SIS系統(tǒng)在四氟乙烯裝置中的應用研究

王金枝，羅永振

(山東東岳高分子材料有限公司，山東 淄博 256400)

安全儀表系統(tǒng)(SIS)是化工生產(chǎn)中非常重要的保護措施。合理、可靠的安全儀表系統(tǒng)可以有效避免生產(chǎn)事故，并盡可能減少誤動作所帶來的非計劃停工。隨著化工生產(chǎn)、儲運裝置或設(shè)施的大型化和現(xiàn)代化，能量高度集中，潛在事故風險加大，安全儀表系統(tǒng)作用愈加凸顯，成為大型石化過程設(shè)備及成套裝置不可或缺的重要保護措施。無數(shù)國內(nèi)外安全事故表明，很多安全生產(chǎn)事故與未設(shè)置安全儀表系統(tǒng)或設(shè)置不合理有關(guān)。英國邦斯菲爾德油庫，美國德克薩斯州BP煉油廠及北京東方化工廠火災爆炸等事故警鐘不斷提醒業(yè)界要特別重視安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計與維護管理。因此，如何合理、有效設(shè)置并維護管理安全儀表系統(tǒng)，實現(xiàn)安全儀表系統(tǒng)的安全功能，避免造成重特大事故，成為企業(yè)普遍關(guān)注的問題。

1 四氟乙烯裝置SIS系統(tǒng)的必須性和重要作用

根據(jù)國家安全監(jiān)管總局2014年下發(fā)的《關(guān)于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導意見》，文件要求從2016年1月起，大型、外商獨資等具備條件的化工企業(yè)、新建涉及“兩重點一重大”的化工生產(chǎn)裝置，要按照意見要求設(shè)計符合標準的SIS系統(tǒng)。

為了滿足國家標準、指導意見和企業(yè)管理規(guī)定相關(guān)要求，加強化工裝置安全儀表系統(tǒng)管理，防止和減少安全事故發(fā)生，促進生產(chǎn)裝置安全穩(wěn)定運行，四氟乙烯裝置(涉及重點監(jiān)管工藝裂解工藝)必須配備安全儀表系統(tǒng)。四氟乙烯裝置通過蒸汽過熱爐加熱F22和蒸汽，二者在反應器中進行裂解反應，經(jīng)過急冷、精制、精餾，得到最終產(chǎn)品四氟乙烯單體，該裝置為易燃易爆裝置，對工藝安全聯(lián)鎖要求非常高。SIS系統(tǒng)是一套獨立控制系統(tǒng)，在正常生產(chǎn)狀態(tài)下不參與控制，但是當化工生產(chǎn)裝置中可能引發(fā)生產(chǎn)事故的狀態(tài)出現(xiàn)時，才會觸發(fā)動作，比如將危及生產(chǎn)安全的物料放空或切斷，同時啟動預設(shè)的安全程序。SIS系統(tǒng)與四氟乙烯裝置中自動警報系統(tǒng)相連接，在生產(chǎn)中SIS系統(tǒng)檢測到生產(chǎn)參數(shù)超出設(shè)定范圍時，觸發(fā)報警，快速發(fā)出警告，提示生產(chǎn)中出現(xiàn)了故障。操作人員收到報警，第一時間發(fā)現(xiàn)異常的工藝參數(shù)并做出相應的操作，安全儀表系統(tǒng)中的報警功能能夠幫助操作人員及時掌握事故進展，快速的準確判斷故障發(fā)生的位置，將事故損失控制在最低范圍之內(nèi)。SIS系統(tǒng)以上優(yōu)勢使化工生產(chǎn)裝置更加的安全，查找報警更加的快速及時，生產(chǎn)操作更加安全便捷。

1.1 報警響應及時

在四氟乙烯裝置中安全儀表系統(tǒng)設(shè)置完善的報警系統(tǒng)，生產(chǎn)過程中安全儀表檢測到超出設(shè)定安全范圍的工藝參數(shù)時，安全報警系統(tǒng)便會及時發(fā)出警示信息，提示故障出現(xiàn)的準確位置，并標明超標參數(shù)。操作人員查看報警記錄，根據(jù)報警提示，找到參數(shù)超標的設(shè)備或位置，第一時間進行干預或調(diào)整，避免造成更大損失。

1.2 管控一體化

四氟乙烯裝置生產(chǎn)中配備SIS系統(tǒng)，建立了完善的生產(chǎn)過程管理和設(shè)備管理功能，對整個運行工況進行監(jiān)控、分析和決策，通過DCS系統(tǒng)平臺實時監(jiān)督SIS系統(tǒng)有效結(jié)合，幫助操作人員進行相應的應急操作，提升安全儀表系統(tǒng)自動化控制水平，進一步推動國內(nèi)整個氟化工行業(yè)的發(fā)展壯大。

1.3 有效降低安全事故

四氟乙烯生產(chǎn)裝置中未設(shè)置安全檢測儀表系統(tǒng)，將無法應對或發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的安全隱患。通過安裝安全儀表系統(tǒng)，有效避免設(shè)備運行過程中出現(xiàn)故障或工藝參數(shù)超標無法發(fā)現(xiàn)，從而避免安全事故的發(fā)生，安全儀表系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)并提示超標參數(shù)，并定位故障發(fā)生的位置，操作人員只需要將主要精力放在監(jiān)控異常、維護保養(yǎng)好儀表系統(tǒng)、保證儀表處于正常運行狀態(tài)即可[1]。

2 安全儀表功能(SIF)辨識

通過對四氟乙烯生產(chǎn)裝置技術(shù)文件(HAZOP分析報告、工藝流程圖、聯(lián)鎖邏輯圖等)，進行危險與風險分析，完成安全儀表功能(SIF)辨識。清晰地、準確地辨識SIF，是SIL定級分析的首要工作之一。每個SIS可以執(zhí)行多個SIF，每個SIF針對特定的風險，并且每個SIF對應一個特定的SIL。

因此，確定安全儀表功能能夠可靠地完成其動作之前應該先清楚、準確的確定安全儀表功能能夠完成什么工作。安全儀表功能需要做的第一件事是辨別危險的出現(xiàn)，然后考慮安全儀表功能發(fā)生作用后要將生產(chǎn)系統(tǒng)帶入什么樣的安全狀態(tài)，安全儀表功能需要做什么動作才能使異常過程進入正常的安全狀態(tài)。這樣就有了一個明確的思路，什么情況下表明需要動作、什么是安全狀態(tài)以及具體需要什么動作。

3 安全完整性等級(SIL)定級

安全儀表功能回路所需要的完整性等級(SIL)是通過評測SIF失效后的危險而確定的，這些危險包括人員傷亡以及經(jīng)濟損失。確定SIL目的是通過應用可靠的安全儀表功能來有效降低安全事故危險的影響，從而把生產(chǎn)系統(tǒng)的安全事故風險降低到一個可接受范圍之內(nèi)。風險降低是為滿足特定情況的允許風險而一定要達到的風險降低。參考四氟乙烯裝置風險矩陣或可接受風險水平，利用保護層分析(LOPA)法，結(jié)合安全儀表系統(tǒng)可靠性建模，綜合考慮各類風險的安全完整性等級，再選用其中需求較高的安全完整性等級。

4 安全生命周期

生產(chǎn)系統(tǒng)中安全儀表系統(tǒng)的安全生命周期SLC(Safety Life Cycle)管理對于新改擴建建設(shè)非常重要，每一個環(huán)節(jié)都需要保證功能安全，有效的降低化工生產(chǎn)過程中隱含的風險，在一定程度上降低了安全儀表系統(tǒng)的投入成本。安全生命周期中各時期儀表是否穩(wěn)定運行決定了SIS系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能。SIS的安全生命周期是指從剛開始的系統(tǒng)設(shè)計到正常運行使用，一直到整個系統(tǒng)功能失效的整個過程。操作人員全面的了解、學習與系統(tǒng)相關(guān)的專業(yè)知識，對系統(tǒng)中的儀表、控制系統(tǒng)進行維護保養(yǎng)，從而確保整個安全系統(tǒng)各個方面正常運行，從而滿足四氟乙烯裝置的安全生產(chǎn)[2]。

5 相關(guān)建議措施

基于SIS功能安全相關(guān)標準，SIL分析結(jié)果以及行業(yè)經(jīng)驗和做法，綜合分析評估，提出相關(guān)建議措施。

(1)爐溫溫度升高將造成反應器溫度升高，建議定期檢驗安全閥和防爆膜，確保其可靠性。

(2)測量儀表不建議采用開關(guān)量儀表，此類儀表長久不發(fā)生動作，會出現(xiàn)接觸不良，導致誤動作或是不動作，影響系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。

(3)安全儀表系統(tǒng)對切斷閥進行冗余配置有明確規(guī)定要求，安全完整性等級為2級的安全儀表，應該采用冗余控制閥。但是有些生產(chǎn)現(xiàn)場因設(shè)備管線過多導致空間不夠，對滿足冗余配置要求欠缺，只能采用一臺控制閥，可以將配套的電磁閥進行冗余配置[3]。

6 結(jié)束語

四氟乙烯生產(chǎn)裝置為易燃易爆裝置，涉及重點監(jiān)管工藝裂解工藝，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)對該裝置的安全運行尤其重要。安全儀表系統(tǒng)可預防和降低四氟乙烯生產(chǎn)過程中的事故風險，保證工人的人身安全，保護環(huán)境，具有良好的經(jīng)濟效益。因此，四氟乙烯生產(chǎn)中引入SIS系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自動化提升、快速報警響應、減少安全生產(chǎn)事故發(fā)生等積極作用，安全儀表系統(tǒng)可以評估四氟乙烯生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的安全問題，確保自動控制儀表系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，有效幫助四氟乙烯生產(chǎn)裝置的安全運行。