改进LH2000系列录井仪H2S气体报警系统

摘要:针对LH2000录井仪H2S报警系统只提供软件报警的现状,为了更好的保证钻井施工安全,特对录井仪采集控制系统及软件系统做了改进,增加了H2S声光同步报警装置及控制电路,完善后的报警系统能够实时同步的发出声光报警信号,从根本上消除了H2S预警不及时可能带来的危害。

关键词:录井;声光报警;LH2000系列录井仪;气体报警

中图分类号:TE256文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)23-0017-02

随着石油化学工业的发展,易燃、易爆、有毒气体在生产、运输、使用过程中一旦发生泄漏,将会对人民的生命和财产安全带来极大的伤害。由于气体本身存在的扩散性,钻进过程中发生溢流之后,在外部风力和内部浓度梯度的作用下,气体会沿地表面扩散,在事故现场形成燃烧爆炸或毒害危险区,扩大危害区域。2003年12月23日晚发生在重庆川东北中石油川东钻探公司作业的罗家16H井(高含硫高产天然气水平井),在工程起钻作业时,由于起钻前泥浆循环处理时间严重不够,发生井底溢流造成井喷失控,预报不及时,在事故发生又未采取放喷管线点火措施,大量的含有高浓度H2S天然气喷出扩散,井场周围群众疏散不及时导致234人中毒死亡和300多人受伤的特大生产事故,被外界称之为人类开采天然气史上最大的悲剧性事件之一。可见人在有害气体面前显得是多么脆弱,因此对硫化氢等有害气体溢出的检测预报和防范是非常重要的。及时发现预报采取有效的防范措施进行补救,就能减少和避免造成重大事故的发生。当前“安全生产,以人为本”的这个思想理念贯穿全社会各个行业, 有毒有害预警的重要性已被提到安全生产的最前沿,它直接关系到国家的发展和企业的生存。

LH2000录井仪是长城钻探录井公司的主力仪器录井装备,虽配备有H2S气体异常报警传感装置,但原设计是仅提供软件报警。井场钻井施工人员不能在H2S气体出现异常的第一时间接到同步告警,考虑到H2S气体出现异常会给钻井施工及作业人员带来很大的危害,我们设想给LH2000录井仪增加声光同步报警系统,保证钻井作业的人身安全。

一、H2S气体报警系统简介

(一)现状与改进构想

目前长城录井装备的国产LH2000录井仪,施工现场常规安装位置传感器布置如图1所示,图中A号位是的井眼出口检测硫化氢的要点,B、C、D、E四点是检测硫化氢随泥浆流动在井场内浓度变化情况,在传感器布局上基本覆盖了施工现场的要求。但按现代井场施工技术要求和以人为本的安全生产理念,这种布局和报警方式有较大的缺陷性,这种布置没有考虑到气体是通过电动脱气器脱气后经过管线输送到仪器房来检测H2S的,可能会对屋内人员造成伤害。我们重新布置了H2S传感器位置, 全方位锁定井口这一关口,在监测方面进一步符合井场安全生产技术要求指标。如图2所示。

如何实现硫化氢传感器从监测到气体超标,并立即对井场施工人员从视觉和感官上发出警告,我们想到了使用“声光报警器”:即当井口有H2S气体溢出,气体传感器监测到H2S浓度变化信号,录井仪监测H2S浓度值报警的同时,室外的“声光报警器”发出预警信号,井场施工人员迅速采取“安全措施”做好防范工作。

A:泥浆流出井口处

B:钻台下方井口处

C:电动脱气器搅拌从泥浆中脱出的样品气

D:1号泥浆罐

E:5号泥浆罐

在传感器的布局上,图2方案全面的监控了硫化氢气体在施工现场的浓度变化,选择A点传感器为现场报警的第一关口,并与C点传感器相互参考,以实现预警的目的。

(二)LH2000录井仪H2S报警系统改进设计方案

LH2000录井仪H2S报警系统新方案由传感器,采集处理系统,声光报警器(新增),计算机系统构成。

H2S气体传感器:利用检测气敏元件的电流或电压随气体含量的变化,来监测有毒气体浓度值,具有灵敏度高,响应快等优点。目前我们使用的H2S传感器是一种电流型传感器。通过采样电阻检测到电压值,记录H2S的浓度值,来标定传感器的工作曲线,计算机采集实时监控各路H2S气体浓度变化和曲线趋势,分析预报气体变化情况。

采集处理系统:采用9种标准模块共18块。

其中部分模块的型号和功能如下:

7017:8通道模拟量输入模块,A/D转换 ,形成标准的RS485信号。

4060:4路继电器输出模块,I/O控制,实现控制装置的计算机控制。

4520:串口通讯转换。

3004IV:4～20mA电流信号转换为0～5V电压信号,4路,超压、过流自动隔离保护。该控制器的功能:是实现从传感器采集的信号转换成开关信号来启动声光报警器工作。

声光报警系统:是由声光报警器,及相应控制电路组成。

计算机采集系统:JP-DAS综合录井采集系统,用于录井工作的数据采集、处理、保存、输出、监控等。当每个参数变量超出限值时,计算机就实时报警。如图3所示:

二、声光报警系统的设计与实施

声光报警系统是我们本文介绍的重点,由于原型LH2000录井仪没有声光报警系统,添加它涉及到软件及硬件上的许多变更,主要是:修改采集计算机软件以便发出声光报警命令;修改4060模块以便发出开关信号;增加报警控制器;增加声光报警器。如图4、图5所示:

流程图介绍:H2S气体浓度异常,使传感器的输出电流信号发生变化,模拟信号传输到采集面板的3004模块,信号经过采样、超压、过流自动隔离保护将4～20mA电流信号转换为0～5V电压信号,再传输到7017模块进行模数转换(A/D),转换形成的标准的RS485信号传输到4520模块形成计算机串口通信的RS232信号,与计算机进行数据通信。计算机处理(综合录井采集系统软件)处理后,发出指令到4520模块,数据通讯传输到4060模块,4060模块将接收到的数字信号转换为开关信号,报警控制器接到开关信号工作,声光报警启动。

固态继电器我们使用的是SSR GJ2-W 和交流安装式SSR GJ10-W两种规格,实物图如图6所示:

其优点是:全部由固态电子元件组成,无触点开关,它利用磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离,综合了大功率三极管,功率场效应管,单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性,达到无触点,无火花地接通和断开被控电路,安全防爆。

在声光报警器方面我们选择了具有防爆功能的大功率声光报警器,其特性有:

1.坚固耐用的重负荷型声光组合产品。

2.本体采用铝合金材料制成,经久耐用。

3.产品内装音量开关,可调节音量大小,可选择各种音色。

4.装金属保护网;钢管或电缆布线。

三、结语

这一设想的研制成功,实现了气体传感器与计算机技术相结合的智能声光报警。计算机技术的运用大大的减轻了操作人员的劳动,完成了庞大复杂电路才能达到的目的,控制电路制作精小、简洁、成本低,符合现代化生产的需要。

一个思路的诞生与发展,只有经过实践的磨合和调整完善,才能达到预期的目标。智能声光报警系统首先在长城钻探录井公司录井设备基地实验成功了,后来我们又到冷178井, 欧50井实地安装实验,根据现场操作人员反映,异常报警时间短,报警时间间隔调整无反应,室外声光报警迟后3～5秒。

针对录井现场反映的情况和我们实地的观测,发现问题出在采集软件上,随即与软件工程师商讨查找原因,对软件现场出现的问题针对性的加以修改测试,又到欧50井更新安装改版后的采集系统软件,现场测试多次系统报警同步准确率达100%,得到了现场操作人员和工程施工人员的认同,为进一步推广实施奠定了基础。

现场实践的成功预示着声光报警系统的研制定型, LH2000系列录井仪已全面安装这一系统,它的普及应用为长城录井闯市场增效益、科学安全的生产提供了新的保证。

参考文献

[1]熊德智,张颖,李彦生.检测易燃气体的智能报警装置的设计[J].工矿自动化,2009,24(1).

[2]边朝朝,向普及,许峰.可燃气体报警器的应用和常见故障处理[J].中国计量,2008,29(2).

推荐访问:报警系统 气体 改进 系列 录井仪