液氯貯槽的安全儀表系統(tǒng)（SIS）改造總結(jié)

王海斌，楊永財，黃克勁，張海霞

（內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯014300）

內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司成立于2004 年4月，目前年產(chǎn)50 萬t聚氯乙烯樹脂、38 萬t燒堿、1.5 萬t液氯及8 萬t鹽酸。依據(jù)國家相關(guān)部門已對該公司危險化學(xué)品重大危險源評估的結(jié)論，其中認定燒堿裝置系統(tǒng)已構(gòu)成一級重大危險源，涉及到的重大危險源物質(zhì)有氫氣、氯氣和氯化氫。燒堿生產(chǎn)裝置系統(tǒng)包括：電解、氯氫處理、氯化氫/鹽酸、次氯酸鈉裝置以及液氯貯槽、液氯鋼瓶和事故氯氣處理單元，其中液氯貯槽是該公司重點監(jiān)控重大危險源之一。

根據(jù)國家安全監(jiān)管總局《關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知》（安監(jiān)總管三［2009］116 號）、國家安全監(jiān)管總局《危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（安監(jiān)總管40 號令）、《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》（安監(jiān)總管三〔2014〕116 號）、《化工（危險化學(xué)品）企業(yè)安全檢查重點指導(dǎo)目錄》（安監(jiān)總管三〔2015〕113 號）文件的要求，以及該公司液氯貯槽的實際情況，對該裝置安全儀表系統(tǒng)進行了改造，并采用了浙江中控自主研發(fā)的TCS-900 安全儀表系統(tǒng)，且系統(tǒng)于2018 年3 月投入使用。

1 安全儀表系統(tǒng)

安全儀表系統(tǒng)，Safety instrumented System，簡稱SIS，又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（Safety interlocking System）[1]。

SIS 系統(tǒng)獨立于集散控制系統(tǒng)（DCS）[2]，其級別高于DCS 系統(tǒng)。在正常情況下，SIS 系統(tǒng)是處于靜態(tài)的，無需人員操作。只有當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時，不經(jīng)過DCS 系統(tǒng)，而直接由SIS 系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)鎖信號，對現(xiàn)場設(shè)備進行安全保護，避免危險擴散造成嚴重損失。

2 原DCS 系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯

氯氣液化裝置包括了冷凝機組、液氯貯存和包裝、冷水機組3 個單元。液氯貯存和包裝工藝流程示意圖見圖1。

圖1 液氯貯存和包裝工藝流程示意圖

根據(jù)液氯貯槽工藝的操作規(guī)程，在DCS 系統(tǒng)畫面引入貯槽液位、壓力、溫度監(jiān)測點和進出口控制閥，以及有毒氣體監(jiān)測儀（GIAT0123～0127）等設(shè)備，并要求DCS 系統(tǒng)程序中加入液氯貯槽進出口閥門的聯(lián)鎖控制。

以液氯貯槽（V0603A）舉例說明，其進出口閥門的動作條件如下。

（1）進口閥動作條件。當(dāng)GIAT0123（液氯中間槽V0604AB 之間的氯氣監(jiān)測儀）與GIAT0124（液氯貯槽V0603AB 之間的氯氣監(jiān)測儀）的高高報警信號同時觸發(fā)，并且PLAC（液氯貯槽V0603A 聯(lián)鎖投入允許信號）值為1 時，或者LIA601A（液氯貯槽V0603A 的雷達液位計）的高高報警信號觸發(fā)后，強制關(guān)閉液氯貯槽（V0603A）的進口閥門XV601A。

（2）出口閥動作條件。當(dāng)LIA602AB（液氯中間槽V0604AB 的雷達液位計）的高高報警信號同時觸發(fā)后，強制關(guān)閉液氯貯槽（V0603A）的出口閥門XV602A。

3 SIS 系統(tǒng)改造

由于現(xiàn)有DCS 系統(tǒng)不能滿足SIS 系統(tǒng)的相關(guān)要求，依據(jù)國家相關(guān)法律文件以及液氯貯槽現(xiàn)有工藝監(jiān)測點和控制設(shè)備，并按照SIS 系統(tǒng)的完整性、獨立性和安全等級要求，進行了液氯貯槽SIS 系統(tǒng)招標(biāo)，由設(shè)計院進行SIS 系統(tǒng)的設(shè)計及選型。經(jīng)過對多家系統(tǒng)集成商的技改方案、供貨周期和同行業(yè)的業(yè)績評比，最終方案采用了浙大中控TCS-900 安全儀表系統(tǒng)。

3.1 TCS-900 系統(tǒng)簡介

TCS-900 系統(tǒng)是浙大中控面向工業(yè)自動化安全領(lǐng)域，自主研發(fā)的安全儀表系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用完全三重化[3]五次表決的高可靠結(jié)構(gòu)設(shè)計，由獲得TüV Rheinland SIL3 認證[4]且符合IEC61508 標(biāo)準(zhǔn)的安全模塊組成，滿足SIL3 應(yīng)用要求?？蓱?yīng)用于石油天然氣、大型石化化工、能源等領(lǐng)域的關(guān)鍵過程安全控制場合，包括ESD 系統(tǒng)、FGS 系統(tǒng)、BMS 系統(tǒng)和CCS系統(tǒng)等。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

TCS-900 系統(tǒng)硬件由SIS 系統(tǒng)輔操臺、操作站（兼工程師站）和安全控制站構(gòu)成。安全控制站由控制器、輸入模塊、輸出模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊以及IO端子板組成，SIS 系統(tǒng)輔操臺信號、現(xiàn)場儀表I/O 信號和DCS 系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)都通過I/O 端子板和DB 電纜接入到機架I/O 模塊的通道中，TCS-900系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 TCS-900系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 主要部件

TCS-900 系統(tǒng)的主要部件包括機架、控制器、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、各類I/O 模塊和端子板等，控制站部件列表見表1。

3.4 監(jiān)測點和控制回路

切斷閥根據(jù)工藝要求，送控制室DCS 系統(tǒng)的液位聯(lián)鎖回路10 個，切斷閥遙控10 個。進入DCS 的IO 點數(shù)及類型如下。

（1）模擬量輸入信號10 個（其中新增5 個，利舊5 個）；

（2）開關(guān)量輸入信號20 個（利舊20 個）；

（3）開關(guān)量輸出信號10 個（利舊10 個）。

表1 控制站部件列表

根據(jù)工藝要求另有10 套液位聯(lián)鎖控制回路送入SIS 系統(tǒng)。進入SIS 系統(tǒng)的IO 點數(shù)及類型如下。

（1）模擬量輸入信號10 個；

（2）開關(guān)量輸入信號27 個；

（3）開關(guān)量輸出信號16 個。

3.5 SIS 系統(tǒng)輔操臺

液氯貯槽SIS 系統(tǒng)輔操臺主要包括5 個貯槽急停完成指示燈、5 個貯槽閥門急停按鈕、綜合報警燈、蜂鳴器、消音按鈕和試燈按鈕。輔操臺主要用于觸發(fā)SIS 系統(tǒng)急停按鈕、急停信號復(fù)位以及SIS 系統(tǒng)報警指示和確認。

3.6 SIS 系統(tǒng)邏輯關(guān)系

以液氯貯槽（V0603A）閥門動作條件舉例說明，SIS 系統(tǒng)的邏輯關(guān)系示意圖見圖3，進出口閥門動作條件如下。

（1）生產(chǎn)裝置運行正常，且液氯貯槽（V0603A）的進口閥門VX601A、出口閥門XV602A 都在關(guān)閉狀態(tài)。

液氯貯槽（V-0603A）雷達液位計ALT-601A 和外測試液位計ALT-601A1 均顯示正常，液氯貯槽（V-0603A）閥門急停按鈕DHS-A 未按下，并且2 臺液位計的聯(lián)鎖允許信號已投入，邏輯關(guān)系中的RS觸發(fā)器輸出保持不變（前一次復(fù)位后的輸出值），電磁閥CXY-601AA1、CXY-602AA1 均保持原有狀態(tài)，液氯貯槽（V-0603A）進出口閥門VX601A、XV602A 不動作。

操作畫面的狀態(tài)：邏輯輸入條件和輸出結(jié)果對應(yīng)的狀態(tài)指示全為綠色，邏輯關(guān)系中所有的線條為綠色。

（2）生產(chǎn)裝置出現(xiàn)異常情況，且液氯貯槽（V0603A）的進口閥門VX601A、出口閥門XV602A都在開啟狀態(tài)。

雷達液位計ALT-601A 顯示值≥80%或外測式液位計ALT-601A1 顯示值≥80%，或者閥門急停按鈕DHS-A 已按下，并且兩臺液位計的聯(lián)鎖允許信號已投入，邏輯關(guān)系中的RS 觸發(fā)器輸出低電平，電磁閥CXY-601AA1、CXY-602AA1 均在失電狀態(tài)，進出口閥門VX601A、XV602A 全部關(guān)閉。

操作畫面的狀態(tài)：邏輯輸入中異常條件的狀態(tài)指示由綠變紅，邏輯關(guān)系中對應(yīng)的線條由綠變紅，輸出結(jié)果中4 個電磁閥的狀態(tài)指示全部由綠變紅。在操作窗口報警欄中將顯示報警信號并閃爍，電腦主機發(fā)出報警聲音。

SIS 輔操臺狀態(tài)：綜合報警燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出響聲；如果是因閥門急停按鈕DHS-A 被按下時，液氯貯槽（V-0603A）急停完成指示燈也變紅色。

（3）聯(lián)鎖復(fù)位

當(dāng)生產(chǎn)裝置的異常情況已排除后，且液位計ALT-601A、ALT-601A1 均顯示正常，SIS 輔操臺上的閥門急停按鈕DHS-A 也進行了手動復(fù)位，操作人員只需在操作畫面中點擊復(fù)位按鈕一次，之后邏輯關(guān)系中的RS 觸發(fā)器輸出高電平，電磁閥CXY-601AA1、CXY-602AA1 均在得電狀態(tài)，進出口閥門VX601A、XV602A 才允許操作人員從DCS 系統(tǒng)中手動開啟。

3.7 SIS 系統(tǒng)操作規(guī)范

SIS 系統(tǒng)操作規(guī)范如下。

（1）SIS 系統(tǒng)的操作開關(guān)、按鈕均由生產(chǎn)裝置指定人員操作。操作人員必須愛護設(shè)備，保持設(shè)備的清潔衛(wèi)生。

（2）操作人員必須懂得正確操作和使用SIS 系統(tǒng)，加強SIS 系統(tǒng)知識的學(xué)習(xí)。

（3）操作人員必須注意保護自己的SIS 系統(tǒng)，對登錄系統(tǒng)的口令必須保密。

（4）不得允許任何無關(guān)人員使用自己的SIS 系統(tǒng)，嚴禁擅自或允許其他非專業(yè)技術(shù)人員修改自己SIS 系統(tǒng)的重要設(shè)置。

4 存在隱患

液氯貯槽的有毒氣體監(jiān)測點同時引入DCS 系統(tǒng)和SIS 系統(tǒng)，雖然DCS 系統(tǒng)中已經(jīng)做了相應(yīng)的聯(lián)鎖控制，但是SIS 系統(tǒng)的邏輯關(guān)系中未加入其聯(lián)鎖控制，這一點需要引起關(guān)注。由于SIS 系統(tǒng)的安全級別高于DCS 系統(tǒng)，如能在SIS 系統(tǒng)中引入有毒氣體監(jiān)測點的聯(lián)鎖控制，一旦檢測到其報警，SIS 系統(tǒng)可以快速響應(yīng)，直接觸發(fā)急停保護聯(lián)鎖。

5 結(jié)語

在液氯貯槽的安全生產(chǎn)管理中，安全儀表系統(tǒng)是非常特殊的控制系統(tǒng)，在日常的使用和維護中必須遵循嚴格的安全標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范，綜合多種安全可靠的措施，實施正確操作，確保安全儀表系統(tǒng)功能安全的實現(xiàn)，使人員和設(shè)備安全都得到充分的保障。