例如，它们帮助操作员尽量减少干预和停机，并在工艺异常时更容易恢复。它们还使设施能够降低硬件和安装成本，并通过预配置的功能块选择实现更便捷的系统配置。

实施ICSS平台用于火灾与气体、紧急关断和分布式控制系统工厂可显著降低运营和维护成本，在许多情况下还可减少整体项目从头到尾的费用。通过通用网络协议与紧急关断和分布式控制系统实现无缝集成，可在紧急情况下提供安全的着陆点，并消除对额外设备或工程的需求。将厂区外设施和公用工程的火灾探测与安全系统集成到工厂自动化基础设施中，可通过单窗口访问报警可视化、诊断以及事件/历史记录，进一步提高操作员效率。

分层安全策略的核心是工艺设计——体现业务、安全和生产所需的有效运行考虑。在下一层，该方法实施了用于管理异常情况和减少事件的工具和程序。当发生异常情况时，报警管理、早期事件检测和ASM设计的显示界面可确保操作员在所需上下文中获得可用信息。这使得对危险情况的反应更快，从而避免安全事故。

接下来，合理设计的紧急关断系统和自动化程序可以在事件超出内层保护范围时将工厂转入安全状态。一旦发生事件，火灾与气体检测解决方案结合人员快速定位以及精心设计的应急响应程序，将有助于控制事件影响。最后，通过采用物理安全措施的分层安全方法，可保护厂区周界，保障进入设施的通道安全，并监控接近厂区的交通情况。

6.6.1 供应商支持提升生命周期可持续性

工业设施可通过采用单一自动化承包商来满足关键资产保护需求，并确保项目启动时的运营和业务就绪，从而充分发挥其火灾与气体策略的优势。通过单一自动化承包商方式，工厂管理在整个系统生命周期中只需对接一个责任方。这有助于实现优化的风险降低和运行性能，更好地符合安全标准，并提升生命周期可持续性。最终用户应选择能够整合火灾与气体检测所需全部专业技术的单一自动化承包商，以提供完整且集成的解决方案。经认证的设备连接至火灾与气体安全系统，可提高整体缓解功能的可靠性能，并达到所需的安全完整性等级（SIL）。所选供应商应具备全球能力，同时在各项目阶段提供一致的本地支持与实施服务，以及统一的工程工具与流程。有效的项目策略应从根据功能安全标准评估现有或未来的火灾与气体性能开始。

基于此评估，用户可获得安装新设备或将过时的基础设施升级到最佳安全水平。主要自动化承包商可以帮助识别火灾与气体危险点和潜在风险，并制定基本设计包和相关验收测试标准以满足安全要求（图6.14）。

通过与经验丰富、技术专业的自动化承包商合作，工业设施能够建立符合IEC 61511/ISA S84标准的火灾与气体检测和抑制能力，以及满足所需国际标准（如NFPA或欧洲标准）的解决方案。供应商的支持可涵盖实施SIS解决方案、带电热切换、改造实施与执行，以及安装、调试和安全验证。为了持续保障最终用户火灾与气体系统的性能，领先的自动化承包商还提供全生命周期支持服务，包括定期验证测试、系统维护、有关安全、规范和标准合规的培训项目，以及备件管理。

6.6.2 典型行业应用

与其他过程工业操作类似，油气终端在自动化和安全技术方面面临着严峻的挑战。储罐区、存储区域以及装卸作业均需要火灾与气体及安全系统（FGS）来保护人员、资产和环境。油气终端发生事件的后果可能极为严重。

在油气终端应用中，操作员需要一个集成火灾与生命安全系统，以实现对报警和事件的主动响应，并能够实时查看任何潜在威胁。工业设施配备了程序和安全系统，旨在设备故障和其他操作问题发生时将运行状态转入安全状态。在发生重大安全事件时，集成系统可以启动这些相同的程序和系统。集成系统还因为所有组件协同工作，从而降低了实施与维护的成本。

用于码头的集成火灾与生命安全解决方案通常包括高液位报警器和装车系统联锁装置（符合IEC 61511），通过关断泵来防止溢流。同样，该系统还配备最新的气体/蒸气探测器，并与防溢流关断系统集成，以在事件升级前及时检测。该系统通过确保所有人员都能清晰明确地获知危险情况，并对相关风险做出快速高效的响应，从而减轻安全事故的影响。一套有效的码头自动化及安全/安保解决方案还将集成安全门禁控制、人员集合系统和视频监控，以降低未经授权的访问或入侵的可能性。安防生物识别技术和无线网状网络等技术的集成可增强系统运行能力并降低实施成本。

6.7 结论

对于当今的制造商而言，其设施、人员、生产流程以及环境的安全性对于实现准时交付并最大限度地减少潜在损失至关重要。工厂必须在满足安全需求的同时，确保项目启动时的运营和业务就绪。面对这一现实，制造商正寻求通过安全系统和火灾与气体检测技术实现最低风险和最高价值保护。