液氨罐區(qū)SIS安全儀表系統(tǒng)在眾泰煤焦化的應(yīng)用研究

張路杰，翟紅明，屠金財

（拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆 拜城 842300）

液氨是一種易燃、有毒、強腐蝕性的危險化學品，被列入國家首批《重點監(jiān)管的危險化學品目錄》中，根據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》要求，眾泰煤焦化有限公司的液氨儲存單元已列為一級重大危險源。隨著現(xiàn)代焦化生產(chǎn)的不斷發(fā)展,焦化生產(chǎn)裝置朝著集成化、規(guī)?；姆较虬l(fā)展。生產(chǎn)過程具有易燃、易爆、有毒、高溫高壓的特點,因此焦化生產(chǎn)中對安全的要求越來越高。目前，在重要的焦化生產(chǎn)中除了采用DCS系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行自動控制外,根據(jù)《危險化學品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局40號令）的要求，還需要有另外一套獨立的SIS安全儀表系統(tǒng)實現(xiàn)異常情況下化工生產(chǎn)裝置的緊急停車，以保證化工生產(chǎn)過程中人身和設(shè)備的安全。鑒于此，眾泰煤焦化對液氨工段進行SIS安全儀表系統(tǒng)升級改造。

1 什么是SIS安全儀表系統(tǒng)

SIS是安全儀表系統(tǒng)，根據(jù)美國儀表協(xié)會（ISA）對安全系統(tǒng)控制系統(tǒng)的定義而得名，也稱緊急停車系統(tǒng)（ESD）、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS）或儀表保護系統(tǒng)（IPS）。

安全儀表系統(tǒng)是指能實現(xiàn)一個或多個安全功能的系統(tǒng)，用于監(jiān)視生產(chǎn)裝置或獨立單元的操作，如果生產(chǎn)過程超出安全操作范圍，可以使其進入安全狀態(tài)，確保裝置或獨立單元具有一定的安全度。安全系統(tǒng)不同于批量控制、順序控制及過程控制的工藝聯(lián)鎖，當過程變量（溫度、壓力、流量、液位等）超限、機械設(shè)備故障、系統(tǒng)本身故障或能源中斷時，安全儀表系統(tǒng)自動（必要時可手動）地完成預(yù)先設(shè)定的動作，使操作人員、工藝裝置處于安全狀態(tài)。

2 SIS與DCS的區(qū)別

（1）DCS一般是由現(xiàn)場控制站、工程師站、操作員站和附屬設(shè)備等構(gòu)成；而SIS系統(tǒng)是由傳感器（測量儀表、邏輯解算器和檢測執(zhí)行元件）、關(guān)聯(lián)軟件及部件等構(gòu)成。而DCS不含檢測執(zhí)行部分。

（2）DCS用于對工藝操作所需要的各種操作參數(shù)均引至計算機控制系統(tǒng)，并視其重要程度分別進行指示、調(diào)節(jié)、記錄、積算、報警及聯(lián)鎖等，實現(xiàn)過程控制、順序控制和邏輯控制，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的集中控制監(jiān)視和管理；而SIS是超越極限安全即將工藝、設(shè)備轉(zhuǎn)至安全狀態(tài)。

（3）DCS是主動的、動態(tài)的，它始終對過程變量連續(xù)進行檢測、運算和控制，對生產(chǎn)過程進行動態(tài)控制，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。而SIS系統(tǒng)是被動的、休眠的，如遇突發(fā)安全狀況，使生產(chǎn)裝置安裝安全聯(lián)鎖或停車。

（4）DCS安全級別低，不需要安全認證；而SIS系統(tǒng)級別高，需要安全認證。

3 液氨罐區(qū)安全儀表系統(tǒng)改造前現(xiàn)狀及相關(guān)背景情況

我公司液氨工段現(xiàn)有408m3球罐兩臺，儲量為916m3。液氨罐區(qū)現(xiàn)場儀表嚴格按照相關(guān)標準規(guī)范與設(shè)計要求，選用國內(nèi)外安全可靠的儀表。過程控制采用成熟可靠的集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，英文簡稱DCS），嚴格按照國建相關(guān)法律法規(guī)及標準規(guī)范，完成了安全設(shè)施與生產(chǎn)裝置及液氨罐區(qū)的“三同時”。眾泰煤焦化運用危險與可操作性分析方法，分析氨區(qū)可能存在的安全隱患，評估氨區(qū)安全防護措施的充分性。根據(jù)現(xiàn)場條件和實際需要提出具體要求，委托有設(shè)計資質(zhì)的中冶焦耐大連工程技術(shù)有限公司為我公司氨區(qū)改造SIS安全儀表系統(tǒng)設(shè)計和施工，由阿克蘇地區(qū)金峰信息技術(shù)有限公司根據(jù)設(shè)計要求，進行SIS安全儀表系統(tǒng)軟件的組態(tài)和調(diào)試工作。

4 液氨罐區(qū)安全儀表系統(tǒng)改造

4.1 安全儀表系統(tǒng)改造前存在問題

氨區(qū)改造前，氨區(qū)系統(tǒng)控制采用集中控制系統(tǒng)（DCS）與現(xiàn)場操作人員巡檢操作相結(jié)合的方式，主要存在以下幾方面問題：

（1）原設(shè)計缺少必要的安全聯(lián)鎖，各工藝參數(shù)只有上下限的報警在DCS，根據(jù)現(xiàn)場報警由DCS總控通知現(xiàn)場巡檢工進行人工操作控制，一旦出現(xiàn)問題或安全突發(fā)事件，必須依賴操作人員的緊急應(yīng)變處置能力。

（2）缺少足夠的、必要的緊急切斷閥，原設(shè)計只在每個儲罐出口安裝有電動切斷閥通過DCS系統(tǒng)遠程控制，如在液氨卸車過程中發(fā)生意外泄漏事故，無法立即進行切斷來阻止事故的擴大蔓延。

（3）DCS選用控制閥門為防爆電動型，在發(fā)生意外斷電情況下，無法起到應(yīng)有的作用，不符合安全儀表系統(tǒng)規(guī)范要求的安全型氣動切斷閥。

（4）因原DCS控制系統(tǒng)未設(shè)計必要的安全聯(lián)鎖，所以控制器的中央處理單元、輸入輸出單元、通信單元及電源單元等就更未做到冗余，如系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則無法確保液氨罐區(qū)的安全操作與停車。

為從根本上改善和解決以上問題，必須升級改造一套與DCS操作控制系統(tǒng)分開、獨立的SIS安全儀表系統(tǒng)。

4.2 SIS安全儀表系統(tǒng)升級改造

（1）在眾泰煤焦化60萬噸焦化液氨區(qū)域安裝一套液氨SIS安全儀表控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為中控、現(xiàn)場兩部分。系統(tǒng)設(shè)計為在中央控制室機柜間內(nèi)安裝一套三重冗余的PLC系統(tǒng)，在操作室內(nèi)安裝操作員站和工程師站，根據(jù)生產(chǎn)工藝和聯(lián)鎖要求進行程序的組態(tài)和編制。

根據(jù)設(shè)計要求在現(xiàn)場安裝各種傳感器、調(diào)節(jié)閥和切斷閥。鋪設(shè)到液氨各個區(qū)域的控制電纜，將安全生產(chǎn)運行所需要的各種溫度、壓力、流量、液位等信號傳輸至PLC控制系統(tǒng)，使其按照設(shè)計的程序和要求自動對整個無水氨的生產(chǎn)、存儲過程進行有效監(jiān)控。

（2）采用先進的三重冗余PLC控制技術(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在一套系統(tǒng)出現(xiàn)問題時,另外的后備系統(tǒng)能無縫地切換上去。通過OPC數(shù)據(jù)接口和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，將工藝參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)通過web發(fā)布到特定的用戶終端。

（3）SIS系統(tǒng)的硬件配置:本項目配置的控制器，其硬件性能指標優(yōu)異，充分保證了本項目工藝過程和裝置設(shè)備對SIS系統(tǒng)的性能需求。SIS系統(tǒng)控制器主處理采用專用工業(yè)級CPU。所有IO模件都配有專用的端子板ETP?，F(xiàn)場信號接入端子板。開關(guān)量端子板上有回路保險，模擬量端子板上有電壓/電流調(diào)整等功能。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu):本項目成套的SIS系統(tǒng)的硬件為ABB PM865K0控制器，控制器為機架擴展式結(jié)構(gòu)，機架之間采用三冗余的I/O BUS相連，SIS系統(tǒng)配有一個主機架，并根據(jù)I/O點數(shù)的多少，最多可連14個擴展機架。系統(tǒng)還支持遠程擴展機架，最大距離為12千米。每套系統(tǒng)最多可支持除系統(tǒng)主機架所在地外共6個遠程地址。

軟件開發(fā)平臺是SIS系統(tǒng)的基本軟件開發(fā)平臺，提供給用戶的編程語言有功能塊（FBD）梯形圖（LD）、結(jié)構(gòu)文本（ST），并具有在線修改程序和在線下裝功能，較大地方便了用戶。該軟件支持IEC1131-3標準圖庫。

（4）調(diào)試完成后，SIS安全儀表系統(tǒng)投入試運行，經(jīng)連續(xù)無故障運行72h后，驗收合格。

4.3 SIS安全儀表系統(tǒng)升級改造后運行效果

液氨罐區(qū)SIS安全儀表系統(tǒng)升級改造完成后，所有的液氨球罐、氨水槽、不合格液氨儲槽的壓力、溫度、液位及儲罐輸氨壓力等共計32個工藝參數(shù)全部完成了SIS邏輯控制聯(lián)鎖的安裝，任何一個工藝參數(shù)達到聯(lián)鎖值，系統(tǒng)將會立即運行，及時安全停車，切斷相關(guān)閥門；另設(shè)有緊急停車按鈕，用于緊急狀態(tài)下氨區(qū)的停車與切斷，達到了無需依賴巡檢工的人為操作處置，即可快速轉(zhuǎn)為安全狀態(tài)的效果。

5 結(jié)束語

項目完成安裝調(diào)試，投入運行后，公司氨區(qū)的本質(zhì)安全水平得到了根本的改善和提升，液氨生產(chǎn)操作實現(xiàn)自動連鎖，提高產(chǎn)品質(zhì)量。當設(shè)備出現(xiàn)重大隱患、關(guān)鍵工藝參數(shù)波動超過上下限時，SIS安全儀表系統(tǒng)能及時介入干預(yù)，防止出現(xiàn)大的安全事故和環(huán)境污染事故。各生產(chǎn)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)和關(guān)鍵工業(yè)參數(shù)實時上傳至中控室和操作間，并通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)布到指定的用戶終端，運行信息化、自動化手段提高了日常安全生產(chǎn)管理水平，增加了企業(yè)經(jīng)濟效益，杜絕人身和設(shè)備事故的發(fā)生。經(jīng)過測算，系統(tǒng)投入使用后，產(chǎn)品液氨合格率提高3.2%以上，每年為企業(yè)增加76萬元效益，減少設(shè)備事故和環(huán)境污染造成的損失82萬元。

[1]賴晨捷.SIS系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用 [J].電腦知識與技術(shù)，2011，7（34）：8851-8853.

[2]王志新.火電廠監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2009：62-114.

[3]侯子良.登高望遠，積極迎接SIS建設(shè)高潮——SIS若干問題討論[J].電力設(shè)備，2006（2）：44-49.