淺談安全儀表系統(tǒng)（SIS系統(tǒng)）在煤化工項(xiàng)目中的應(yīng)用

徐志奇 王可奇 劉麗媛

中國(guó)石化集團(tuán)第五建設(shè)公司 甘肅蘭州 730060

淺談安全儀表系統(tǒng)（SIS系統(tǒng)）在煤化工項(xiàng)目中的應(yīng)用

徐志奇 王可奇 劉麗媛

中國(guó)石化集團(tuán)第五建設(shè)公司 甘肅蘭州 730060

隨著人們對(duì)裝置安全及人員保護(hù)的要求逐步提高，安全儀表系統(tǒng)（SIS系統(tǒng)）會(huì)得到越來(lái)越多的重視和應(yīng)用。本文簡(jiǎn)述了SIS系統(tǒng)的必要性、發(fā)展趨勢(shì)及其優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)要介紹了HONEYWELL公司的SIS系統(tǒng)在神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目中的配置方式及其操作模式，由于其配置方式已經(jīng)在神化包頭煤制烯烴項(xiàng)目中實(shí)施成功，這對(duì)以后大型煤化工裝置SIS系統(tǒng)的配置有著重要的指導(dǎo)意義。

SIS(安全儀表系統(tǒng)) 冗余/容錯(cuò) 控制系統(tǒng) 控制器

神華煤制烯烴項(xiàng)目于2006年12月獲得國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)核準(zhǔn)，總投資165億元，是迄今為止經(jīng)國(guó)家核準(zhǔn)的唯一的煤制烯烴項(xiàng)目，也是世界首套煤制烯烴工業(yè)化生產(chǎn)示范基地。項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模：180萬(wàn)t/a煤制甲醇、60萬(wàn)t/a甲醇制烯烴、30萬(wàn)t/a聚乙烯、30萬(wàn)t/a聚丙烯、4套6萬(wàn)m3/h空分制氧、3套480t/h蒸發(fā)量的熱電站以及輔助生產(chǎn)設(shè)施和公用工程等。核心技術(shù)采用國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的甲醇制烯烴技術(shù)，其他主要工藝裝置均采用世界先進(jìn)的煤化工/石油化工技術(shù)，包括GE水煤漿氣化技術(shù)、德國(guó)林德公司低溫甲醇洗技術(shù)、英國(guó)DAVY公司甲醇合成技術(shù)、美國(guó)DOW公司聚丙烯技術(shù)、美國(guó)UNIVATION公司聚乙烯技術(shù)等。

1 SIS系統(tǒng)的必要性

在石油化工工業(yè)多數(shù)物料易燃易爆，操作條件為高溫高壓，易發(fā)生安全事故。隨著石油化工裝置規(guī)模的日趨大型化，設(shè)計(jì)操作指標(biāo)越發(fā)貼近安全臨界點(diǎn)，造成事故發(fā)生的可能性也在增加，故而人們對(duì)安全系統(tǒng)提出了新的要求。一套好的SIS系統(tǒng)能夠有效降低整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)、提高系統(tǒng)裝置的可靠性，在石化等行業(yè)，SIS系統(tǒng)已經(jīng)成為保障企業(yè)安全可靠運(yùn)行的必備手段之一。

2 SIS系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)及其優(yōu)勢(shì)

安全儀表系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)經(jīng)歷了從氣動(dòng)系統(tǒng)，繼電器系統(tǒng)，固態(tài)繼電器系統(tǒng)到PLC系統(tǒng)幾個(gè)發(fā)展階段。安全儀表系統(tǒng)將力求具備更高的過(guò)程可用性及更低的維護(hù)成本，作為一個(gè)系統(tǒng)，本身也存在出現(xiàn)故障的可能性，由于SIS可提高化工裝置的本質(zhì)安全度,保障生產(chǎn)過(guò)程的安全、穩(wěn)定運(yùn)行,最大限度地減少由于過(guò)程失控造成的人身傷害和設(shè)備損壞，未來(lái)SIS系統(tǒng)會(huì)朝智能化方向發(fā)展，邏輯控制器通過(guò)跟現(xiàn)場(chǎng)智能儀表進(jìn)行的數(shù)字通訊，可以在裝置跳車之前提醒操作員或者維護(hù)人員來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的問(wèn)題或者故障，從而提高系統(tǒng)的可用率。

2.1 SIS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

2.1.1 冗余技術(shù)的發(fā)展

容錯(cuò)手段主要是冗余、自診斷和在線維護(hù)修理。容錯(cuò)機(jī)制是指一個(gè)和多個(gè)元件或部件出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)仍能繼續(xù)運(yùn)行的能力。容錯(cuò)系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)故障并排出故障的影響。新型SIS（如TRICON）可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所有部件和部分相關(guān)設(shè)備故障的容錯(cuò)特性。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示SIS系統(tǒng)故障40%屬于傳感器，50%屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)此目前推出了具有安全水平認(rèn)證的變送器產(chǎn)品，相關(guān)產(chǎn)品達(dá)到了IEC61508SIL1～4安全等級(jí)并獲得TUV認(rèn)證，執(zhí)行元件采用冗余配置提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性，一般采用下列兩種方式：采用冗余的閥門，每套閥門配套冗余的電磁閥；對(duì)于切斷回路執(zhí)行設(shè)備應(yīng)為串聯(lián)安裝的2臺(tái)切斷閥，對(duì)于放空回路執(zhí)行設(shè)備應(yīng)為并聯(lián)安裝的2臺(tái)放空閥這在神化包頭煤制烯烴項(xiàng)目中已有很好的應(yīng)用。

2.1.2 安全系統(tǒng)與控制系統(tǒng)同在

伴隨著石化MAV項(xiàng)目的日益增多，DCS與SIS打包的現(xiàn)象將愈加普遍，霍尼韋爾正利用其DCS的強(qiáng)大市場(chǎng)動(dòng)力推動(dòng)其SIS系統(tǒng)的發(fā)展，并已在煤化工市場(chǎng)上取得相當(dāng)好的成績(jī)，例如神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目。由于控制系統(tǒng)的可靠性不足以保證安全系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)階段安全系統(tǒng)與控制系統(tǒng)集成，又完全獨(dú)立，所有的SIS數(shù)據(jù)對(duì)其它系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是可用并可直接引用的（如DCS系統(tǒng)、PDS系統(tǒng)），充分滿足了一個(gè)流程畫(huà)面上對(duì)DCS包括SIS數(shù)據(jù)同時(shí)顯示的功能。這些優(yōu)勢(shì)，很好的保證了我們?cè)谳^短的工期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)和滿足了用戶的需求。

3 SIS系統(tǒng)在神化煤制烯烴項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)例

SIS系統(tǒng)由霍尼韋爾（香港）有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，采用霍尼韋爾推出故障安全系統(tǒng)（FSC），設(shè)計(jì)及供貨范圍為MAV框架協(xié)議要求及內(nèi)容。主要包括系統(tǒng)硬件及軟件的配置，SOE站及冗余光纜配置，系統(tǒng)組態(tài)，系統(tǒng)生成，技術(shù)支持及現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。神化包頭煤制烯烴項(xiàng)目使用的霍尼韋爾公司最新的SM控制器，采用霍尼韋爾推出故障安全系統(tǒng)（FSC）幫助專業(yè)人員監(jiān)控SIS系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和可靠性。通過(guò)精確監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，減少對(duì)其進(jìn)行的不必要的維護(hù)，并能夠?qū)?dǎo)致安全事故和工廠意外停機(jī)的故障減至最少。

（1）本項(xiàng)目采用聯(lián)合控制室（UCR）和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室（FRR）分離設(shè)置的方式，正常生產(chǎn)時(shí)操作員都在聯(lián)合控制室，現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)通過(guò)電纜連接到現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，從現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室至聯(lián)合控制室的信號(hào)采用雙冗余光纜，生產(chǎn)裝置SIS系統(tǒng)的輔助操作臺(tái)設(shè)置在相應(yīng)的聯(lián)合控制室，SIS系統(tǒng)控制器設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，操作管理人員在聯(lián)合控制室完成生產(chǎn)裝置的控制、監(jiān)測(cè)、報(bào)警及報(bào)表等工作。聯(lián)合控制室設(shè)置：

UCR1:第一聯(lián)合控制室，電站。

UCR2：第二聯(lián)合控制室，甲醇裝置。

UCR3：第三聯(lián)合控制室，烯烴裝置。

本裝置正常工況的操作在第三聯(lián)合控制室（UCR3）中完成。

（2）神化包頭煤制烯烴項(xiàng)目SIS系統(tǒng)采用了HONEYWELL公司最新的SM控制器。SIS系統(tǒng)采用三重化中央邏輯控制器的可編程控制器（ProgrammableLogicController-PLC）完成裝置的緊急停車（ESD）。HSMS采用SM-2004D配置：每套SIS系統(tǒng)有20%的裕量空間用于安裝I/O卡件，控制器負(fù)荷能力包括擴(kuò)展能力。按照DIN19250標(biāo)準(zhǔn)，SM-2004D配置符合TUV AK6級(jí)及IEC 61508 SIL3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)安全認(rèn)證。這種兩套完全平行運(yùn)行、完全冗余的系統(tǒng)能對(duì)單系統(tǒng)容錯(cuò)。如圖1所示。

（3）各裝置獨(dú)立設(shè)置控制器，以確保人員及生產(chǎn)裝置、重要機(jī)組和關(guān)鍵設(shè)備的安全，而且對(duì)于有多個(gè)系列的裝置（如氣化裝置有7臺(tái)氣化爐），每個(gè)系列都配獨(dú)立的控制器。

（4）對(duì)于離聯(lián)合控制室較遠(yuǎn)的裝置，從輔操臺(tái)到SIS系統(tǒng)的控制器無(wú)法用硬接線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可靠傳送，因此在聯(lián)合控制室設(shè)置了1臺(tái)SIS遠(yuǎn)程控制器，輔操臺(tái)上的信號(hào)先通過(guò)硬線接到SIS遠(yuǎn)程控制器的輸入/輸出卡件，SIS遠(yuǎn)程控制器與裝置SIS系統(tǒng)控制器間通過(guò)TUV認(rèn)證的冗余安全網(wǎng)來(lái)傳送信號(hào)。如圖2所示。

（5）SIS系統(tǒng)按照故障安全型設(shè)計(jì)，與DCS系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，在DCS系統(tǒng)操作站上顯示報(bào)警及打印。SIS系統(tǒng)設(shè)工程師站和順序事件記錄站，顯示報(bào)警及操作通過(guò)輔助操作臺(tái)上的開(kāi)關(guān)、按鈕和DCS系統(tǒng)操作站來(lái)完成。

（6）SIS系統(tǒng)的HART信號(hào)經(jīng)過(guò)FTA時(shí)被分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)HART信號(hào)分離器MTL4842進(jìn)入MTL4841模塊，再經(jīng)過(guò)RS485串行通訊接口接入AMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的統(tǒng)一管理。

（7）在PP裝置現(xiàn)場(chǎng)部分HART信號(hào)進(jìn)SIS系統(tǒng)，經(jīng)SIS系統(tǒng)處理后，一路通過(guò)電纜返回至現(xiàn)場(chǎng)二次指示表進(jìn)行指示，一路通過(guò)電纜至PDS系統(tǒng)，這樣SIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)就可以隨時(shí)被PDS系統(tǒng)共享，從而對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制。

4 總結(jié)

HONEYWELL公司最新的SM控制器通過(guò)跟現(xiàn)場(chǎng)智能儀表進(jìn)行的數(shù)字通訊，可以在裝置跳車之前提醒操作員或者維護(hù)人員來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的問(wèn)題或者故障，通過(guò)和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的配合，用戶可以進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，這樣就增加了裝置過(guò)程的可用性，大大減少了因設(shè)備故障而發(fā)生的停車時(shí)間，。隨著人們對(duì)裝置安全及人員保護(hù)更加深刻的認(rèn)識(shí)，安全儀表系統(tǒng)會(huì)得到越來(lái)越多的重視和應(yīng)用。

1 Wayne Labs．DcSs adopt standards．becolllC enterprise-friendly．I&CS．2000(7).

2 安全儀表系統(tǒng)發(fā)展與市場(chǎng)分析，中國(guó)變頻器行業(yè)網(wǎng)，2009（7）.

3 匡蕾等 基于危險(xiǎn)工藝裝置設(shè)置安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究，《中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)》，2009（7）.

TH6

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1672-9323（2011）01-0075-02

2010-08-11）