大型化工项目罐区sis系统的设计应用-澳门太阳集团888

一直以来，化工项目的罐区一般根据石油库设计规范进行设计，而此规范，并没有要求设置安全仪表系统。但是化工项目的罐区不同于一般的石油库或者储备库，它的特点是：单罐罐容小、介质种类复杂、毒害介质多。由于储罐容量一般较小，储罐的仪表设置都比较简单，介质本身的危险性往往被忽视。

本项目设计中，充分考虑了介质的危险性并兼顾投资要求，对于属于重大危险源介质的储罐设置了独立的安全仪表系统（sis），用于防冒罐的高高液位联锁控制。

化工项目罐区的介质种类复杂，可燃毒害介质多，发生事故后危害巨大。罐区一旦发生事故，将会对上下游的工艺都产生影响，连带着相关装置都需要停产，损失不小。

减少罐区的安全事故可以更好的正常生产，提高效益。不因节省初次投入而增大事故风险。

现行化工项目配套的罐区大多采用分散控制系统（dcs）进行操作控制及连锁。dcs 系统具有控制功能完善多样、易操作、易扩展及维护方便等特点，但是并不适用于安全控制。对于化工项目罐区要比一般油库操作更加频繁，误操作的概率就更大。这时采用一套安全性更高的、容错能力强、具有故障自诊断功能、顺序事件记录功能（soe）的安全仪表系统（sis）就十分必要了。

2011 年8 月5 日，国家安全生产监督管理总局发布第40 号令，要求“涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或者二级重大危险源，配备独立的安全仪表系统（sis）”。

2.1 对储罐及介质分类

本项目共有储罐55 座，储罐规格从2 万立到200 立大小不等，其中球形储罐24 座，立式圆筒形储罐31 座。主要介质涉及甲醇、乙烯、丙烯、丙烷、丁烯、己烷、剩余碳四、剩余碳五mtbe、正丁醇、异丁醇、2- 丙基庚醇、杂醇油、碱液等20 余种。

2.2 对于重大危险源进行辨识

根据《危险化学品重大危险源辨识》（gb18218-2009），重大危险源的辨识依据是物质的危险性及其数量[3] 。单元内存在的危险物质为多品种时，则按（1）式计算，若满足式a，则定为重大危险源：

式中：

q1,q2,…,qn —每种危险化学品实际存在量，t；

q1,q2,…,qn —与各危险化学品相对应的临界量，t。

罐区分析结果见表1。

表1 危险化学品重大危险源构成

table 1 hazard chemical significant dangerous source

2.3 确定各种介质的重大危险源分级

根据《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》（国家安全生产监督管理总局第40 号）的要求，对重大危险源进行分级 [2] 。

式中：

q1,q2,…,qn —每种危险化学品实际存在（在线）量（单位：吨）；

q1,q2,…,qn —与各危险化学品相对应的临界量（单位：吨）；

β1，β2…,βn— 与各危险化学品相对应的校正系数；

α— 该危险化学品重大危险源厂区外暴露人员的校正系数，本项目区外1000m 范围内无常住人口，故取0.5。

对本项目危险化学品重大危险源的分级情况见表2。

表2 危险化学品重大危险源的分级情况

table 2 classification of major dangerous source of dangerous chemicals

根据计算结果及下表确定罐区构成一级重大危险源，其中涉及的介质有甲醇、甲醇水等16 种介质。对于储存这些介质的储罐安全联锁设置独立的安全仪表系统（sis）。

一般储罐仪表的设置应考虑经济合理、技术成熟、可选择范围广、维护及校验方便、免维护或澳门太阳集团城welcome的售后服务优良等方面。结合介质特性项目的投资情况、全项目的自动化水平等综合考虑。

本项目首先通过进行危险与可操作性（hazop）分析结果，确定各罐组的sil 等级，根据sil 分级确定储罐仪表的设置。以1 台sil1 级的乙烯储罐为例, 见图1。

图1 乙烯储罐pid 图

fig.1 pid ethylene storage tank

该储罐共设置两台液位计：1 台为伺服液位计、1 台为雷达液位计、1 台外贴式超声波液位开关、1 台热电阻、1台压力变送器、1 台压力表。

2 台液位计中伺服液位计选用高精度计量及用来做储罐计量，雷达液位计为控制及用于与高液位开关做联锁，关闭罐根阀。

从pid 图中可以看出从pid 图中可以看出虽然增加了sis 系统，但是接入其中的信号并不多，只有一点ai、一点di、一点do。其余信号仍然在dcs 系统中进行检测及报警。

设计的sis 系统具体联锁控制如下：当储罐的液位计或液位开关任一液位高于设定值时，sis 系统进行联锁，关闭储罐罐根切断阀，防止储罐罐液位继续升高，引发冒罐危险[1] 。

4.1 sis 系统的设置原则

罐区sis 系统，作为全厂sis 系统的组成部分，根据装置的特点，实现罐区内重要的安全联锁保护、紧急停车系统及关键设备联锁保护。sis 系统设置在现场机柜室，设置独立的控制器，以确保人员及生产装置、重要机组和关键设备的安全。sis 系统的安全综合等级根据相应的要求进行考虑。sis 系统按照din v vde0801 和din v 19250 标准，采用tüv 或ak6 安全认证的sil3 级的安全可编程序控制器(programmable logic controller - plc) 完成装置的紧急停车(emergencyshut-down - esd) 和紧急泄压(emergencydepression - edp)。sis 系统按照故障安全型设计，与dcs系统实时数据通讯。sis 系统设工程师站，soe 站，相应的报警及操作通过辅助操作台上开关、按钮、声光报警装置

和dcs 系统的操作站来完成。

罐区sis 系统具有报警事件顺序记录功能(soe)，在中央控制室和现场机柜室各设置一套工程师站，用于sis 系统的组态、下装、调试和日常维护以及报警事件顺序的记录。

中央逻辑控制器、输入/ 输出卡件、sis 系统内部的安全网络、供电单元、与dcs 系统通信的单元均采用冗余结构。

sis 系统应配有hart 信息采集器，用于采集现场智能仪表hart 信息，并通讯至ams 系统。

sis 与dcs 通信卡必须是冗余配置, 且冗余的两个通信接口不应在同一块通信卡上。冗余数据通信系统应能够自动切换，并可进行系统诊断报警。在切换时不允许有数据丢失。通信系统为控制站与控制站之间、控制器与工程师站/soe 工作站提供可靠的高速数据传输。传输速率不小于100mbps。sis 系统支持标准通信协议，冗余容错串行通信方式。sis 与dcs 通信协议为modbus rtu 或tcp/ip。

dcs 系统为主站，sis 系统为从站。所有部件都应抗每米10 毫伏场强的电磁及无线电干扰。

sis 系统具有时钟同步的性能， sis 系统控制器的时钟在系统上电和更换时钟卡件后，能够自动进行同步。sis 系统时钟同步信号来自于dcs 系统。

根据《石油化工仪表系统防雷工程设计规范》进行仪表系统防雷工程设计。sil3 回路的现场仪表侧及控制室（现场机柜室）侧配置防雷电浪涌保护器。

在工厂调试完成后，有20% 已经接好线的输入/ 输出(i/o) 点作为备用；在端子接线柜中，有20% 的裕量端子作为备用；在系统机柜中，有20% 的裕量空间用于安装i/o 卡件。

在工厂调试完成后，处理器、数据存贮器和数据通信网络的负载不超过40%；电源单元的负载达到其能力的50%；应用软件和通信系统有30% 的扩展能力。

4.2 sis 系统网络结构

本项目采用冗余、容错结构的故障安全型sis 系统，安全等级达到sil3。

根据图2 罐区网络结构图，可见：罐区单元主要硬件设备为：1 台系统柜、3 台辅助柜（端子柜、继电器柜、安全栅柜）、2 台soe 工程师站、2 台交换机、1 台打印机。

图2 sis 系统网络结构图

fig.2 sis system network diagram

4.3 sis 系统软件要求

1) 软件组态：编程语言应符合ieec 61131-3 工业标准。

2) 软件组态的安全性：采用prom 或eprom 存储器存储应用软件，提供防止未被授权人员修改程序的功能。软件应能在线修改及下装。

3) 编程软件：工程师站用于修改控制程序，诊断显示，离线/ 在线程序调试和现场装置的维护。系统软件包括系统诊断，工程，监视和删除故障功能。

4) 系统应提供重要的时序事件记录（soe）和过程历