火气监测报警系统项目可行性研究报告.docx

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火气监测报警系统项目可行性研究报告

火气监测报警系统项目可行性研究报告

一、概述

1背景

石油石化、煤矿行业等国家经济支柱企业在生产过程中伴有各种危险源，可燃及有毒有害气体作为危险源中主要部分，其扩散性，易燃，易爆的特点成为不安全因素中最难以控制的部分。

近年来全国各个高危行业企业安全生产事故频发，事故不仅给国家带来巨大的经济损失，而且也给人民群众带来极大的精神痛苦。

加强企业安全生产管理工作已成为高危行业生产过程中的头等大事，为了减少安全事故的发生，国家投入了大量的人力物力。

火灾报警更是企业生产中的重大危险，其导致的后果极其严重。

原有系统设计火灾报警和有毒有害气体报警完全分开控制，给实际工作操作者增加了难度，。

向管理要效益的思想已经在全国乃至全世界范围内达到共识，石油化工企业分支机构多、相对比较分散的特点，信息传递的不及时、不准确、不统一的现象较为普遍，延误企业相关决策的及时下达、执行；制约了集团对分支下属机构工作的监控和绩效反馈。

同时化工企业多为传统的手工操作及管理，使企业工作效率低下。

如今，现代信息技术在管理中的应用，跨越了企业在时间和空间上的限制，使企业集中管理分布控制得以实现。

我公司特研发FGS-400火气监测报警系统，将有毒有害气体监控和火灾报警系统结合起来，将极大的提高企业安全管理效率。

本系统的功能决定了它在大型石化行业的生产过程中所无法取代的地位。

2技术开发状况

多年置身于石化系统报警系统的开发和研制，我公司积累了丰富的实施经验，从而摸索出一套“量体裁衣”式的实施方法。

我公司研发的气体安全检测监控系统针对化工企业的工作流程及相应的工作方法，提出一整套对生产及管理的整体流程。

系统符合行业应用的要求，并能针对企业作符合其自身要求的功能。

对安全生产过程的工作程序进行规范化管理；系统对现场报警器进行集中控制和管理，报警管理是整个气体安全检测监控系统中的重要组成部分。

目前已有20多套气体监控报警系统在全国各地投入运行使用，取得了很大的经济效益和社会效益。

近期为了解市场状况，投入了大量资金，选取了一些具有代表性的地区进行了广泛的市场调研。

3FGS-400系统用途、性能和社会经济效益

我公司研发的FGS-400火气报警系统为目前国内最先进的石化企业管理系统。

该系统以监测可燃气、有毒有害气体为核心，利用现代信息技术，集成烟雾、火灾消防广播、视频监控等子系统，使企业安全达到了理想的目标。

本系统最大的优点在于它是建立在管理基础上的监控，是独立于DCS系统的FGS-400火气系统，能做到管理痕迹化从而协助管理贯彻责任追究制。

并且提供了网络平台为今后的升级打下了基础。

FGS-400系统是以PLC结构的配置提供基于SIL2认证等级的火气系统，满足美国火灾报警设计规范NFPA72标准。

用于石油石化煤矿的FGS-400火气监测报警、数据的处理和控制的功能，并对现场火灾处理装置进行状态控制。

FGS-400系统由现场安装的火焰探头、气体探头、温感探头、烟感探头；手动按钮；声光报警器；就地单元控制器（PLC系统）及控制系统构成，与上位机进行通讯，通过组态软件把相关信息显示在人机系界面上。

FGS-400系统的基本逻辑为：

根据探头的检测信号，完成逻辑判断并报警，根据发生的位置，启动相应的消防设施，也可手动控制。

一旦发生火灾或气体报警，监控系统自动进行报警，并且可以通过ESD系统进行紧急停车。

FGS-400系统的模拟信号具有线路诊测功能，开关信号采用常闭信号，设开路报警并加线路检测报警，确保系统的可靠性。

火气监测系统FGS-400以可编程序控制器和火气报警控制器为核心。

火气报警控制器包括高低温探测器、火焰探测器、手动报警按钮、声光报警器、报警指示盘等组成。

一旦发生火灾或气体报警，监控系统自动进行报警，并且可以通过ESD系统进行紧急停车，声光报警会通知操作人员及时采取相应措施，避免人员和财产的更大损失。

控制单元系统功能

□温度检测□装置的安全保护控制

□可燃气体检测□实现可燃气体监测保护

□火焰探测器□实现火灾报警与联动

□火灾手动报警按钮□实现画面报警及语音报警功能

□液位仪

根据IT技术发展趋势，用计算机组建系统平台的实施，必将在企业安全监控数据采集管理行业得到逐步的发展。

当代社会经济环境和新技术浪潮中，逐步形成和发展起来的安全管理控制系统思想已深深地影响了流程工业自动化技术，它已成为流程工业自动化的发展方向。

本气体安全监控管理系统项目完全符合当今自动化技术发趋势，是推进企业现代化的重要战略步骤。

4经济、社会效益分析

易燃、易爆生产装置气体安全监控管理系统的研制和开发既有较大的社会效益，也有可观的经济效益。

在燕山石化、锦西石化、山西兰花集团的得多套装置中应用，极大的增强了事故的预防，并有效的减少了事故的发生。

通过建立易燃、易爆生产装置安全管理系统，将所有的生产装置、油罐的不安全部位，通过仪表有效监测，通过语音报警系统报警，不仅解决了生产上的安全隐患，保证生产装置长周期、满负荷、优质生产，而且使炼油化工总厂减少损失，带来实惠。

项目可在石油系统、化工系统全面应用，已避免几十次或更多的火灾、爆炸事故发生。

今年3月某公司在检修过程中发生HCL泄露事故，由于我公司气体监控系统及时报警，该公司采取紧急措施，避免了一起重大环境污染与人员伤亡事故。

2002年4月13日锦西炼油化工总厂储油罐发生火灾，救火和达18小时，造成高达2千多万元的经济损失。

每年小型火灾高达数十次，损失达几百万元。

通过建立石油石化装置安全监控管理系统，将所有的生产装置、油罐的不安全部位，通过仪表有效监测，通过语音报警系统报警不仅解决了生产上的安全隐患，保证生产装置长周期、满负荷、优质生产，而且使炼油化工总厂减少损失，带来实惠。

项目可在石油系统、化工系统全面应用，可避免几十次或更多的火灾、爆炸事故发生，不仅能产生可观的经济效益，而且可获得不可估量的社会效益。

二、可行性分析

根据实际情况系统用于可燃气体监测报警、数据处理和控制的功能，并对现场报警数据实现网络化上传和显示。

1、FGS-400火气监控系统设计流程如下：

用户窗口主控窗口运行策略

以图形动画曲管理用户窗口以不同的形式

线等形式可视管理运行策略方法操作实时

化数据维护数据库数据库

实时数据库

数据对象的集合构成实时数据库

设备窗口

从外部硬件设备读取数据进入数据库或控制设备输出数据

例如：

数据采集卡，回路控制卡

对于本项目，数据库SQLSever是软件的核心。

设备窗口通过设备构件驱动外部设备，将采集的数据送入实时数据库，由用户窗口组成的图形对象，与实时数据库的数据对象建立连接关系，以动画形式实现数据的可视化；运行策略通过策略构件，对数据进行操作和处理。

FGS-400系统通过工业控制计算机进行操作，对监控点可实现高限、低限及火灾、设备故障报警功能，现场的可燃气体检测器、火焰探测器、感温探测器、感烟探测器、手动报警按钮信号进入该系统数据采集单元，声光报警器、报警指示灯或电铃进入输出单元。

在多年置身于石化系统报警器行业的开发和研制中，我们积累了丰富的报警器实施经验，从而摸索出一套“量体裁衣”式的高程攻略的实施方法。

2、系统技术开发关键：

本项目运用现代计算机技术，现场总线技术等设计理念和方案填补了国内安全监控系统的空白，将分散装置各个报警数据集中进行管理和处理，不仅提高了企业安全生产系数，而且减少职工工作强度。

其采用最先进的西门子PLC-400系列产品，全冗余硬件构造，都成为系统设计的亮点和关键点，必将成为高危行业监控系统的发展方向。

（1）冗余技术

     冗余技术就是增加多余的设备，以保证系统更加可靠、安全地工作。

冗余的分类方法多种多样，按照在系统中所处的位置，冗余可分为元件级、部件级和系统级；按照冗余的程度可分为1:

1冗余、1:

2冗余、1:

n冗余等多种。

在当前元器件可靠性不断提高的情况下，和其它形式的冗余方式相比，1:

1的部件级热冗余是一种有效而又相对简单、配置灵活的冗余技术实现方式，我公司FGS-400系统中电源冗余、主控制器冗余、以太网卡通讯冗余，I/O站通讯冗余，系统可靠性极高。

（2）一次仪表智能检测

目前，对于现场采集报警数据只有记录，当数据数没有达到报警值时，无论是现场联接的二次仪表还是接入DCS都没有对采集数据进行分析的功能。

在装置现场，由于室外条件恶劣容易发生仪表断线和可燃气体探头失灵的问题。

针对现场的这些问题，我们在处理现场数采数据时设计了专用的算法，对采集到的数据进行计算分析；根据对现场每个探头所采集数据在一定时期内波动规律进行统计计算，根据结果得出现场报警单元探头老化失灵、断线等故障。

根据目前在实验室以及装置现场使用的情况看，对于报警器故障的分析有着很高的准确度。

对于消除隐患起到很重要的作用。

（3）PROFIBUS现场总线技术

本FGS-400火气监测系统I/O站通讯采用PROFIBUS现场总线方式。

现场总线技术的开发目标是打破 DCS系统孤立、开放程度低的现状 ,建立起不依赖任何厂商的开放式控制系统 ,并建立统一的工厂底层信息网络 ,任何遵守相同标准的不同厂家生产的设备均可与之连接 ,实现信息交换和互可操作 ,实现设备即插即用。

但是现场总线作为一门新兴的控制技术 ,目前正处于发展阶段 ,技术还不成熟。

当前在国际上有影响的现场总线标准很多（单是 1999 年 IEC 组织投票通过的现场总线国际标准IEC61158就有八九种） 。

协议的不统一 ,给现场总线控制系统的集成带来了很大困难 ,无法实现互可替换和互可操作 ,并严重阻碍了现场总线控制系统的推广和应用。

对此 ,本文针对不同厂商生产的现场总线设备 ,采用在国际上有很大影响力的 Profibus现场总线的相互连接和通信进行研究 , 并结合贵州水钢焦化厂鼓风机高压变频调速系统的项目介绍采用 Profibus - DP现场总线技术的变频器通讯原理及实现方法。

（1）Profibus 通讯原理 总线拓扑结构

    Profibus系统有 3 种总线拓扑结构:

 RS485、光纤和符合IEC1158- 2（Profibus - PA）的总线拓扑。

DPΠFMS采用 RS485 连接 ,通信介质采用屏蔽双绞线或光缆 ,通信距离从 100～1200m,速率范围为96kbps～12Mbps。

系统中最大站点数为127个 ,当系统中需连接的站多于 时 使用中继器相连接。

使用中继器可32 ,以实现树型和星型总线结构。

 采用PA IEC1158 - 2连接技术。

（2）通信实现原理

    Profibus使用混合的总线存取控制机制来实现 Profibus通信 ,通信分主站和从站。

主站间的通信采用逻辑令牌传递方式 ,拥有令牌的主站在确定的时间窗口内拥有总线控制权 ,决定系统的通信 ,它采用主 - 从原理以轮循方式与从站通信 ,同时采用循环或非循环报文实现主 - 主通信。

系统可以配置为单主 -从、多主多从或前两者的混合系统。

系统中相应地使用令牌总线程序和主 - 从完成数据通信。

    （A令牌总线程序 　连接到 Profibus网络上的主站按它的总线地址的升序组成一个逻辑令牌环。

在逻辑令牌环中主站是一个接一个地排列的 ,控制令牌总按这个顺序从一个站传递到下一个站。

令牌提供存取传输介质的权力 ,并用特殊的令牌帧在主站间传递。

具有总线地址 HAS（最高站地址）的站点例外 ,它只传递令牌给具有最低总线地址的站点 ,以使逻辑令牌环闭合。

在总线初始化和启动阶段 ,总线存取控制通过辨认主动节点来建立令牌环。

为了管理控制令牌 ,MAC程序首先自动地判定总线上所有主动节点的地址 ,并将这些节点及它们的节点地址都记录在LAS（主动站表）中。

对于令牌管理而言 ,使用了两个地址概念:

  PS节点（前一站）的地址 ,即下一站是从此站接收到令牌的;NS节点（下一站）的地址 ,即令牌传递给此站。

在运行期间 ,为了从令牌环中去掉有故障的主动节点或增加新的主动节点到令牌环中而不影响总线上的数据通信 ,也需要LAS。

    （B）主 - 从程序 　在主 - 从系统中 ,主站与从站采用主 - 从程序实现通信。

主 - 从系统允许主站当前有权发送、存取指定给它的从站设备 ,这些从站是被动节点。

主站可以发送信息给从站或从从站获取信息。

典型的 Profibus - DP总线配置是以主- 从总线存取程序为基础的 ,DP主站循环地与 DP从站交换数据 。

（3）系统结构及设计

    FGS-400系统以 Siemens公司PLC400为控制系统，PLC-300为远程I/O站。

本系统为主从为以太网通讯系统 ,I/O站与主从站通讯采用PROFIBUS现场总线方式.  

3项目承担单位现有工作基础和支撑条件

（1）技术准备：

我公司多年研发安全监控系统,之前我公司研发的报警系统采用研华模块ADAM4017作为采集模块,但是由于模块的数据传输块ADAM4520为串口传输,在采集点数较多的情况下容易出现死机和速度慢的情况,给安全监控带来隐患。

为此本项目采用最先进的西门子PLC-400为控制元件，采集系统采用西门子PLC300系列I/O卡件，提高系统的可靠性。

项目组人员都是基础扎实的技术人员，且均具备丰富的系统设计和开发经验。

同时该项目已经过了充分的技术论证和社会调研，取得了大部分技术资料，具备了开题的条件。

（2）设备和实验条件：

⑴西门子一体化工作站1套

⑵西门子PLC-400卡件及附件，西门子组态及编程软件

⑶控制柜及柜内附件

⑷万用表及其他工具

（5）报警器

四、市场需求

1市场预测

经过一年的项目市场调研，我们考察了很多石油石化企业，在气体安全监控管理系统方面存在空白空间，多数石油石化企业大型装置都急需将多套装置集中监控和管理，保守估计国内市场对本项目相关系统的需求市场超过1000亿元，拥有巨大的市场发展前景。

调研发现，山西作为我国的能源大省，其煤矿安全问题早已列入国家管理重点，各正规煤矿都已配备国家规定的安全防护设备与仪器。

但是一些新兴的产业由于国家标准的暂时缺失，存在着很多安全管理的空白。

这几年由于原油价格不断攀升，汽车数量的增加，导致汽油价格上涨，压缩天然气价格相对低廉，煤层气加工企业迅猛发展起来。

目前山西晋城沁水县地区集中了大批煤层气装置，当地自然环境较差，经济欠发达，煤层气产业带动了当地的经济发展，但在企业生产过程中，由于存在可燃、易爆、有毒有害气体，因而存在很多安全隐患，需要增加集中监控系统保证生产安全。

山西省盛产煤炭，因而煤化工企业比较集中，有大大小小多个煤化工企业，……到2007年，全省煤化工产业实现销售收入500亿元。

这些企业生产环境都比较恶劣，粉尘、有毒有害、可燃气体等随时危及工作人员的健康甚至是生命和设备安全。

目前云南、河南、河北、安徽、黑龙江、山东等产煤省份都在酝酿自己的煤化工项目。

煤化工行业的安全生产离不开可靠的安全监控系统。

我们又和新疆乌鲁木齐石化公司，克拉玛依石油公司等有关部门进行了交流，广泛听取了他们对安全系统方面的需求，就有些技术细节进行了讨论。

作为比较大型的石油石化企业，他们都存在以前建成的很多装置分布比较分散，厂区占地较大，同时近几年改制以及招工人数减少，安全工作存在很多难点和死区，随着国家对大型危险企业安全管理要求的提高，公司安全管理和生产管理部门都感到十分棘手，急需解决这些问题。

经过一年的项目市场调研，我们考察了很多石油石化企业，同时我们认识到冶金、造纸、水处理、供气、供热、发电等行业和石油石化、煤层气企业工作环境相似。

在气体安全监控管理系统方面存在很大的空白，多数企业都有将将多套装置集中监控和管理的意愿，保守估计国内市场对本项目相关系统的需求市场价值超过1000亿元，拥有巨大的市场发展前景。

现在国家对安全生产的管理力度不断加大，对企业要求也更高了，相信在不久的将来会制定更多更具体的安全生产标准，安全监控系统必将成为高危企业的必备系统。

2风险预测（技术风险、市场风险、管理风险）

由于当今科学技术发展迅速，现场总线技术飞速发展，使得集中监控成为可能，技术手段是完善和先进的，不存在技术风险。

一年的市场需求调研让我们认识到本项目满足市场需求，该项目潜在市场无限，没有市场风险。

五、投资估算及资金筹措

2006年

2007年

2008年

2009年

2010年

合计

经费总额

35

50

85

110

280

1.课题经费来源与支出单位：

万元

（1）课题经费来源：

承担单位自筹

来源

2006年

2007年

2008年

2009年

2010年

合计

市财政科技经费

其

他

来

源

国家有关部委拨款

主持单位匹配

承担单位自筹

35

50

60

80

225

其他

25

30

55

合计

35

50

85

110

280

（2）课题经费支出：

科目

来源

2006年

2007年

2008年

2009年

2010年

合计

设备费

市财政科技经费

其他来源

25

12

36

32

105

材料费

市财政科技经费

其他来源

2.2

6

6

14.2

国际合作与交流费

市财政科技经费

其他来源

5.5

12

17.5

差旅费

市财政科技经费

其他来源

2.4

5.3

3.8

6

17.5

会议费

市财政科技经费

其他来源

1.6

6

4.5

5

17.1

档案出版、文献信息传播、知识产权事务费

市财政科技经费

其他来源

1.2

0.8

2

4

劳务费

市财政科技经费

其他来源

2.6

4.2

6.6

10

23.4

咨询费

市财政科技经费

其他来源

1.8

2.6

4.4

管理费

市财政科技经费

其他来源

6

16

22.5

23

67.5

其他费用

市财政科技经费

其他来源

3

5

8

合计

37.6

48.7

91.3

101

278.6

市财政科技经费总合计

其他来源总合计

278.6

2.已设备购置费用明细：

（单价在5万元以上、含5万元，5万元以下未计入）

名称

型号

数量

金额

资金来源

购买时间

主要用途

服务器

HP

2

80000

自筹

2006.8

数据库服务器

西门子PLC

S7-400

1套

250000

自筹

2006年至2008年

网络连接

组态软件

SIMENS

2

85000

自筹

2007年

设备检测

笔记本电脑、

联想、DELL等

5

60000

自筹

2006年至2008年

现场调试

一体化工作站

西门子

10

170000

自筹

2007年

上位机

控制柜

10

55000

自筹

2008年

现场控制柜

六、经济效益和社会效益分析

（一）产品价格

我公司研发的FGS-400火气监控系统属高科技、高附加值产品，其销售价格参照进口同类产品的市场价格，按照系统规模、提高产品的市场竞争能力而制定。

其销售价格见下表：

产品型号

单价：

数字信号点

单价：

模拟信号点

系统规模=

数字点+模拟点

销售收入

FGS-400

0.7万元/点

1.1万元/点

26+16点

75万元

0.42万元/点

0.83万元/点

52+33点

105万元

0.27万元/点

0.68万元/点

78+49点

120万元

产品型号

系统规模

设备成本

编程软件

组态软件

人工费用

其他

合计

FGS-400

26+16点

27万元

7.5万元

3万元

2万元

41.5万元

52+33点

36万元

7.5万元

3.5万元

2.5万元

49.5万元

78+49点

45万元

7.5万元

4.5万元

3万元

60万元

（二）总成本费用估算

成本结构中有关说明

（1）系统规模：

系统监控的数字信号和模拟信号点数。

（2）设备成本26万元：

其中冗余系统成本费用17万元，数字信号和模拟信号采集卡件费用2万元，现场检测设备7万元，通讯线1万元。

（3）编程软件、组态软件7.5万元：

为购买组态软件（无限点）软件费用。

（4）人工费用：

包括职工工资、劳动保险、福利费、住房补贴、工会经费等。

（5）其他费用：

包括现场系统联调、差旅、机柜配线、售后服务、补贴等。

（三）利润估算

1利润估算公式

利润=销售收入-增值税-附加税-企业所得税-公积金-公益金-总成本

（1）增值税按（销售收入-总成本）*17%计算；

（2）附加税按应交增值税10%计算；

（3）企业所得税税率为15%；

（4）公积金按税后利润的15%计算，公益金按税后利润的5%计算；

产品型号

系统规模

总成本：

万元

销售收入：

万元

增值税：

万元

附加税

万元

所得税

万元

其他

万元

利润：

万元

FGS-400

26+16点

41.5

75

5.7

0.57

4.08

4.63

18.52

52+33点

49.5

105

9.44

0.94

8.33

7.36

29.43

78+49点

60

120

10.2

0.1

9

8.14

32.56

（四）、财务盈利性分析

利润率：

利润/销售收入

产品型号

系统规模

利润

销售收入

利润率

FGS-400

26+16点

18.52万元

75万元

24.7%

52+33点

29.43万元

105万元

28%

78+49点

32.56万元

120万元

27.13%

从表中看出FGS-400系统利润率很高，具有良好的收益。

（五）经济效益分析

经过多年潜心研究和市场调研，我公司研发的FGS火气监测系统已成为完善的监控体系。

虽然面临世界性的金融危机，但是国家对企业安全管理的要求不会降低，反而会愈发严格和规范。

FGS火气监测系统会有更加广泛的应用平台和发展空间。

经过多次的技术交流和研讨，可以确定近期的FGS火气系统项目如下：

系统规模为数字点：

43点，模拟点为44点

该FGS火气系统增加了现场控制台，现场增设隔爆型干粉现场启停按钮参与现场控制，程序开发复杂程度增大。

其中数字信号：

21点，模拟信号150点

我公司生产安全仪表已有30多年历史，在石油石化领域具有广泛的知名度和好评，该项目所需150台气体检测仪均已确定采用我公司产品KS-3和DS-100。

此次南玻硅材料项目为我公司初次进入玻璃材料行业，我们的监测系统将给他们的生产提供安全可靠的保证。

多年来我公司一直致力于为燕化的发展提供最佳的服务和产品，并与燕化公司共同发展。

有关项目我公司一直是全力