隨著工業化和城市化進程的推進，油氣儲運、化工、港口碼頭、地下管廊、隧道及各類封閉或半封閉場所中可燃、有毒氣體泄漏的風險越來越受到重視。為了保障人員安全、減少財產損失并滿足相關法律法規與行業標準的要求，常見的工程控制手段包括氣體探測與通風控制兩大類。而在眾多通風設備中，防爆風機（亦稱防爆排風機、防爆送風機或防爆軸流/離心風機）由于其在易燃易爆場所使用的適用性，常與氣體探測系統聯動，作為泄漏應急處置與常態防護的關鍵執行機構。

一、基本概念與功能定位

1. 海灣氣體探測器概述
   “海灣氣體探測器”在此泛指安裝在油港、碼頭、油氣儲運場所及其附近海灣區域相關設施上的固定式氣體探測器，包括催化燃燒式、紅外點式/通道式、半導體式、電化學式等多種傳感技術。其功能為實時監測空氣中可燃氣體、爆炸極限范圍內氣體（如甲烷、液化石油氣等）或有毒氣體（如一氧化碳、硫化氫等），并在超限時輸出告警或聯動控制信號。

2. 防爆風機概述
   防爆風機是一類經防爆處理、可在易燃易爆氣體存在環境中長期運行的風機。其電機、防護外殼及電氣元件滿足防爆等級（如Ex d、Ex e、Ex p等）要求，可用于送風、排風、稀釋通風、控制煙氣擴散等。在氣體泄漏場景中，防爆風機通過增加換氣量、引導氣流方向、降低局部濃度、阻止可燃云體形成或蔓延，從而降低爆炸與中毒風險。

3. 聯動的目的
   將氣體探測器與防爆風機聯動的核心目標在于：當探測器檢測到氣體濃度升高至預設閾值（警報值或動作值）時，自動啟動或調整防爆風機，以實現快速稀釋、控制氣體擴散方向或排放至安全區域；同時配合其他控制措施（聲光報警、切斷電源、啟動排油/排液等）形成完整的應急響應，縮短響應時間，減少人為干預和誤操作風險。

二、聯動體系的總體架構

分層結構
聯動體系一般采用分層結構：

• 現場層：氣體探測器、防爆風機及其就地控制箱、接線端子盒等。

• 控制層：可編程控制器（PLC）、消防聯動控制器或本地控制柜，負責邏輯判斷、時間序列控制與設備聯動。

• 監控層：樓宇自控（BMS）、消防控制室、DCS/SCADA等，提供遠程監視、歷史記錄、參數設定與人工干預接口。

• 通信層：現場總線（如Modbus、Profibus）、4-20mA模擬回路、繼電器輸出等，負責信號傳輸與命令下達。

信號類型

• 模擬量：常見為4-20mA電流信號，代表氣體濃度（ppm或%LEL），用于連續監測與比例控制。

• 數字量/開關量：繼電器觸點或開關輸入/輸出，常用于超限報警、緊急啟停控制。

• 串行通信：Modbus RTU/TCP、HART等，用于傳輸探測器的詳細狀態、故障信息與設備參數。

• 安全冗余：關鍵場所常采用雙回路、兩線制或多點探測器以提高可靠性。

三、聯動邏輯與控制策略

報警等級與動作分級
合理設置報警等級，使聯動動作與氣體濃度對應：

• 預警（低級報警）：當氣體濃度接近限制值（如%LEL的一定百分比或ppm閾值）時，觸發聲光提示、監控平臺警示，但不立即啟動車機。目的是提示巡查與準備應急。

• 一級報警（動作報警）：超過設定閾值時，啟動防爆風機進行強制通風、并在監控層記錄與通報。

• 二級報警/危險值（緊急停機或更強措施）：當濃度接近爆炸下限或達到更高危險區間，除了最大化通風之外，可聯動切斷電源、啟動防爆隔離閥/擋板、人員疏散與啟動消防系統等。

啟停策略

• 啟動邏輯：探測器連續或瞬時超限達到啟動閾值（可設置時間延遲以避免瞬時脈沖誤動作）時，控制器閉合啟動接點，風機按預置工況啟動。若有多級風機，則按優先級逐級啟用（例如先啟用近場小風量風機，再啟用遠場大風機）。

• 停止邏輯：當氣體濃度回落并持續低于恢復閾值一段設定時間后，逐級停車以避免頻繁啟停。停車也應依據現場工況決定是否緩停或急停。

• 風機速度/檔位控制：若采用變頻（VFD）防爆風機，可根據探測器輸出的模擬量按比例調節風量，從而實現更為精細的濃度控制與節能運行。

方向與分區控制

• 區域分配：在大型場所，可將探測器與風機按區域分組，實現局部聯動。僅在高濃度區域啟動對應風機，避免全場無差別通風造成能耗浪費或改變其他區域氣流不利影響。

• 風向控制：在有風向要求的場景（如必須將泄漏氣體引導至安全排放點），聯動可包括啟用引導閥門、調整可調百葉或改變風機送排風組合，以控制整體氣流方向。

與其他系統的聯動

• 電源切斷：在氣體泄漏且達到危險等級時，需切斷非防爆電器負載以防電火花引發點燃；但同時須保證防爆風機電源安全、持續運行（若風機為防爆等級允許），或在必要時由氣動隔離方案代替。

• 閥門和擋板：聯動控制可關閉可疑介質輸送管線的相關閥門或隔離裝置，減少泄漏源輸入。

• 通風與防火系統聯合：與排煙系統、防火門、應急照明等聯動，配合人員疏散和滅火策略。

• 報警與通訊：向監控中心、值班人員、安保人員發送瞬時報警與位置信息，必要時觸發緊急廣播及疏散指示。

四、設計與實施要點

探測器選型與布置

• 選擇適合目標氣體的傳感器類型（例如可燃氣體常用催化燃燒或紅外，硫化氫或一氧化碳常用電化學），并考慮交叉敏感性、溫濕度影響、維護周期與響應時間。

• 布置原則應基于氣體性質（比空氣輕/重）、泄漏源位置與氣流路徑。例如輕氣體（如甲烷）易上升，應在較高處安裝；重氣體（如丁烷）宜低位安裝。沿輸送管線、閥門、法蘭、泵房、裝卸區域等潛在泄漏點密集布置。

• 探測器間距與靈敏度滿足相關標準（如國家或行業標準、API、NFPA等）與場地風險評估結果。

防爆風機選型與配置

• 根據現場通風量需求、靜壓損失、安裝位置、溫度與腐蝕性介質選擇合適的防爆等級與材質（如不銹鋼襯里、防腐涂層等）。

• 優先采用帶有防爆認證的變頻器和控制元件（若采用VFD），并確保變頻器所在控制柜滿足防爆要求或放置于安全區。

• 考慮冗余配置：關鍵區域應配置冗余風機或備用電源（UPS或應急柴油發電）以確保發生事故時仍能維持通風。

控制系統與安全性

• 控制器與繼電器等選擇需符合安全完整性等級（SIL）或等效標準要求，關鍵聯動路徑采用獨立硬件冗余（雙回路或雙獨立繼電器）以防單點故障。

• 電氣接線與接地防護要嚴格按照防爆電氣規范執行，避免因接線錯誤造成局部高阻或火花。

• 邏輯編程應包含故障檢測、超時保護與自檢功能。例如探測器失效或通訊中斷應觸發告警并按安全策略處理（通常視為危險狀態）。

五、安裝、調試與驗收

現場安裝

• 按設計圖紙與防爆要求布置探測器支架、接線管道、防爆接線箱與風機基礎，風機基礎需滿足振動控制與防腐要求。

• 接線時區分本安電路與隔爆電路，嚴格按防爆標識與接線圖操作，完成后由專業防爆資質人員檢驗。

聯動調試

• 單元調試：逐一檢測探測器靈敏度、響應時間與輸出校準（氣體標定）；風機空載與負載試運行、變頻器參數調節、啟停順序測試。

• 系統聯調：模擬不同濃度等級與泄漏工況，驗證探測器觸發后風機響應時間、風量達成情況、與其他系統聯動（切斷、報警、記錄等）是否正確。

• 故障場景測試：斷電、通訊中斷、探測器故障等場景下系統行為及應急預案是否生效。

驗收與記錄

• 提交完整的檢測與試運行記錄、標定證書、防爆合格證書與維護手冊。驗收標準應依據合同、國家與行業規范，并通過第三方檢驗確認。

六、運行與維護

定期檢測與校準

• 探測器需定期（如季度、半年或按廠家建議與法規）進行功能檢測與氣體標定；對催化燃燒元件需注意中毒與失效現象，必要時更換。

• 風機需定期檢查軸承潤滑、電機溫升、葉輪磨損、風道堵塞及防爆外殼完整性；變頻器與控制柜應定期檢查接線端子緊固與散熱情況。

日常監控與報警處理流程

• 建立明確的報警處理流程與值班制度，確保報警信息能在第一時間被確認與處置。記錄每次報警與處置過程，作為后續改進依據。

• 對頻繁誤報或多點異常報警要開展原因分析（如探測器污染、環境擾動或實際泄漏），并根據分析結果優化布置或更換設備。

應急演練與人員培訓

• 定期組織泄漏應急演練，檢驗探測—通風—疏散—切斷聯動鏈路的實際效果。培訓操作人員識別報警類型、處置步驟與應急通訊流程。

七、常見問題與對策

探測器誤報或不敏感

• 原因：傳感器中毒、老化、安裝位置不當、環境干擾（粉塵、高濕、溫度極端）或電氣噪聲。

• 對策：優化安裝位置與防護罩設計、定期校準、更換傳感器、在易污染環境提供過濾或自動吹掃裝置。

風機不能及時啟動或頻繁啟停

• 原因：控制邏輯設置不當、繼電器粘連、變頻器參數錯誤或供電不穩。

• 對策：優化時間延遲與動作邏輯、維護電氣元件、配置穩壓/備用電源、采用軟啟動或分級啟停策略。

聯動后氣流方向不理想導致濃度聚集

• 原因：風機布置或送排組合不合理、局部風道阻隔或建筑結構引起的回流。

• 對策：進行CFD（計算流體動力學）模擬優化風機布局與引導設施，必要時增設局部抽風裝置或調整管道百葉與導流板。

防爆與控制設備兼容性問題

• 原因：控制器或變頻器防爆等級不足或安裝位置不合規。

• 對策：在設計初期明確防爆等級要求，優先選用具備相應認證的元器件；必要時將控制設備置于安全區并采用本安或隔爆接口。

八、工程實踐中的案例要點（概括）

• 對于碼頭裝卸區，探測器應靠近裝卸點、閥門與法蘭，防爆風機布置應兼顧海風、港區走廊與倉儲區風壓差，聯動邏輯注重快速稀釋并配合遮擋板與防護堤。

• 對于儲罐區，采用多點探測并分區聯動，風機多為局部裙板抽風與周邊送風結合，防止形成高度濃度柱或擾動蒸汽場。

• 對于地下管廊與隧道，風機容量與風向控制尤為重要，常采用正壓送風結合沿線抽風井與閥門聯動，確保人員疏散方向維持安全正壓區。