化工油品儲運(yùn)罐區(qū)安全儀表聯(lián)鎖控制方案探討

伊飛, 賈玉明

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100)

化工油品儲運(yùn)罐區(qū)安全儀表聯(lián)鎖控制方案探討

伊飛, 賈玉明

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100)

化工油品罐區(qū)的安全是近年來石油化工行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。以某罐區(qū)為例，從工程設(shè)計角度，探討了罐區(qū)幾類與安全相關(guān)的聯(lián)鎖控制方案。按照罐區(qū)聯(lián)鎖控制方案的原則，并根據(jù)罐區(qū)聯(lián)鎖回路安全完整性等級評定的結(jié)果，合理地將聯(lián)鎖回路設(shè)置在SIS、DCS中。通過邏輯框圖的形式，簡單地比較了聯(lián)鎖控制方案在SIS、DCS中的不同配置，從而安全實現(xiàn)生產(chǎn)操作及要求，便于生產(chǎn)企業(yè)日常的安全生產(chǎn)管理，減少罐區(qū)安全事故的發(fā)生。

安全完整性等級 安全儀表系統(tǒng)層 基本過程控制系統(tǒng)層 冗余控制閥

近年來，中國化工油品儲運(yùn)罐區(qū)事故頻發(fā)，給國家、人民生命財產(chǎn)造成重大損失。國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局第40號文《危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》明確提出:對重大危險源中的毒性氣體、劇毒液體和易燃?xì)怏w等重點(diǎn)設(shè)施，設(shè)置緊急切斷裝置；毒性氣體的設(shè)施，設(shè)置泄漏物緊急處置裝置。涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級或者二級重大危險源，配備獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)(SIS)[1]；國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局第116號文《加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》中規(guī)定：自2016年1月1日起，大型和外商獨(dú)資、合資等具備條件的化工企業(yè)新建涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工裝置和危險化學(xué)品儲存設(shè)施，設(shè)計符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全儀表系統(tǒng)[2]。SIS是罐區(qū)安全隱患治理方案中的一個重要組成部分，使危險降低到可以接受的最低程度，保證人員、設(shè)備和環(huán)境的安全。本文總結(jié)了化工油品儲運(yùn)罐區(qū)幾類安全聯(lián)鎖控制方案，并按照實際工況要求，討論其可行性。

1 罐區(qū)聯(lián)鎖控制方案原則

化工油品儲罐流程工藝相對簡單，其涉及的聯(lián)鎖控制類型較少，一般重要聯(lián)鎖包含:低低液位聯(lián)鎖、高高液位聯(lián)鎖。根據(jù)不同的工況、操作要求，聯(lián)鎖輸出與聯(lián)鎖類型略有不同。

1) 高高液位聯(lián)鎖。儲罐設(shè)高高液位開關(guān)，當(dāng)某種物料的儲罐達(dá)到高高液位時，應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉儲罐進(jìn)料閥門。

2) 低低液位聯(lián)鎖。儲罐設(shè)低低液位開關(guān)，當(dāng)某種物料的儲罐到達(dá)低低液位時，應(yīng)設(shè)置聯(lián)鎖停泵。若停泵會對下游裝置或站場造成停工再啟動等重大影響的儲罐，其液位低低聯(lián)鎖時應(yīng)采取二次報警，聯(lián)鎖關(guān)閉出料閥；若停泵不會對下游操作造成停工再啟動等重大影響的儲罐，其液位低低聯(lián)鎖則可采取聯(lián)鎖關(guān)閉出料閥、停泵及關(guān)閉泵出口閥。

2 罐區(qū)安全儀表SIL等級

在確定罐區(qū)的安全完整性等級(SIL)之前，要對罐區(qū)流程進(jìn)行危險和風(fēng)險評估，提出需設(shè)置報警和聯(lián)鎖的所有回路，針對每個回路分析危險發(fā)生的概率和危害程度進(jìn)行排序，得出需要設(shè)置SIL等級的安全儀表回路才能使風(fēng)險降低到可接受的狀態(tài)水平[3]。常用的方法包含:危險與可操作性分析(HAZOP)、what if/Checkist分析、事件樹分析、故障樹分析等[4]，把降低危險和風(fēng)險的機(jī)制稱為保護(hù)層，將安全功能分配到個保護(hù)層，確定SIS的安全儀表功能(SIF)及SIL等級。

SIS的SIL等級常用定量或定性的方法確定。根據(jù)經(jīng)驗或主觀評斷，稱之為定性分析；通過建立風(fēng)險評估模型，比較實際風(fēng)險值與可接受風(fēng)險值，確定SIL等級，稱之為定量分析[5]。本文中罐區(qū)危險和風(fēng)險評估方法選用HAZOP分析[6]，SIL等級要求不低于SIL2。

3 應(yīng)用案例

罐區(qū)的SIL等級具體體現(xiàn)在各個控制回路中，具有不同安全功能的控制回路的聯(lián)鎖方案也不同。

3.1 高高液位聯(lián)鎖控制方案

以某罐區(qū)的苯罐為例，如圖1所示，當(dāng)液位達(dá)到高高液位報警時，需要關(guān)閉儲罐的進(jìn)料閥，經(jīng)過HAZOP分析，確定SIF的保護(hù)層面是SIS層，要求控制回路SIL等級不低于SIL2。 SIS的檢測儀表、邏輯控制器、執(zhí)行元件均要滿足設(shè)定的SIL2等級要求。

圖1 某化工產(chǎn)品儲罐區(qū)苯罐報警聯(lián)鎖設(shè)置示意

1) “1oo1”邏輯控制。高高液位檢測儀表選用SIL2等級的儀表，如音叉液位開關(guān)；執(zhí)行元件選用帶電磁閥和閥位開關(guān)的氣動閥門，控制閥應(yīng)具有較高的密閉性，不低于Class Ⅴ級，且須冗余設(shè)置，可以達(dá)到SIL2要求。根據(jù)罐區(qū)實際工況，不宜設(shè)置冗余控制閥，可采用冗余電磁閥設(shè)計方案，即雙電磁閥氣動控制閥，電磁閥有串聯(lián)和并聯(lián)2種形式[7]，聯(lián)鎖邏輯如圖2所示。

2) “2oo3”邏輯控制。實際生產(chǎn)中，罐區(qū)液位開關(guān)的可靠性成為影響控制回路安全的關(guān)鍵因素，為了增加檢測儀表的可靠性，采取“2oo3”邏輯控制，提高SIL等級。檢測儀表可采用音叉液位開關(guān)、雷達(dá)液位計、伺服液位計；執(zhí)行元件為雙電磁閥氣動控制閥，聯(lián)鎖邏輯如圖3所示。

3.2 低低液位聯(lián)鎖控制方案

3.2.1停泵對裝置設(shè)施有影響

以某化工產(chǎn)品罐區(qū)石腦油罐為例，儲罐給乙烯裝置供料，當(dāng)儲罐低低液位時，停泵會對乙烯裝置正常生產(chǎn)造成重大影響，因此在儲罐低低液位時，只關(guān)閉儲罐出料口閥門，同時打開備用儲罐出料閥；乙烯裝置供料泵也應(yīng)冗余設(shè)置，若泵電機(jī)出現(xiàn)故障，應(yīng)當(dāng)及時開啟備用泵。經(jīng)過HAZOP分析，確定低低液位聯(lián)鎖關(guān)閉出料閥的SIF保護(hù)層面為基本過程控制系統(tǒng)(BPCS)層，為生產(chǎn)安全聯(lián)鎖，低低液位聯(lián)鎖關(guān)閥不停泵邏輯如圖4所示。泵出口去乙烯裝置管線壓力低低，開備用泵，確定為SIF保護(hù)層面為SIS層，要求控制回路SIL等級不低于SIL2，泵出口管線壓力低低聯(lián)鎖啟泵邏輯如圖5所示。

圖2 高高液位“1oo1”聯(lián)鎖邏輯示意

圖3 高高液位“2oo3”聯(lián)鎖邏輯示意

圖4 低低液位聯(lián)鎖關(guān)閥不停泵邏輯示意

3.2.2停泵對下游操作無影響

某化工產(chǎn)品罐區(qū)的甲苯儲罐，經(jīng)由甲苯裝船泵外輸，當(dāng)儲罐低低液位時，聯(lián)鎖關(guān)閉罐出料閥及停泵、關(guān)泵出口閥。經(jīng)過HAZOP分析，確定低低液位聯(lián)鎖關(guān)閉出料閥的SIF保護(hù)層面為BPCS層，為生產(chǎn)安全聯(lián)鎖，低低液位聯(lián)鎖停泵關(guān)閥DCS聯(lián)鎖邏輯如圖6所示。如果要SIF保護(hù)層面為SIS層，要求控制回路SIL等級不低于SIL2，根據(jù)GB/T 5070—2013《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[8]的要求，要求SIL2級回路的測量儀表宜與BPCS分開，邏輯控制器應(yīng)與BPCS分開，宜采用冗余控制閥[8]，低低液位聯(lián)鎖停泵關(guān)閥SIS聯(lián)鎖邏輯如圖7所示。根據(jù)HG/T 20511—2014《信號報警及聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[9]的要求，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的傳感器宜采用4～20 mA+HART信號傳輸?shù)闹悄茏兯推?，輸出信號宜帶故障模式輸出，最終元件為閥門時，宜采用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)[9]。不同聯(lián)鎖控制方案的儀表配置見表1所列。

表1 不同聯(lián)鎖控制方案的儀表配置

圖5 泵出口管線壓力低低聯(lián)鎖啟泵邏輯示意

圖6 低低液位聯(lián)鎖停泵關(guān)閥DCS聯(lián)鎖邏輯示意

圖7 低低液位聯(lián)鎖停泵關(guān)閥SIS聯(lián)鎖邏輯示意

4 結(jié)束語

聯(lián)鎖回路設(shè)置在DCS與SIS中，其控制方案與最終聯(lián)鎖發(fā)揮的作用不同，SIS對安全要求相對更高，保證系統(tǒng)在故障狀態(tài)下是安全的，把安全性放在第一位[10]。DCS用于日常的生產(chǎn)操作，兩者相對獨(dú)立，對于罐區(qū)的聯(lián)鎖回路在進(jìn)行SIL等級評定后，將安全聯(lián)鎖的回路設(shè)置在SIS中，日常生產(chǎn)聯(lián)鎖的控制回路設(shè)置在DCS中，合理地配置不同控制方案，選擇合適的自控儀表，便于企業(yè)的日常運(yùn)營及維護(hù)，同時也會降低風(fēng)險、事故發(fā)生的頻率。

[1] 安監(jiān)局.第40號文《危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》[EB/OL].(2015-08-27)[2017-08-10].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_5351/2011/0921/149181/ content_149181.htm.

[2] 安監(jiān)局.第116號文《加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》[EB/OL].(2014-11-19)[2017-08-10].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_21111/2014/1119/243090/content_243090.htm.

[3] 張達(dá).石油化工裝置SIL等級劃分及相應(yīng)儀表配置探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013(21)：54-55.

[4] 夏太武，袁樹海，宋彬，等.SIL在天然氣凈化廠控制系統(tǒng)安全分析中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2011，31(03)：92-96.

[5] 張建國.安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社，2010.

[6] 青島安全工程研究院.HAZOP分析指南[M].北京:中國石化出版社，2008.

[7] 翟仲曦，李俊杰.石油化工工藝包安全儀表系統(tǒng)設(shè)計探討[J].石油化工自動化，2017，53(03)：21-23.

[8] 黃步余，葉向東，范宗海，等.GB/T 50770—2013 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社，2013.

[9] 徐繼榮，馬恒平，高生軍，等.HG/T 20511—2014 信號報警及聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社，2014.

[10] 劉安琪，王效天，董梅，等.DCS與SIS在功能安全領(lǐng)域的對比分析[J].石油化工自動化，2017，53(02)：36-37.

DiscussiononInterlockControlSchemeofSafetyInstrumentinStorageandTransportationTankFarmforChemicalOilProducts

Yi Fei, Jia Yuming

(CNOOC Petrochemical Engineering Co.Ltd., Qingdao,266100, China)

s：Safety on chemical oil tank farm is the focus for petrochemical industry in recent years.Taking a tank farm as an example, several kinds of interlock control scheme for safety related are discussed from the perspective of engineering design.Based on principle of interlock control scheme of the tank farm and results of SIL of tank farm interlock loops, the interlock loops are set up in SIS and DCS reasonably.Through logic block diagram, different configurations of interlock control scheme in SIS and DCS are compared simply.Production operation and requirements are realized safely.Daily safety production management of enterprise is facilitated.The occurrence of safety accidents in tank farm is reduced.

safety integrity level；SIS layer；BPCS layer；redundant control valve

稿件收到日期：2017-08-10，修改稿收到日期2017-09-20。

伊飛(1988—)，男，山東淄博人， 2014年畢業(yè)于青島科技大學(xué)檢測裝置與自動化儀表專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于海工英派爾工程有限公司自控室，從事石油化工自動化設(shè)計工作，任工程師。

TP273

B

1007-7324(2017)06-0012-05