范宗海，賀文敏，冀曉舉，王穎，黃步余，陶興文

(1. 中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101；2. 中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙 鄂爾多斯 017000；3. 北京賽普泰克技術(shù)有限公司，北京 100012)

近年來世界范圍內(nèi)石油化工行業(yè)的報(bào)警管理是關(guān)注的焦點(diǎn)，經(jīng)調(diào)查多起石油化工工廠事故與報(bào)警設(shè)置和管理不當(dāng)有關(guān)。EEMUA 191中列舉了一些與報(bào)警泛濫有關(guān)的工業(yè)事故，如英國米爾福德港(Milford Haven)德士古煉油廠的嚴(yán)重爆炸事故。該事故的緣由是嚴(yán)重雷暴影響了幾個(gè)裝置的正常生產(chǎn)，造成全廠停工。在重新開車的5 h內(nèi)，由于報(bào)警過多，操作員無法準(zhǔn)確掌握實(shí)際情況，從而造成爆炸的發(fā)生，特別是在爆炸前的最后1 h內(nèi)共產(chǎn)生了275個(gè)報(bào)警。這場(chǎng)事故造成了26人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。通過對(duì)中國近年來多家大型煉油、石化和煤化工工廠的調(diào)查，普遍存在報(bào)警過多，尤其開、停車及生產(chǎn)負(fù)荷波動(dòng)情況下，報(bào)警系統(tǒng)效率低，報(bào)警泛濫，干擾了操作員的正常判斷和合理處置等，亟待研究解決。

近年來世界著名石油化工公司、工程公司和專業(yè)公司共同對(duì)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了研究及實(shí)踐，運(yùn)用先進(jìn)報(bào)警管理的理念，推出了相關(guān)的國際規(guī)范和工程導(dǎo)則。通過先進(jìn)報(bào)警管理系統(tǒng)(AAS)的實(shí)踐，證明可提高報(bào)警系統(tǒng)的有效性和安全性。

1　報(bào)警及報(bào)警系統(tǒng)定義

1.1　報(bào)警定義

流程工業(yè)典型多保護(hù)層結(jié)構(gòu)如圖1所示。過程報(bào)警及操作員干預(yù)層旨在工藝操作偏離正常操作范圍或發(fā)生異常情況時(shí)，操作員采取必要響應(yīng)措施，使工藝過程返回正常范圍，避免引起安全儀表系統(tǒng)及其他安全保護(hù)設(shè)施動(dòng)作。

圖1　流程工業(yè)典型多保護(hù)層結(jié)構(gòu)示意

IEC 62682和ANSI/ISA 18.2中報(bào)警的定義為“通過聲響和/或視覺顯示的方式提示操作員出現(xiàn)設(shè)備故障、工藝波動(dòng)或其他異常情況，需要操作員在特定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行響應(yīng)操作”。設(shè)置報(bào)警的目的是提醒操作員關(guān)注裝置出現(xiàn)異常情況并需進(jìn)行響應(yīng)操作，防止可能發(fā)生嚴(yán)重的工藝波動(dòng)、意外停車或重大事故；報(bào)警不應(yīng)該作為普通的提示信息。

AAS的工程實(shí)踐表明，良好的報(bào)警系統(tǒng)通常具備以下特征：

1) 相關(guān)性。每個(gè)報(bào)警都與操作范圍相關(guān)。

2) 唯一性。沒有多個(gè)相同含義的報(bào)警。

3) 及時(shí)性。操作員有充足時(shí)間采取行動(dòng)。

4) 優(yōu)先級(jí)。根據(jù)后果嚴(yán)重性及操作緊迫性確定了報(bào)警優(yōu)先級(jí)。

5) 可讀性。報(bào)警信息清晰一致，無歧義。

6) 診斷性。有助于診斷分析問題。

7) 指導(dǎo)性?？商嵝巡僮鲉T需采取的行動(dòng)。

無論報(bào)警設(shè)置如何優(yōu)化，報(bào)警都不應(yīng)完全取代操作員對(duì)裝置的正常操作和監(jiān)控。

1.2　報(bào)警與操作員提示信息

操作員在工藝操作過程中經(jīng)常需要一些有用的提示信息。報(bào)警是經(jīng)過合理化分析后的工作確定，報(bào)警發(fā)生時(shí)，操作員須進(jìn)行響應(yīng)操作；而操作員提示信息沒有經(jīng)過合理化分析，操作員不一定需要對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)操作。操作員提示信息不應(yīng)出現(xiàn)在報(bào)警匯總畫面中，宜設(shè)置獨(dú)立的操作員提示信息畫面。

1.3　報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)由硬件與軟件構(gòu)成，用來檢測(cè)報(bào)警狀態(tài)并顯示給操作員，同時(shí)記錄報(bào)警信息、報(bào)警狀態(tài)變化和響應(yīng)操作情況。典型的石油化工裝置報(bào)警系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2　典型石油化工裝置報(bào)警系統(tǒng)總體架構(gòu)示意

2　報(bào)警系統(tǒng)的性能指標(biāo)

2.1　報(bào)警系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)

報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)通?；诿總€(gè)操作崗位至少30 d的數(shù)據(jù)記錄考核。通過國際先進(jìn)的工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，良好的報(bào)警管理宜具備以下KPI指標(biāo)，見表1所列。

表1　典型的報(bào)警系統(tǒng)KPI指標(biāo)

續(xù)　表1

2.2　報(bào)警系統(tǒng)等級(jí)

EEMUA 191中將報(bào)警系統(tǒng)的性能指標(biāo)劃分為5個(gè)等級(jí)，見表2所列。

當(dāng)對(duì)特定工廠或裝置的報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警管理改進(jìn)時(shí)，通常按照?qǐng)?bào)警系統(tǒng)等級(jí)逐級(jí)進(jìn)行，先從實(shí)施基本的報(bào)警系統(tǒng)改進(jìn)技術(shù)開始。如： 某裝置的實(shí)際報(bào)警系統(tǒng)等級(jí)為第2等級(jí)“報(bào)警負(fù)荷偏高”，在實(shí)施先進(jìn)報(bào)警管理活動(dòng)時(shí)，先按照第3等級(jí)“報(bào)警負(fù)荷穩(wěn)定”的目標(biāo)實(shí)施。采取基本的改進(jìn)措施并達(dá)到第3等級(jí)的目標(biāo)后，再采用更先進(jìn)的報(bào)警管理技術(shù)，實(shí)施第4等級(jí)“報(bào)警適應(yīng)性強(qiáng)”的目標(biāo)。大型煉油、石化和煤化工工廠或裝置的報(bào)警系統(tǒng)等級(jí)宜至少達(dá)到第3等級(jí)。

表2　典型的報(bào)警系統(tǒng)等級(jí)

3　報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則

3.1　設(shè)計(jì)目標(biāo)

報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)能持續(xù)有效地幫助操作員在正確的時(shí)間采取正確的行動(dòng)，而不是干擾操作員的注意力。報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)：

1) 報(bào)警設(shè)置合理，報(bào)警信息清晰易懂。

2) 報(bào)警的設(shè)置和組態(tài)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和最佳工業(yè)實(shí)踐。

3) 報(bào)警發(fā)生率控制在操作員能有效處理的范圍內(nèi)。

4) 操作員能夠快速確定報(bào)警位置和報(bào)警優(yōu)先級(jí)。

5) 操作員能夠在報(bào)警頻發(fā)的情況下有效處理報(bào)警信息。

6) 報(bào)警系統(tǒng)得到有效的監(jiān)視、管理和維護(hù)。

3.2　報(bào)警分組

為減少不同操作崗位報(bào)警的相互干擾，減輕報(bào)警負(fù)荷，報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)按照操作崗位進(jìn)行報(bào)警分組。實(shí)踐證明這也是有效降低報(bào)警數(shù)量、提高報(bào)警效率的基本要求。

報(bào)警分組應(yīng)與操作崗位的職責(zé)范圍一致，與本操作崗位無關(guān)的報(bào)警不予報(bào)出；與操作崗位相關(guān)的公用工程單元的報(bào)警應(yīng)分配至相應(yīng)操作分組，并明確報(bào)警響應(yīng)責(zé)任；與操作崗位無關(guān)的公用工程報(bào)警可作為操作員提示信息。

3.3　報(bào)警優(yōu)先級(jí)

報(bào)警優(yōu)先級(jí)代表工藝報(bào)警的嚴(yán)重程度，操作員應(yīng)根據(jù)優(yōu)先級(jí)的順序進(jìn)行報(bào)警的響應(yīng)操作，當(dāng)多個(gè)報(bào)警同時(shí)發(fā)生時(shí)，操作員應(yīng)優(yōu)先響應(yīng)高優(yōu)先級(jí)的報(bào)警。當(dāng)然，無論控制系統(tǒng)報(bào)出哪種優(yōu)先級(jí)的報(bào)警，操作員都應(yīng)對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)操作。

工廠應(yīng)采用一致性的方法開展報(bào)警歸檔與合理化分析工作，合理定義報(bào)警優(yōu)先級(jí)。工藝報(bào)警優(yōu)先級(jí)通常定義為3個(gè)等級(jí)，大型裝置或有特殊要求時(shí)也可設(shè)置4個(gè)等級(jí)：

1) 第4級(jí)(緊急)工藝報(bào)警。通常在輔助操作臺(tái)或控制系統(tǒng)中設(shè)置(可選)。

2) 第3級(jí)(高級(jí))工藝報(bào)警。通常在控制系統(tǒng)中設(shè)置。

3) 第2級(jí)(中級(jí))工藝報(bào)警。通常在控制系統(tǒng)中設(shè)置。

4) 第1級(jí)(一般)工藝報(bào)警。通常在控制系統(tǒng)中設(shè)置。

儀表及控制系統(tǒng)診斷報(bào)警原則上與工藝報(bào)警分開顯示匯總，報(bào)警優(yōu)先級(jí)根據(jù)后果嚴(yán)重程度和最大允許響應(yīng)時(shí)間2個(gè)指標(biāo)確定。各優(yōu)先級(jí)的報(bào)警占報(bào)警總數(shù)的比例通常見表3所列。

后果嚴(yán)重程度指： 若操作員對(duì)某個(gè)報(bào)警不進(jìn)行任何響應(yīng)操作，會(huì)發(fā)生最嚴(yán)重后果的危害程度。典型的用于確定后果嚴(yán)重程度等級(jí)的矩陣見表4所列，工廠可根據(jù)自身特點(diǎn)予以適當(dāng)調(diào)整。

表3　典型的各優(yōu)先級(jí)報(bào)警占報(bào)警總數(shù)的比例 %

表4　確定后果嚴(yán)重程度等級(jí)的典型矩陣

最大允許響應(yīng)時(shí)間指： 為避免異常情況導(dǎo)致不良后果發(fā)生，容許操作員從報(bào)警發(fā)生到做出正確響應(yīng)操作之間的最長時(shí)間。典型的用于確定最大允許響應(yīng)時(shí)間等級(jí)的定義見表5所列。

通過表4和表5確定報(bào)警優(yōu)先級(jí)的后果嚴(yán)重程度和最大允許響應(yīng)時(shí)間后，就可以按照表6的典型矩陣表確定報(bào)警的優(yōu)先級(jí)別。

表5　典型的確定最大允許響應(yīng)時(shí)間等級(jí) min

表6　確定報(bào)警優(yōu)先級(jí)的典型矩陣

第4級(jí)(緊急)工藝報(bào)警可在第3級(jí)(高級(jí))工藝報(bào)警中按以下原則選?。?引起工廠或裝置重要單元或設(shè)備緊急停車的關(guān)鍵報(bào)警；引起安全、環(huán)保和人身傷害的重大報(bào)警。

3.4　報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則

3.4.1滋擾報(bào)警

在合理進(jìn)行報(bào)警分組、定義報(bào)警優(yōu)先級(jí)后，應(yīng)通過AAS進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警性能分析，找到滋擾報(bào)警或其他影響報(bào)警性能的原因，從易到難逐步加以優(yōu)化。流程工業(yè)中滋擾報(bào)警往往是造成報(bào)警頻發(fā)甚至報(bào)警泛濫的主要原因，須正確識(shí)別、分析和處理。常見滋擾報(bào)警的定義及解決措施見表7所列。

3.4.2儀表故障診斷報(bào)警

儀表故障時(shí)操作員畫面將無法顯示相關(guān)儀表讀數(shù)，此時(shí)應(yīng)通過報(bào)警提示操作員該儀表不再正常工作，操作員通知相關(guān)部門組織維修。儀表維修后，操作員重新激活相關(guān)點(diǎn)，并解除相關(guān)報(bào)警擱置。

表7　常見滋擾報(bào)警及解決措施

儀表故障診斷報(bào)警原則上與工藝報(bào)警分開顯示匯總，重要的儀表故障報(bào)警可定義為一般工藝報(bào)警。典型的儀表診斷報(bào)警優(yōu)先級(jí)分配原則見表8所列。

表8　典型的儀表診斷報(bào)警優(yōu)先級(jí)分配原則

3.4.3控制系統(tǒng)診斷報(bào)警

控制系統(tǒng)診斷報(bào)警原則上與工藝報(bào)警分開顯示匯總，正常狀況下控制系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)不該出現(xiàn)報(bào)警，控制系統(tǒng)狀態(tài)顯示不應(yīng)存在陳舊報(bào)警，操作員須根據(jù)嚴(yán)重程度聯(lián)系控制系統(tǒng)工程師解決。

3.4.4外部控制系統(tǒng)報(bào)警

大型煉油、石化和煤化工裝置中經(jīng)常設(shè)置很多外部控制系統(tǒng)，如： 過程分析儀系統(tǒng)、壓縮機(jī)控制系統(tǒng)、設(shè)備包控制系統(tǒng)等。外部系統(tǒng)宜根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置1個(gè)或多個(gè)“公共報(bào)警”點(diǎn)，而不是將所有報(bào)警均報(bào)出，如： 壓縮機(jī)上多個(gè)振動(dòng)檢測(cè)的報(bào)警點(diǎn)可整合到1個(gè)“振動(dòng)公共報(bào)警”點(diǎn)上，當(dāng)其中1個(gè)或多個(gè)振動(dòng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，觸發(fā)此公共報(bào)警；每1個(gè)振動(dòng)報(bào)警信號(hào)都將保存至歷史記錄中。

3.4.5冗余傳感器和表決系統(tǒng)的報(bào)警

裝置通常根據(jù)專利商或業(yè)主的要求在一些關(guān)鍵場(chǎng)所設(shè)置雙重化、三重化或多重化冗余檢測(cè)儀表和最終元件，在工藝波動(dòng)或異常情況下，這些冗余信號(hào)可能會(huì)產(chǎn)生大量重復(fù)報(bào)警。

報(bào)警合理化分析過程中要檢查和分析冗余傳感器和表決系統(tǒng)的報(bào)警，采取手段盡可能消除由此產(chǎn)生的滋擾報(bào)警。

3.4.6報(bào)警設(shè)定值的選擇

報(bào)警設(shè)定值的選擇應(yīng)既能保證操作員有充足的時(shí)間進(jìn)行響應(yīng)操作，又不能過于保守。在DCS中要選擇合適的報(bào)警設(shè)定值，且一般不與SIS或其他外部系統(tǒng)的報(bào)警設(shè)定值重復(fù)。EEMUA 191對(duì)報(bào)警設(shè)定值提出了要求，如圖3所示。

3.5　AAS設(shè)計(jì)原則

在采用常規(guī)報(bào)警改進(jìn)措施仍無法提升工廠的報(bào)警效率，降低報(bào)警負(fù)荷時(shí)，應(yīng)采取更為先進(jìn)和復(fù)雜的先進(jìn)報(bào)警改進(jìn)措施，如： 報(bào)警擱置、多工況報(bào)警、報(bào)警泛濫抑制、報(bào)警設(shè)置審查和強(qiáng)制恢復(fù)等。

3.5.1報(bào)警擱置

操作員有時(shí)會(huì)臨時(shí)抑制個(gè)別報(bào)警或者報(bào)警組，這些被抑制的報(bào)警須得到有效的管控以確保在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候能及時(shí)解除抑制。受到合理管控的報(bào)警抑制稱為報(bào)警擱置，報(bào)警擱置/解除擱置宜采用AAS提供的報(bào)警擱置功能。

任何報(bào)警都不能無限期被擱置，報(bào)警擱置所持續(xù)的時(shí)間應(yīng)在控制系統(tǒng)上進(jìn)行設(shè)置和顯示；當(dāng)達(dá)到報(bào)警擱置的時(shí)間限制時(shí)，控制系統(tǒng)能自動(dòng)提示操作員確認(rèn)是否解除報(bào)警擱置。

3.5.2多工況報(bào)警

多數(shù)報(bào)警的設(shè)置針對(duì)于工藝或設(shè)備的正常工況，工藝或設(shè)備有時(shí)會(huì)有多種工況，如開工、停工、切換產(chǎn)品牌號(hào)、切換進(jìn)料來源等，基于單一工況的報(bào)警設(shè)置容易導(dǎo)致大量不必要的報(bào)警。

多工況報(bào)警的管理應(yīng)根據(jù)工藝單元或工藝設(shè)備的各種工況條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)的報(bào)警設(shè)置。針對(duì)于不同的工況，可對(duì)同一個(gè)位號(hào)的同一類報(bào)警設(shè)置多個(gè)報(bào)警設(shè)定值和/或報(bào)警優(yōu)先級(jí)，根據(jù)裝置的實(shí)際運(yùn)行工況激活相應(yīng)的報(bào)警設(shè)定值和/或報(bào)警優(yōu)先級(jí)設(shè)置。

3.5.3報(bào)警泛濫抑制

報(bào)警的發(fā)生頻率不應(yīng)超出操作員有效響應(yīng)操作的能力范圍，當(dāng)報(bào)警頻率高于操作員的有效處理能力時(shí)，就可能發(fā)生報(bào)警泛濫。報(bào)警泛濫時(shí)，操作員對(duì)報(bào)警的響應(yīng)操作效率會(huì)降低，操作更加困難。

報(bào)警泛濫抑制功能可根據(jù)相關(guān)工藝或設(shè)備的工況或其他條件對(duì)預(yù)先定義好的報(bào)警組進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，如采用基于多工況的報(bào)警抑制、基于邏輯判斷的報(bào)警抑制、基于模型計(jì)算的報(bào)警抑制等方法。

3.5.4報(bào)警設(shè)置的審查和強(qiáng)制恢復(fù)

通過定期或根據(jù)請(qǐng)求檢查控制系統(tǒng)的報(bào)警設(shè)置，報(bào)告任何與報(bào)警主數(shù)據(jù)庫不一致的信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)未授權(quán)的報(bào)警設(shè)置更改，可根據(jù)管理規(guī)程手動(dòng)或自動(dòng)對(duì)未授權(quán)的報(bào)警設(shè)置更改進(jìn)行強(qiáng)制恢復(fù)。

圖3　報(bào)警設(shè)定值區(qū)域(EEMUA 191)示意注： X——報(bào)警

4　報(bào)警系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則

報(bào)警系統(tǒng)人機(jī)界面是石油化工工廠人機(jī)界面設(shè)計(jì)的組成部分，對(duì)提高改善報(bào)警管理非常重要，須遵循人機(jī)界面設(shè)計(jì)的總體原則和整體規(guī)劃，提高人機(jī)界面的效率和一致性。

4.1　基本過程控制系統(tǒng)人機(jī)界面

基本過程控制系統(tǒng)的人機(jī)界面是操作員日常監(jiān)視操作的直接窗口，報(bào)警人機(jī)界面對(duì)于提高報(bào)警管理水平至關(guān)重要，通常包括以下功能：

1) 報(bào)警匯總畫面。

2) 報(bào)警發(fā)生后的消音、確認(rèn)、復(fù)位功能。

3) 流程圖畫面中顯示重要報(bào)警和公共報(bào)警。

4) 細(xì)目畫面中顯示報(bào)警狀態(tài)。

5) 報(bào)警抑制功能。

6) 報(bào)警停用功能。

7) 根據(jù)權(quán)限設(shè)置更改報(bào)警參數(shù)的功能。

8) 報(bào)警記錄歸檔功能。

報(bào)警匯總畫面用來顯示所有報(bào)警相關(guān)的信息，如報(bào)警位號(hào)、狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、類型、文字說明、發(fā)生的日期及時(shí)間等內(nèi)容。報(bào)警匯總畫面通常能通過時(shí)間發(fā)生順序、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、報(bào)警分組等進(jìn)行分類篩選顯示，間歇報(bào)警或重復(fù)報(bào)警不應(yīng)占用報(bào)警匯總畫面大量的顯示空間。

傳統(tǒng)的流程圖畫面設(shè)計(jì)中通常過度使用紅色、黃色、藍(lán)色等醒目顏色來指示各種正常工況、異常工況、設(shè)備位號(hào)以及其他功能，世界范圍內(nèi)大量工程實(shí)踐證明，過多醒目的顏色將對(duì)操作員的正常操作產(chǎn)生視覺和心理干擾，易造成疲勞，降低操作效率和安全性，所以用于正常生產(chǎn)操作的流程圖畫面盡量選用素淡的顏色。

報(bào)警顯示顏色盡量選用亮紅、亮黃等醒目顏色，已選用的報(bào)警顏色在流程圖畫面中不宜再使用。另外，高優(yōu)先級(jí)應(yīng)比低優(yōu)先級(jí)的報(bào)警顏色更醒目，未確認(rèn)的報(bào)警應(yīng)比已確認(rèn)或已復(fù)位的報(bào)警顏色更醒目，如閃爍。相同報(bào)警優(yōu)先級(jí)的報(bào)警應(yīng)具有相同的報(bào)警顯示顏色、符號(hào)和聲響。

每個(gè)優(yōu)先級(jí)別的報(bào)警應(yīng)具有唯一的報(bào)警聲響，報(bào)警聲響亮且區(qū)分度高，特別是高優(yōu)先級(jí)的報(bào)警，但又不宜對(duì)操作員造成過度干擾。

基本過程控制系統(tǒng)操作畫面的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少操作員進(jìn)行報(bào)警識(shí)別、確認(rèn)、核實(shí)和評(píng)估等操作的按鍵次數(shù)。發(fā)生報(bào)警時(shí)，基本過程控制系統(tǒng)應(yīng)能從流程畫面直接切換至報(bào)警畫面。

4.2　輔助操作臺(tái)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用傳統(tǒng)的報(bào)警輔助操作臺(tái)報(bào)警的數(shù)量在不斷減少。若需要設(shè)置獨(dú)立的報(bào)警輔助操作臺(tái)，宜僅設(shè)置關(guān)鍵的報(bào)警。輔助操作臺(tái)上的報(bào)警應(yīng)與基本過程控制系統(tǒng)最高級(jí)別的報(bào)警采用一致的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，輔助操作臺(tái)的任何報(bào)警和響應(yīng)操作都要在DCS中記錄。

4.3　AAS人機(jī)界面

AAS的人機(jī)界面主要包括報(bào)警性能報(bào)表、報(bào)警擱置界面、報(bào)警指導(dǎo)信息等。

定期對(duì)報(bào)警系統(tǒng)性能進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估是提高石油化工工廠或裝置報(bào)警管理水平的有效措施，AAS宜按周報(bào)和月報(bào)形式對(duì)指標(biāo)KPI進(jìn)行分析、評(píng)估。報(bào)警性能報(bào)表的類別通常包括： 報(bào)警匯總列表、最頻繁出現(xiàn)的報(bào)警報(bào)表、已停用的報(bào)警列表、滋擾報(bào)警列表、與主報(bào)警數(shù)據(jù)庫對(duì)比報(bào)警設(shè)置更改列表。

根據(jù)報(bào)警性能報(bào)表的數(shù)據(jù)及分析，并與KPI指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，找出不合理的報(bào)警設(shè)置，予以持續(xù)改進(jìn)。

5　工程實(shí)施與應(yīng)用

AAS不僅提供了改進(jìn)報(bào)警管理的硬件和軟件系統(tǒng)，還提出了對(duì)報(bào)警進(jìn)行歸檔、分析、設(shè)計(jì)、管理的理論和方法。AAS的工程實(shí)施應(yīng)按照?qǐng)D4所示的報(bào)警管理生命周期各階段的活動(dòng)內(nèi)容開展，形成制度化、規(guī)范化的工作流程和考核機(jī)制，持續(xù)改進(jìn)。

對(duì)于新建大型石油化工工廠或裝置，AAS的實(shí)施宜首先制訂報(bào)警管理規(guī)定，定義報(bào)警系統(tǒng)的目標(biāo)和設(shè)計(jì)原則，然后按照?qǐng)D4開展各階段的工作。對(duì)于在役大型石油化工工廠或裝置，AAS的實(shí)施宜首先進(jìn)行報(bào)警監(jiān)測(cè)與評(píng)估，或報(bào)警系統(tǒng)審查，對(duì)現(xiàn)有報(bào)警系統(tǒng)的性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、評(píng)估、審查，發(fā)現(xiàn)存在的問題，然后再按照?qǐng)D4開展各階段的工作。

圖4　先進(jìn)報(bào)警管理生命周期活動(dòng)示意

5.1　編制報(bào)警管理規(guī)定與功能設(shè)計(jì)規(guī)格書

5.1.1報(bào)警管理規(guī)定

報(bào)警管理規(guī)定確定報(bào)警管理的基本定義、原則、設(shè)計(jì)、實(shí)施、投用、維護(hù)、監(jiān)測(cè)、評(píng)估、審查及變更管理等，是開展先進(jìn)報(bào)警管理生命周期各階段活動(dòng)的依據(jù)。

大型煉油、石化和煤化工工廠應(yīng)根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況制訂適合本企業(yè)特點(diǎn)的報(bào)警管理規(guī)定，統(tǒng)一報(bào)警設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)程。

5.1.2報(bào)警系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)規(guī)格書

報(bào)警系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)規(guī)格書在報(bào)警管理規(guī)定的基礎(chǔ)上更為詳細(xì)地規(guī)定報(bào)警系統(tǒng)的各項(xiàng)功能要求、技術(shù)參數(shù)、管理規(guī)程等，報(bào)警系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)規(guī)格書是報(bào)警管理規(guī)定的延伸資料。

5.2　報(bào)警辨識(shí)

報(bào)警辨識(shí)是對(duì)可能的報(bào)警或報(bào)警變更進(jìn)行定義的階段。報(bào)警辨識(shí)可在不同階段通過多種方法開展，如： 通過過程危險(xiǎn)分析(PHA)、危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP)、保護(hù)層分析(LOPA)、工程經(jīng)驗(yàn)、P&ID審查等，通過報(bào)警辨識(shí)確定的報(bào)警設(shè)置作為報(bào)警歸檔和合理化分析的輸入信息，報(bào)警辨識(shí)過程中須按照?qǐng)?bào)警管理規(guī)定的要求定義和設(shè)置報(bào)警。

5.3　報(bào)警歸檔與合理化分析

5.3.1報(bào)警歸檔

報(bào)警歸檔的內(nèi)容通常包括報(bào)警的定義、設(shè)置目的和其他報(bào)警合理化分析所需要的信息。為便于訪問、查詢、培訓(xùn)和維護(hù)，報(bào)警歸檔資料須建立電子數(shù)據(jù)庫，作為主報(bào)警數(shù)據(jù)庫的部分。

5.3.2報(bào)警合理化分析

報(bào)警合理化分析是指根據(jù)報(bào)警管理規(guī)定的要求，對(duì)報(bào)警設(shè)置的合理性和報(bào)警參數(shù)進(jìn)行分析和審查，并將審查結(jié)果歸檔記錄的工作過程，是區(qū)別于傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵階段。報(bào)警合理化分析工作包括以下內(nèi)容：分析各種報(bào)警是否應(yīng)設(shè)置及設(shè)置是否合理、分析報(bào)警產(chǎn)生的各種原因、分析發(fā)生報(bào)警后操作員應(yīng)采取的正確響應(yīng)動(dòng)作、根據(jù)后果嚴(yán)重程度和最大允許響應(yīng)時(shí)間確定報(bào)警優(yōu)先級(jí)。

5.4　AAS設(shè)計(jì)與實(shí)施

5.4.1設(shè)計(jì)

在完成報(bào)警歸檔和合理化分析的基礎(chǔ)上，完善報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如報(bào)警類型、報(bào)警設(shè)定值、報(bào)警參數(shù)、報(bào)警死區(qū)、正/負(fù)延時(shí)設(shè)置等，以便在基本過程控制系統(tǒng)和AAS中實(shí)施。

5.4.2實(shí)施

AAS的實(shí)施主要工作包括： 培訓(xùn)、組態(tài)、下裝、調(diào)試，測(cè)試和確認(rèn)，歸檔記錄。

5.5　AAS投用與維護(hù)

1) 投用。AAS投用是在報(bào)警歸檔和合理化分析、報(bào)警設(shè)計(jì)和實(shí)施的基礎(chǔ)上投入使用，并按照各項(xiàng)報(bào)警管理規(guī)程執(zhí)行、持續(xù)改進(jìn)報(bào)警管理水平的階段。為更好實(shí)施AAS，須設(shè)置合理的管理機(jī)構(gòu)和明確的職責(zé)分工。

2) 維護(hù)。AAS投用后，須持續(xù)進(jìn)行維護(hù)工作，如報(bào)警系統(tǒng)定期測(cè)試、報(bào)警設(shè)備維修等，以保證AAS正常運(yùn)行。

5.6　AAS監(jiān)測(cè)與評(píng)估

1) 監(jiān)測(cè)。AAS監(jiān)測(cè)是指對(duì)報(bào)警系統(tǒng)的性能進(jìn)行持續(xù)測(cè)量與監(jiān)視，并以量化指標(biāo)進(jìn)行匯總，AAS監(jiān)測(cè)是改進(jìn)提高報(bào)警系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)和重要手段。

2) 評(píng)估。在AAS評(píng)估階段須將報(bào)警系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)與報(bào)警管理規(guī)定中制訂的KPI指標(biāo)進(jìn)行定期對(duì)比，若AAS評(píng)估后發(fā)現(xiàn)有需要改進(jìn)提高的報(bào)警系統(tǒng)問題，須提出解決方案，并按照管理機(jī)構(gòu)及職責(zé)分工進(jìn)行落實(shí)解決。

5.7　變更管理

為保證AAS的完整性和有效性，須建立變更管理工作流程，系統(tǒng)有效地管理報(bào)警系統(tǒng)的變更，變更管理通常經(jīng)過申請(qǐng)、評(píng)估、審查、批準(zhǔn)、實(shí)施、培訓(xùn)、監(jiān)督等流程。

5.8　審　查

AAS審查是在日常監(jiān)測(cè)與評(píng)估的基礎(chǔ)上，定期綜合評(píng)價(jià)AAS的性能及管理活動(dòng)的有效性，AAS通常定期進(jìn)行審查。

6　工程應(yīng)用實(shí)例

某新型煤化工工程的甲醇制烯烴(MTO)裝置在總體設(shè)計(jì)階段伊始規(guī)劃實(shí)施AAS，在工程設(shè)計(jì)階段按照國際規(guī)范進(jìn)行了報(bào)警歸檔與合理化分析(D&R)，AAS設(shè)計(jì)、組態(tài)和調(diào)試工作，并在施工、開車、運(yùn)行階段開展了先進(jìn)報(bào)警管理生命周期各階段用于改進(jìn)報(bào)警系統(tǒng)的各項(xiàng)管理活動(dòng)。

6.1　實(shí)施里程碑控制點(diǎn)

該裝置AAS的實(shí)施歷時(shí)近3a，主要的控制節(jié)點(diǎn)： 編制先進(jìn)報(bào)警管理規(guī)定及功能設(shè)計(jì)規(guī)格書；AAS與DCS接口及集成測(cè)試；D&R分析；AAS設(shè)計(jì)、組態(tài)、調(diào)試、FAT；發(fā)貨至現(xiàn)場(chǎng)；開箱、上電、SAT、聯(lián)調(diào)、投運(yùn)；裝置開車；報(bào)警性能監(jiān)測(cè)、維護(hù)、評(píng)估、變更管理。

6.2　報(bào)警合理化分析

該裝置工藝流程復(fù)雜，DCS/SIS的I/O點(diǎn)超過5 000點(diǎn)，控制系統(tǒng)規(guī)模大，報(bào)警數(shù)量多，已組態(tài)的報(bào)警數(shù)量約9 000點(diǎn)。在編制審查先進(jìn)報(bào)警管理規(guī)定和功能設(shè)計(jì)規(guī)格書的基礎(chǔ)上，最終用戶、設(shè)計(jì)單位和AAS供應(yīng)商的技術(shù)人員對(duì)裝置所有已組態(tài)報(bào)警進(jìn)行了D&R分析工作，歷時(shí)1個(gè)月。

1) D&R分析需準(zhǔn)備的資料包括： 管道及儀表流程圖(P&ID圖)；工藝操作手冊(cè)(SOP)；工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表；所有報(bào)警的DCS組態(tài)數(shù)據(jù)；先進(jìn)報(bào)警管理規(guī)范及功能設(shè)計(jì)規(guī)格書；HAZOP，PHA，LOPA等報(bào)告；緊急停車系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯圖及說明；報(bào)警及聯(lián)鎖設(shè)定值表；DCS HMI畫面截屏；D&R軟件。

2) 參加D&R分析工作的專業(yè)人員包括： 有豐富D&R分析經(jīng)驗(yàn)的專家，經(jīng)驗(yàn)豐富的操作員及工藝車間主任，熟悉工藝流程和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的工藝工程師，儀表與控制系統(tǒng)工程師，安全、環(huán)保、設(shè)備等工程師。

D&R分析前后報(bào)警數(shù)量的對(duì)比如圖5所示。從圖5中可以得出，通過D&R分析，刪除重復(fù)的報(bào)警，將不符合報(bào)警定義的報(bào)警設(shè)置為事件記錄等，工藝報(bào)警數(shù)量減少了37.6%，儀表及控制系統(tǒng)報(bào)警數(shù)量減少了72.3%。

6.3　報(bào)警分組設(shè)置

該裝置操作運(yùn)行分為反應(yīng)、急冷、熱工、壓縮、分離5個(gè)崗位，根據(jù)裝置設(shè)置及崗位要求，報(bào)警分組分為甲醇轉(zhuǎn)化操作崗位和烯烴分離操作崗位，見表9所列。

圖5　D&R分析前后報(bào)警數(shù)量對(duì)比示意

操作崗位報(bào)警響應(yīng)責(zé)任操作員提示信息甲醇轉(zhuǎn)化100單元反應(yīng)再生170單元反再熱工200單元急冷700單元熱工1800單元公用工程1有毒/可燃?xì)怏w報(bào)警700單元熱工2800單元公用工程2有毒/可燃?xì)怏w報(bào)警(其他報(bào)警區(qū)域)烯烴分離300單元工藝氣壓縮及堿洗400單元冷分離500單元熱分離600單元丙烯制冷700單元熱工2800單元公用工程2有毒/可燃?xì)怏w報(bào)警700單元熱工1800單元公用工程1有毒/可燃?xì)怏w報(bào)警(其他報(bào)警區(qū)域)

6.4　報(bào)警優(yōu)先級(jí)設(shè)置

該裝置在D&R分析過程中按照?qǐng)?bào)警管理規(guī)定進(jìn)行了報(bào)警優(yōu)先級(jí)別的定義，對(duì)不同優(yōu)先級(jí)別的報(bào)警在控制系統(tǒng)畫面上的顯示顏色分別進(jìn)行了規(guī)定，并在DCS的HMI組態(tài)中對(duì)上述顏色進(jìn)行了規(guī)避，對(duì)每個(gè)優(yōu)先級(jí)別的報(bào)警設(shè)定了各自唯一的報(bào)警聲響。

6.5　多工況報(bào)警

通過D&R分析及實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該裝置實(shí)施了多工況報(bào)警。

6.5.1工藝氣壓縮機(jī)正常工況/氮?dú)夤r報(bào)警

在機(jī)組開車階段，需要對(duì)機(jī)組進(jìn)行試車、置換、氣密等工作，氮?dú)膺\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最長可達(dá)1周。在機(jī)組防喘振控制系統(tǒng)中設(shè)有氮?dú)夤r模式，根據(jù)氮?dú)夤r特點(diǎn)，取消流量、液位等無關(guān)的工藝報(bào)警，對(duì)壓縮機(jī)各段排出溫度、吸入壓力等報(bào)警值進(jìn)行氮?dú)饽Ｊ降脑O(shè)置：

1) 正常工況時(shí)，一段吸入壓力高報(bào)值100 kPa，四段排出溫度高報(bào)值94 ℃。

2) 氮?dú)夤r時(shí)，一段吸入壓力高報(bào)值250 kPa，四段排出溫度高報(bào)值100 ℃。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)切換至正常工況報(bào)警狀態(tài)，設(shè)定合理的溫度、壓力、液位、流量等工藝報(bào)警值。

6.5.2干燥器吸附/再生工況報(bào)警

以烴液干燥器為例，共有A，B 2臺(tái)，1臺(tái)吸附時(shí)，另外1臺(tái)再生，吸附臺(tái)運(yùn)行周期達(dá)到48 h后，切出進(jìn)行再生。

1) 吸附工況報(bào)警。正常操作溫度為14～16 ℃，操作壓力3.3～3.5 MPa。設(shè)有溫度高報(bào)值18 ℃，輔助水分析儀判斷烴液中含水情況及脫乙烷塔進(jìn)料溫度高報(bào)警。設(shè)壓力低報(bào)值2.8 MPa，滿足條件時(shí)物料閥門才允許打開。

2) 再生工況報(bào)警。再生過程較為復(fù)雜，分為倒出液、泄壓、冷吹、升溫、恒溫、降溫、充壓、倒入液、備用等步驟。干燥器設(shè)計(jì)有再生順控操作程序，設(shè)有全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種控制模式。報(bào)警管理系統(tǒng)將根據(jù)工況狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果，判定干燥器正處于何種工況以及哪個(gè)步驟，針對(duì)不同的工況和步驟，激活不同的報(bào)警設(shè)定值。例如，設(shè)有壓力高報(bào)值0.8 MPa，滿足條件時(shí)才允許再生氣閥門打開；設(shè)有溫度低報(bào)值0 ℃，冷吹時(shí)倒液不徹底出現(xiàn)低溫時(shí)報(bào)警等。

6.6　報(bào)警與人機(jī)畫面深度結(jié)合

6.6.1外部控制系統(tǒng)報(bào)警優(yōu)化

裝置共有3套大型機(jī)組、2套空冷島、1套除塵系統(tǒng)。為有效減少報(bào)警數(shù)量，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)上述外部控制系統(tǒng)設(shè)置“公共報(bào)警”，當(dāng)1個(gè)或多個(gè)點(diǎn)報(bào)警發(fā)生時(shí)，就會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的公共報(bào)警。公共報(bào)警采用彈出窗口以圖表或文字等形式對(duì)報(bào)警進(jìn)行提示，便于操作員盡快確認(rèn)報(bào)警并及時(shí)采取有效處置措施。

6.6.2報(bào)警響應(yīng)提示信息

裝置輔操臺(tái)設(shè)有公用工程(循環(huán)水、供電)、大型機(jī)組、精餾塔等聯(lián)鎖停車報(bào)警，出現(xiàn)上述報(bào)警時(shí)，裝置出現(xiàn)全面或局部停車，需要操作員采取緊急處理措施。這些聯(lián)鎖會(huì)對(duì)公用工程、上下游裝置運(yùn)行造成沖擊，并引發(fā)多個(gè)聯(lián)鎖動(dòng)作，同時(shí)也是報(bào)警大面積出現(xiàn)時(shí)段。為第一時(shí)間通知操作人員停車報(bào)警并提醒應(yīng)急操作事項(xiàng)，在DCS增加了停機(jī)報(bào)警自動(dòng)彈窗提示功能，如： 當(dāng)工藝氣壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)，甲醇轉(zhuǎn)化崗位自動(dòng)彈出停機(jī)報(bào)警窗口，提醒注意排低壓火炬閥門自動(dòng)打開及控制反應(yīng)器-再生器壓力；烯烴分離崗位自動(dòng)彈出停機(jī)報(bào)警窗口，提醒注意排高壓火炬閥門自動(dòng)打開及控制壓縮機(jī)吸入壓力、蒸汽管網(wǎng)波動(dòng)、通知其他下游關(guān)聯(lián)裝置、調(diào)整相關(guān)工藝操作等。

6.7　報(bào)警死區(qū)及延時(shí)濾波功能應(yīng)用

當(dāng)測(cè)量值在報(bào)警設(shè)定值附近波動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量間歇報(bào)警。為減少此類報(bào)警，對(duì)部分工藝報(bào)警設(shè)置延時(shí)濾波時(shí)間及滯環(huán)，設(shè)定死區(qū)范圍，按照流量報(bào)警值延時(shí)2 s、滯環(huán)5%；液位報(bào)警值延時(shí)2 s、滯環(huán)5%；壓力報(bào)警值延時(shí)1 s、滯環(huán)2%；溫度報(bào)警滯環(huán)1%，進(jìn)行預(yù)設(shè)置，并根據(jù)各參數(shù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，有效降低了間歇報(bào)警發(fā)生。

6.8　AAS投用效果監(jiān)測(cè)

該新型煤化工工程有2套MTO裝置，其中1號(hào)MTO投用了AAS，2號(hào)MTO未設(shè)AAS。經(jīng)開車及正常生產(chǎn)階段對(duì)比其報(bào)警數(shù)量，采用AAS的1號(hào)MTO報(bào)警數(shù)量大幅減少，如圖6所示。

圖6　裝置開車及正常生產(chǎn)工況下報(bào)警數(shù)量對(duì)比

從圖6可看出，開車投運(yùn)之初報(bào)警數(shù)量偏高，需通過AAS進(jìn)行匯總、記錄、分析和改進(jìn)，不斷優(yōu)化報(bào)警設(shè)置。通過優(yōu)化工作近1個(gè)月后，報(bào)警數(shù)量進(jìn)一步減少，如圖7所示。

圖7　某段時(shí)間持續(xù)優(yōu)化后報(bào)警數(shù)量對(duì)比

從圖7可看出，1號(hào)MTO通過持續(xù)監(jiān)視、檢測(cè)、分析報(bào)警性能，優(yōu)化報(bào)警設(shè)置，減少滋擾報(bào)警，報(bào)警數(shù)量由投用之初的每天數(shù)千點(diǎn)減少為數(shù)百點(diǎn)，甚至達(dá)到數(shù)十點(diǎn)，有效降低了報(bào)警負(fù)荷，起到了指導(dǎo)生產(chǎn)操作的目的，得到了最終用戶操作人員和管理人員的認(rèn)可。根據(jù)EEMUA 191的標(biāo)準(zhǔn)衡量，目前1號(hào)MTO基本達(dá)到報(bào)警系統(tǒng)等級(jí)的第3等級(jí)，將來進(jìn)一步實(shí)施更為先進(jìn)的先進(jìn)報(bào)警管理技術(shù)，達(dá)到更高的報(bào)警系統(tǒng)等級(jí)。

7　結(jié)束語

AAS是數(shù)字化工廠重要組成部分，對(duì)于提高報(bào)警響應(yīng)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性、減少報(bào)警泛濫、減少裝置波動(dòng)、提高工廠智能化水平有著重要意義。提高報(bào)警管理水平是貫穿工廠全生命周期的工作，需從工程設(shè)計(jì)階段伊始到工廠建成投產(chǎn)后都予以重視，按照先進(jìn)的報(bào)警管理理念和方法，制訂報(bào)警管理規(guī)定、對(duì)報(bào)警進(jìn)行合理化分析，切實(shí)開展AAS的設(shè)計(jì)、實(shí)施、監(jiān)測(cè)、評(píng)估、審查等工作，做好變更管理，持續(xù)改進(jìn)報(bào)警系統(tǒng)性能。AAS具有廣闊的應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)意義，需要最終用戶、設(shè)計(jì)單位和供應(yīng)商密切配合，扎實(shí)工作，持續(xù)改進(jìn)，為大型煉油、石化和煤化工工廠的“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運(yùn)行，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，提升現(xiàn)代化工廠精益管理打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]EEMUA.EEMUA 191 Alarm Systems: A Guide to Design, Management and Procurement [S]. 2 ed. Wilmslow: EEMUA, 2013.

[2]ISA. ANSI/ISA 18.2 Management of Alarm System for the Process Industries [S].North Carolina: ISA, 2009.

[3]IEC.IEC 62682 Management of Alarm Systems for the Process Industries [S].Geneva: IEC, 2014.

[4]Hollifield B, Habibi E. The Alarm Management Handbook [M].2 ed. USA: 360 Digital Books, 2010.

[5]Hollifield B, Oliver D, Nimmo I, et al. The High Performance HMI Handbook [M].USA: INscribe Digital, 2008.

[6]趙霄,范宗海.石油化工裝置先進(jìn)報(bào)警管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討[J].石油化工自動(dòng)化，2017,53( 01): 45-50.

[7]馬睿. 先進(jìn)報(bào)警管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用探討[J].石油化工自動(dòng)化，2015,51(04): 23-26.

[8]魏劍萍. 報(bào)警管理在乙烯裂解裝置上的應(yīng)用[J].化工管理，2013(09): 84-86.

[9]黃步余,葉向東,范宗海,等. GB/T 50770—2013 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國計(jì)劃出版社，2013.