安全儀表系統(tǒng)（SIS）在氯堿生產(chǎn)中的應(yīng)用

許書明，趙永慧，荊營山，謝丹丹（東營華泰化工集團(tuán)有限公司，山東東營257091）

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安全儀表系統(tǒng)（SIS）在氯堿生產(chǎn)中的應(yīng)用

許書明，趙永慧，荊營山，謝丹丹
（東營華泰化工集團(tuán)有限公司，山東東營257091）

摘要：介紹了安全儀表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)用中的具體要求。

關(guān)鍵詞：安全儀表系統(tǒng)；氯堿生產(chǎn)；安全

東營華泰化工集團(tuán)有限公司已先后在環(huán)氧丙烷項(xiàng)目、苯胺項(xiàng)目中投入了安全儀表系統(tǒng)（后稱SIS系統(tǒng)），并將SIS系統(tǒng)引入離子膜燒堿生產(chǎn)。

1　SIS系統(tǒng)簡介

安全儀表系統(tǒng)（簡稱SIS）又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。主要為工廠控制系統(tǒng)中報(bào)警和聯(lián)鎖部分，對控制系統(tǒng)檢測的結(jié)果實(shí)施報(bào)警動作或停機(jī)控制，是企業(yè)自動控制的重要組成部分。

2　SIS系統(tǒng)應(yīng)用的必要性及重要性

2014年11月13日國家安全監(jiān)管總局頒布了《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)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），指導(dǎo)意見中明確指出要“充分認(rèn)識加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理工作的重要性”，并要求“從2016年1月1日起，大型和外商獨(dú)資合資等具備條件的化工企業(yè)新建涉及‘兩重點(diǎn)一重大’的化工裝置和危險(xiǎn)化學(xué)品儲存設(shè)施，要按照指導(dǎo)意見的要求設(shè)計(jì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全儀表系統(tǒng)”。

安全儀表系統(tǒng)獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)，生產(chǎn)正常時(shí)處于休眠或靜止?fàn)顟B(tài)，一旦生產(chǎn)裝置或設(shè)施出現(xiàn)可能導(dǎo)致安全事故的情況時(shí)，能夠瞬間準(zhǔn)確動作，使生產(chǎn)過程安全停止運(yùn)行或自動導(dǎo)入預(yù)定的安全狀態(tài)。

3　SIS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

SIS的主流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有TMR（三重化）和2004D（四重化）2種。

（1）TMR結(jié)構(gòu)。將三路隔離、并行的控制系統(tǒng)（每路稱為1個(gè)分電路）和廣泛的診斷集成在一個(gè)系統(tǒng)中，用三取二表決提供高度完善、無差錯(cuò)，不會中斷的控制。TRICON、ICS、HollySys等均是采用TMR結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。

（2）2004D結(jié)構(gòu)。2004D系統(tǒng)由2套獨(dú)立并行運(yùn)行的系統(tǒng)組成，通訊模塊負(fù)責(zé)其同步運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)自診斷發(fā)現(xiàn)1個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)，CPU將強(qiáng)制其失效，確保其輸出的正確性。同時(shí)，安全輸出模塊中SMOD功能（輔助去磁方法），確保在2套系統(tǒng)同時(shí)故障或電源故障時(shí)，系統(tǒng)輸出1個(gè)故障安全信號。1個(gè)輸出電路實(shí)際上是通過4個(gè)輸出電路及自診斷功能實(shí)現(xiàn)的。這樣確保了系統(tǒng)的高可靠性，高安全性及高可用性。HONEYWELL、HIMA的SIS均采用了2004D結(jié)構(gòu)。

4　SIS系統(tǒng)控制點(diǎn)的確定

4.1確定原則

首先，要對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行過程危險(xiǎn)分析（HAZOP分析），通過HAZOP分析得知的離子膜電解法檢測與控制的要求見表1。

4.2控制點(diǎn)數(shù)的確定

在DCS系統(tǒng)檢測與控制表格中各項(xiàng)指標(biāo)的情況下，再次對儀表聯(lián)鎖回路安全完整性等進(jìn)行了分析（SIL等級分析），決定將以下聯(lián)鎖接入SIS系統(tǒng)。

（1）電解工序氯氣總管壓力高高聯(lián)鎖停所有整流器。

（2）電解工序氫氣總管壓力高高聯(lián)鎖停所有整流器。

（3）電解工序氯氣與氫氣壓差高高聯(lián)鎖停所有整流器。

（4）電解工序氯氣與氫氣壓差低低聯(lián)鎖停所有整流器。

（5）氯壓機(jī)全停聯(lián)鎖。

（6）電解工序緊急停車按鈕聯(lián)鎖停所有整流器。

（7）氯氣進(jìn)鹽酸合成單元進(jìn)口總管壓力高高或低低聯(lián)鎖關(guān)斷并氯氣去除害、或補(bǔ)氮?dú)狻?/p>

（8）鹽酸合成爐入口氫氣管線設(shè)置壓力低低聯(lián)鎖切斷進(jìn)料。

（9）鹽酸合成爐入口氯氣管線設(shè)置壓力低低聯(lián)鎖切斷進(jìn)料。

具體控制點(diǎn)數(shù)為AI-89；DI-39；DO-38（含一進(jìn)二出安全柵89個(gè)），要求余量按20%計(jì)算，帶與DCS通訊接口。

5　對SIS系統(tǒng)的要求

5.1SIS系統(tǒng)原則要求

（1）以IEC61508或TUV作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，符合國際安全協(xié)會規(guī)定的儀表的安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，必須設(shè)計(jì)成故障安全型。

（2）應(yīng)能實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制、計(jì)算、脈沖調(diào)幅、積算、數(shù)據(jù)鍵入、操作、通信等功能。

（3）應(yīng)能診斷和顯示系統(tǒng)的全部部件故障，并通過串行通信接口在DCS的操作站上顯示。

（4）各控制器必須為型號一致的主流產(chǎn)品。

（5）與DCS通信接口模件應(yīng)是冗余配置，帶自診斷功能，在DCS的操作站上能顯示運(yùn)行狀態(tài)。

（6）柜間接線應(yīng)采用ELCO方式，不需在現(xiàn)場接線。

（7）SIS系統(tǒng)必須獲得國際權(quán)威機(jī)構(gòu)的CE認(rèn)證；SIS集成商必須獲得ISO 9000質(zhì)量體系認(rèn)證；SIS組態(tài)人員必須是持有認(rèn)證資格的工程。

（8）冗余設(shè)備必須能在線自診斷，出錯(cuò)報(bào)警，無差錯(cuò)切換。

（9）響應(yīng)速度快，從輸入變化到輸出變化的響應(yīng)時(shí)間一般在10～50 ms。

（10）可實(shí)現(xiàn)從傳感器到執(zhí)行元件所組成的整個(gè)回路的安全性設(shè)計(jì)，具有I/O短路、斷線等監(jiān)測功能。

5.2SIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求

（1）SIS系統(tǒng)必須采用經(jīng)TUV安全認(rèn)證的可編程控制器系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接。

（2）SIS系統(tǒng)的中央邏輯處理器、I/O模件、電源模件、內(nèi)部通信模件等硬件設(shè)備安裝在SIS系統(tǒng)機(jī)柜中，獨(dú)立完成工藝裝置的安全保護(hù)和緊急停車。SIS輔助操作臺上緊急停車手動開關(guān)的信號和報(bào)警信號硬接線連接到SIS系統(tǒng)。

（3）SIS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通信，在SIS操作員站顯示，并能在DCS操作站顯示報(bào)警。

（4）SIS系統(tǒng)有報(bào)警事件順序記錄功能（SER）。

（5）在機(jī)柜室設(shè)有工程師站。工程師站用于SIS系統(tǒng)的組態(tài)、下裝、調(diào)試和日常維護(hù)；并能進(jìn)行順序時(shí)間事件的記錄、查詢。

（6）SIS系統(tǒng)與其DCS系統(tǒng)的連接采用硬接線和通訊的2種方式。

5.3SIS系統(tǒng)過程接口要求

（1）過程接口包括輸入輸出卡、事件順序輸入卡、配電器、開關(guān)、繼電器等關(guān)聯(lián)設(shè)備。

（2）中央邏輯控制器應(yīng)采用四重化（QMR）結(jié)構(gòu)，符合SIL3安全等級要求，并得到相應(yīng)的TUV / AK等級認(rèn)證。

（3）輸入輸出卡應(yīng)帶光電或電磁隔離，通道應(yīng)隔離，帶故障診斷。

（4）若采用三取二過程信號應(yīng)分別接到3個(gè)不同的輸入卡。

（5）輸入輸出卡相連接的傳感器和最終執(zhí)行元件應(yīng)設(shè)計(jì)成故障安全型。

（6）SIS系統(tǒng)的旁路開關(guān)分工藝操作和儀表維護(hù)2種類型。

5.4其他要求

（1）直流電源選用菲尼克斯、魏德米勒品牌，使用母排分配和模塊化冗余方式。

（2）所有低壓斷路器使用施耐德或ABB產(chǎn)品，繼電器使用歐姆龍或和泉產(chǎn)品，端子排使用魏德米勒產(chǎn)品。

（3）安全柵采用P+F或MTL品牌產(chǎn)品，繼電器采用歐姆龍或和泉同等品牌。

6　SIS系統(tǒng)基本配置（見表2）

7　結(jié)語

在注重安全環(huán)保今天，安全儀表系統(tǒng)必將要求全面應(yīng)用到離子膜燒堿裝置。其安全穩(wěn)定、可靠性強(qiáng)，可以有效的保證裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

表2　Honeywell的SIS系統(tǒng)基本配置表

Application of safety instrument system（SIS）in chlor alkali production

XU Shu-ming，ZHAO Yong-hui，JING Ying-shan，XIE Dan-dan
（Dongying Huatai Chemical Co.，Ltd.，Dongying 257091，China）

Abstract：The structural form and specific requirements in application of safety instrumented system were introduced. In ionic membrane caustic soda production devices increased safety instrument system，can make the production equipment or facilities appear may cause safety accident happens instantly accurate action，make production process safety stop running or automatically scheduled import safety status.

Key words：safety instrument system；chlor-alkali production；security

中圖分類號：TQ086.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）05-0033-04

收稿日期：2016-02-22