淺談安全儀表系統(tǒng)在氨站裝置的應(yīng)用

蘇春霞，康 健，劉 亭，皮良年

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北荊門 432910）

0 引言

湖北大峪口公司氨站采用低溫常壓存儲(chǔ)技術(shù)，設(shè)計(jì)存儲(chǔ)能力20 000 m3，包括兩個(gè)10 000 m3的液氨柱罐、一個(gè)1000 m3的液氨球罐和附屬氨壓縮機(jī)、氨泵等設(shè)施。氨站的職責(zé)是外購汽鐵運(yùn)液氨接卸、存儲(chǔ)和供應(yīng)及過程中的安全生產(chǎn)控制。

由于液氨有毒有害、易燃易爆、易揮發(fā)易擴(kuò)散，液氨存儲(chǔ)罐區(qū)是一個(gè)重大危險(xiǎn)源，為了保證氨站的安全生產(chǎn)運(yùn)行，除了采用DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控外，還必須有一套獨(dú)立于DCS 系統(tǒng)之外的SIS（Safety instrumentation System，安全儀表系統(tǒng)）系統(tǒng)[1]。

1 氨站裝置工藝流程簡介

生產(chǎn)裝置所需的原料液氨主要來自于外購，當(dāng)液氨槽車?？吭诎闭局付ㄐ盾囄缓?，正確連接卸車平臺(tái)與槽車氣液相鶴管，如槽車壓力高于球罐壓力時(shí)，可自流卸車，如槽車壓力低于球罐壓力時(shí)，啟動(dòng)卸車壓縮機(jī)抽球罐內(nèi)的氣氨，將其壓縮后送至槽車內(nèi)造成壓差將槽車內(nèi)的液氨壓入球罐內(nèi)。球罐作為液氨儲(chǔ)罐的過度和緩沖罐，經(jīng)球罐與儲(chǔ)罐之間的液氨管線，將球罐內(nèi)的液氨輸送至儲(chǔ)罐內(nèi)貯存待用。在輸送液氨的過程中，液氨儲(chǔ)罐的壓力會(huì)不斷升高，這時(shí)可啟動(dòng)氨制冷冰機(jī)，抽取儲(chǔ)罐內(nèi)的氣氨經(jīng)冷凝器冷凝成液氨后經(jīng)貯氨器、經(jīng)濟(jì)器返回儲(chǔ)罐內(nèi)貯存。在接到生產(chǎn)裝置供氨指令后，可根據(jù)生產(chǎn)裝置要求啟動(dòng)低溫泵抽取儲(chǔ)罐內(nèi)低溫氨向生產(chǎn)裝置供氨，或啟動(dòng)常溫泵抽取球罐內(nèi)常溫氨向生產(chǎn)裝置供氨。

2 系統(tǒng)規(guī)模配置及聯(lián)鎖控制方案

2.1 系統(tǒng)規(guī)模配置

2.1.1 安全儀表系統(tǒng)（SIS）介紹

安全儀表系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)安全功能的儀表系統(tǒng)，它是“靜態(tài)”系統(tǒng)，正常工況下，不對(duì)生產(chǎn)過程控制輸出動(dòng)作；在出現(xiàn)危險(xiǎn)情況下，由“靜”變“動(dòng)”，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)計(jì)進(jìn)行邏輯控制運(yùn)算并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或者緊急停車[2-6]。

2.1.2 系統(tǒng)規(guī)模配置

大峪口公司在氨站裝置中控制系統(tǒng)采用的是橫河CENTUM CS3000 DCS，安全儀表系統(tǒng)則采用的是橫河提供的ProSafe-RS 系統(tǒng)。

整個(gè)系統(tǒng)由DCS 遠(yuǎn)程I/O站、SIS 控制站、一臺(tái)SIS 工程師站、兩臺(tái)操作員站和輔助操作臺(tái)組成。SIS 工程師站用于系統(tǒng)組態(tài)、編程、故障診斷、程序開發(fā)及系統(tǒng)維護(hù)。操作員站是DCS 系統(tǒng)與SIS 系統(tǒng)公用一套人機(jī)界面，用于該裝置生產(chǎn)工藝操作控制和監(jiān)視等。輔助操作臺(tái)安裝信號(hào)報(bào)警器及信號(hào)燈，與安全儀表系統(tǒng)連接采用硬接線方式。用于SIS 系統(tǒng)的控制信號(hào)通過安全柵一分為二進(jìn)入DCS 系統(tǒng)控制站。整個(gè)系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)控制網(wǎng)總線實(shí)現(xiàn)控制站與操作站之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，通過以太網(wǎng)連接各操作站之間的數(shù)據(jù)。整個(gè)裝置的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示。

圖1 氨站控制系統(tǒng)構(gòu)成配置

2.2 系統(tǒng)主要聯(lián)鎖控制方案

2.2.1 氨氣壓力聯(lián)鎖控制

液氨柱罐氨氣壓力指示設(shè)計(jì)量程（-10～20）kPa，當(dāng)氨氣壓力≤1 kPa 時(shí)，低限報(bào)警，當(dāng)氨氣壓力≤0.5 kPa 時(shí)，聯(lián)鎖停氨制冷冰機(jī)；當(dāng)氨氣壓力≥5 kPa 時(shí)，高限報(bào)警，當(dāng)氨氣壓力≥6 kPa時(shí)，聯(lián)鎖打開放空閥。同時(shí)輔助臺(tái)報(bào)警燈屏蜂鳴閃爍。

2.2.2 氨氣液位聯(lián)鎖控制

液氨柱罐氨氣液位指示設(shè)計(jì)量程-0%～100%，當(dāng)氨氣液位≤7.25%時(shí)，低限報(bào)警，當(dāng)氨氣液位≤4.83%時(shí)，聯(lián)鎖停低溫液氨泵；當(dāng)氨氣液位≥99%時(shí)高限報(bào)警，氨氣液位≥100%時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉液氨進(jìn)口管切斷閥。同時(shí)輔助臺(tái)報(bào)警燈屏蜂鳴閃爍。

液氨球罐氨氣液位指示設(shè)計(jì)量程-0%～100%，當(dāng)氨氣液位≤28.23%時(shí)，低限報(bào)警，氨氣液位≤8.07%時(shí)，聯(lián)鎖停常溫液氨泵。

3 實(shí)際應(yīng)用過程

3.1 系統(tǒng)組態(tài)

系統(tǒng)組態(tài)包括：定義CPU 型號(hào)、通信接口、系統(tǒng)柜的數(shù)目和NODE 的個(gè)數(shù)；定義各NODE 中I/O 卡件的型號(hào)和物理位置；建立I/O 點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫，包括變量類型、位號(hào)、描述、說明等；針對(duì)本裝置的I/O 點(diǎn)設(shè)計(jì)清單，通過ProSafe-RS 實(shí)現(xiàn)I/O點(diǎn)組態(tài)及定義變量，見圖2。

3.2 邏輯功能塊圖

通過功能塊組態(tài)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算以達(dá)到工藝安全聯(lián)鎖要求，設(shè)計(jì)中可調(diào)用功能符號(hào)、邏輯符號(hào)、連線等，也可調(diào)用功能塊、公式塊等，邏輯功能圖繪制方便直觀（圖3）。畫好的邏輯圖須經(jīng)過編譯，檢查圖中有無錯(cuò)誤，報(bào)告編譯結(jié)果直到編譯通過。

圖2 I/O 點(diǎn)組態(tài)

圖3 功能塊組態(tài)

3.3 數(shù)據(jù)綁定

通過ProSafe-RS 組態(tài)軟件中Engineering →Tag Name Builder→根據(jù)數(shù)據(jù)類型填寫之前定義的位號(hào)，完成數(shù)據(jù)綁定組態(tài)的過程。實(shí)現(xiàn)DCS 系統(tǒng)可以通過位號(hào)讀取SIS 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，如圖4 所示。

3.4 SIS 系統(tǒng)與DCS 系統(tǒng)的整合

完成ProSafe-RS 組態(tài)后，在CENTUM CS3000的組態(tài)軟件Syster View上實(shí)現(xiàn)SIS 與DCS 系統(tǒng)的整合（圖5）。最終公用一套人機(jī)界面，DCS 和SIS系統(tǒng)狀態(tài)和信息、過程報(bào)警均可以顯示在同一窗口中，從而提高操作效率。報(bào)警信息顯示如圖6 所示。

圖4 數(shù)據(jù)綁定

圖5 與DCS 系統(tǒng)整合

圖6 報(bào)警信息顯示

3.5 觀察過程狀態(tài)即ProSafe-RS 的Online Monitoring 功能

Online Monitoring 功能是監(jiān)視在SCS 運(yùn)行中的應(yīng)用邏輯。工藝生產(chǎn)特殊要求和儀表維護(hù)需求，不管其原來狀態(tài)如何，使某些變量“強(qiáng)制”在某一固定狀態(tài)，工作完后可以解除“強(qiáng)制”，系統(tǒng)調(diào)試時(shí)很有用。I/O Lock Window 操作如圖7 所示。

圖7 I/O Lock Window 操作

顯示I/O 變量和內(nèi)部變量值（I/O Lock Window（Tools →Maintenance →I/O Lock Window），Dictionary View，I/O Wiring View），不能同時(shí)打開多個(gè)I/O Lock Window。在Builder 和Download 中不能打開I/O Lock Window，在I/O Lock Window 選擇[File]→[Exit]結(jié)束終了。I/O Lock Window→如果此時(shí)有變量在Lock 狀態(tài)則顯示確認(rèn)對(duì)話框→再打開I/O Lock Window 解除Lock 中變量，打開其他SCS Project 自動(dòng)強(qiáng)制結(jié)束I/O Lock Window。

4 結(jié)束語

在化工生產(chǎn)中，安全儀表系統(tǒng)是非常重要的控制系統(tǒng)，在使用與維護(hù)中必須遵循嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，并根據(jù)企業(yè)自身的實(shí)際情況，綜合采取多種安全可靠性措施，確保系統(tǒng)功能安全的實(shí)現(xiàn)，使企業(yè)的人身設(shè)備安全和環(huán)境安全得到充分可靠的保障。