張春嚴(yán),王冰亞，張東東

(河南神馬氯堿化工股份有限公司，河南 平頂山 467200)

河南神馬氯堿化工股份有限公司(以下簡稱“神馬氯堿化工”)實(shí)施異地搬遷建設(shè)，將生產(chǎn)廠區(qū)從平頂山市區(qū)搬遷到了葉縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。搬遷后，根據(jù)目前國家安全生產(chǎn)法規(guī)：“兩重點(diǎn)一重大”范疇的危險(xiǎn)化學(xué)品，必須納入安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理。神馬氯堿化工生產(chǎn)裝置中涉及的燒堿生產(chǎn)工藝[危險(xiǎn)化工工藝中的電解工藝(氯堿)]屬于首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝；液氯為重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，且其儲存量已構(gòu)成危險(xiǎn)化學(xué)品一級重大危險(xiǎn)源。依據(jù)安監(jiān)總局第40號令，神馬氯堿化工原有的設(shè)備控制系統(tǒng)已經(jīng)不能符合現(xiàn)行的安全生產(chǎn)國家強(qiáng)制性條文規(guī)定。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范和法律規(guī)定，神馬氯堿化工對現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行完善和改造，增加安全儀表系統(tǒng)(以下簡稱“SIS”)，將燒堿生產(chǎn)工藝及液氯罐區(qū)納入SIS進(jìn)行監(jiān)控和管理[1]。

1 氯堿生產(chǎn)裝置重大危險(xiǎn)源的辨識與分級

1.1 辨識方法

危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識的依據(jù)為GB 18218—2009 《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識》[2]和《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(安監(jiān)總局令第40號，2015年修正)。標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定中把危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識按照單元劃分。危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識的依據(jù)是危險(xiǎn)化學(xué)品的危險(xiǎn)特性、數(shù)量及校正系數(shù)。

1.2 危險(xiǎn)化學(xué)品的確定

神馬氯堿化工所涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品主要有：液氯、硫酸、氫氧化鈉和次氯酸鈉。依據(jù)文獻(xiàn)[2]，列入《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識》的危險(xiǎn)物質(zhì)為液氯。

1.3 重大危險(xiǎn)源單元

神馬氯堿化工擬定危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識評價(jià)單元為異地搬遷建設(shè)項(xiàng)目，根據(jù)文獻(xiàn) [2]，液氯儲槽構(gòu)成危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源物質(zhì)單元。

1.4 辨識結(jié)果

表1中物質(zhì)類別、臨界量等數(shù)據(jù)均來源于文獻(xiàn)[2]，現(xiàn)場實(shí)際存量按廠區(qū)內(nèi)的最大儲存量進(jìn)行計(jì)算。

表1 危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識表Table 1 Major hazards identification of hazardous chemicals

依據(jù)文獻(xiàn)[2]，當(dāng)單元內(nèi)存在的危險(xiǎn)化學(xué)品為多品種時(shí)，則按式(1)計(jì)算，如滿足式(1)，則判定為重大危險(xiǎn)源。

q1/Q1+q2/Q2+ … +qn/Qn≥1

(1)

式(1)中:q1、q2……qn為每種物質(zhì)的實(shí)際存在量，t；Q1、Q2……Qn為與各種物質(zhì)相對應(yīng)的生產(chǎn)或存儲區(qū)域的臨界量，t。

即使沒有其他危險(xiǎn)品，液氯的q/Q=60.7,遠(yuǎn)大于1，因此，該項(xiàng)目已構(gòu)成危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源。

1.5 重大危險(xiǎn)源分級

采用單元內(nèi)各種危險(xiǎn)化學(xué)品實(shí)際存量與其在文獻(xiàn)[2]中規(guī)定的臨界量比值，經(jīng)校正系數(shù)比值之和R作為分級指標(biāo)。R的計(jì)算公式如下：

R=α(β1q1/Q1+β2q2/Q2+ …+βnqn/Qn)。

(2)

式(2)中：q1,q2,…,qn為每種危險(xiǎn)化學(xué)品實(shí)際存在(在線)量,t；Q1,Q2,…,Qn為與各危險(xiǎn)化學(xué)品相對應(yīng)的臨界量,t；β1,β2,…,βn為與各危險(xiǎn)化學(xué)品相對應(yīng)的校正系數(shù)；α為該危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源廠區(qū)外暴露人員的校正系數(shù)。

①校正系數(shù)β的取值。

根據(jù)單元內(nèi)危險(xiǎn)化學(xué)品的不同類別，設(shè)定校正系數(shù)β值，見表2和表3。

表2 校正系數(shù)β取值表Table 2 Value of correction coefficient β

表3 常見毒性氣體校正系數(shù)β取值表Table 3 Value of correction coefficient β of common toxic gas

②校正系數(shù)α的取值。

根據(jù)重大危險(xiǎn)源的廠區(qū)邊界向外擴(kuò)展500 m范圍內(nèi)常住人口數(shù)量，設(shè)定廠外暴露人員校正系數(shù)α值(見表4)。

表4 校正系數(shù)α取值表Table 4 Value of correction coefficient α

③根據(jù)計(jì)算出來的R值，按表5確定危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的級別。

該項(xiàng)目500 m內(nèi)廠外可能暴露人員約100人以上，α取值2.0；氯為毒性氣體，β取值4.0。校正后，R=2×(4×60.7)=485.6。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該項(xiàng)目屬于一級重大危險(xiǎn)源。

2 氯堿生產(chǎn)裝置SIS的聯(lián)鎖邏輯

通過對神馬氯堿化工生產(chǎn)裝置“兩重點(diǎn)一重大”的分析、辨識、計(jì)算，并對整個(gè)生產(chǎn)過程保護(hù)層進(jìn)行分析(LOPA)，須接入SIS的聯(lián)鎖邏輯程序如下。

2.1 電解槽公用聯(lián)鎖

聯(lián)鎖動作條件：氫氣總管壓力的兩個(gè)壓力測量值均高于設(shè)定值；或氯氣總管壓力兩個(gè)壓力測量值均高于設(shè)定值；或兩總管壓差高于設(shè)定值；或操作人員操作緊急停車按鈕。

聯(lián)鎖動作設(shè)備：DCS發(fā)出聲光報(bào)警信號；向6臺電解槽、3臺氫氣壓縮機(jī)、3臺氯氣壓縮機(jī)發(fā)出停車聯(lián)鎖信號；氫氣放空閥、事故氯閥打開，高位堿液槽切斷閥打開，事故處理系統(tǒng)啟動。

電解槽公用安全停車程序如圖1所示。

圖1 電解槽公用安全停車程序Fig.1 Common procedure of safe shutdown of electrolyzers

2.2 電解槽單槽聯(lián)鎖程序

以A槽為例介紹電解槽單槽聯(lián)鎖程序。

聯(lián)鎖動作條件：A電解槽陰極液流量測量值低于設(shè)定值；或A電解槽進(jìn)槽鹽水流量測量值低于設(shè)定值；或操作人員操作緊急停車按鈕。

聯(lián)鎖動作設(shè)備：DCS發(fā)出聲光報(bào)警信號，向A電解槽發(fā)出停車信號。

A電解槽安全停車程序如圖2所示。

圖2 A電解槽安全停車程序Fig.2 Procedure of safe shutdown of electrolyzers A

2.3 液氯儲槽單槽聯(lián)鎖程序

以A槽為例介紹液氯儲槽單槽聯(lián)鎖程序。

聯(lián)鎖動作條件：A液氯儲槽兩個(gè)液位測量值高于設(shè)定值；或操作人員操作緊急停車按鈕。

聯(lián)鎖動作設(shè)備：DCS發(fā)出聲光報(bào)警信號，向A液氯儲槽進(jìn)料切斷閥發(fā)出關(guān)閉信號。

液氯儲槽單槽泄漏安全聯(lián)鎖程序如圖3所示。

圖3 液氯儲槽單槽泄漏安全聯(lián)鎖程序Fig.3 Safe interlocking procedure in the case of a liquid chlorine tank leaking

2.4 液氯儲槽廠房泄漏聯(lián)鎖程序

聯(lián)鎖動作條件：液氯儲槽廠房內(nèi)每個(gè)液氯儲槽設(shè)1個(gè)氯氣泄漏檢測報(bào)警器，共6處，設(shè)6個(gè)報(bào)警器，至少有3個(gè)報(bào)警器檢測值高于設(shè)定值；或操作人員操作緊急停車按鈕。

聯(lián)鎖動作設(shè)備：DCS發(fā)出聲光報(bào)警信號，事故氯風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖啟動，事故氯負(fù)壓抽風(fēng)蝶閥打開。

液氯儲槽廠房泄漏安全聯(lián)鎖程序如圖4所示。

圖4 液氯廠房多點(diǎn)泄漏安全聯(lián)鎖程序Fig.4 Safe interlocking procedure in the case of several leaks in liquid chlorine workshop

3 SIS配置須注意的問題[3]

3.1 現(xiàn)場儀表的選型和配置原則

(1)所選儀表的性能和設(shè)置應(yīng)符合分析報(bào)告規(guī)定的安全等級要求，陰極液流量儀表、進(jìn)槽鹽水流量儀表應(yīng)符合SIL1要求，氯氫總管壓力、氯氫總管壓差、液氯儲槽液位檢測儀表應(yīng)符合SIL2要求。

(2)現(xiàn)場儀表應(yīng)采用模擬量測量儀表，信號一般應(yīng)采用4～20 mA信號。

(3)測量儀表取源點(diǎn)要獨(dú)立設(shè)置。

(4)不能采用現(xiàn)場總線或其他通信方式作為SIS的輸入信號。

(5)傳感器要冗余設(shè)置，不能采用信號分配器將模擬信號分別接到SIS和其他系統(tǒng)中。

(6)緊急停車用的開關(guān)量測量儀表，正常情況下觸點(diǎn)應(yīng)處于閉合狀態(tài)，異常情況下應(yīng)處于斷開狀態(tài)。

(7)SIS和其他系統(tǒng)共用一個(gè)傳感器時(shí)，應(yīng)用SIS供電，傳感器反饋信號應(yīng)直接接入SIS,通過系統(tǒng)間通信或其他方式將信號送至過程控制系統(tǒng)。

3.2 SIS的系統(tǒng)機(jī)柜配置原則

(1)SIS應(yīng)取得國家權(quán)威部門的認(rèn)證證書，硬件、軟件版本應(yīng)是正式版本且具備診斷和測試功能。

(2)SIS控制器、輸入單元、輸出單元、電源單元、通信單元均應(yīng)采取冗余配置，一般應(yīng)采用三重化的冗余結(jié)構(gòu)。

(3)SIS控制器、輸入單元、輸出單元、電源單元、通信單元應(yīng)有一定余量，處理器、電源、軟件負(fù)荷不得超過50%，控制器內(nèi)部通信負(fù)荷不得超過50%，采用以太網(wǎng)的通信負(fù)荷不得超過20%?？刂破鱾溆命c(diǎn)數(shù)、卡件插槽預(yù)留20以上。

(4)多個(gè)儀表共用的邏輯控制器應(yīng)按安全完整性最高的等級配置。

(5)輸入輸出卡件信號通道配置隔離措施，同一個(gè)過程變量的多臺檢測儀表應(yīng)接到不同的卡件。

(6)SIS與過程控制系統(tǒng)之外的其他系統(tǒng)之間不應(yīng)設(shè)置通信接口，SIS與過程系統(tǒng)之間的連接應(yīng)采用硬接線方式。

(7)SIS與過程控制系統(tǒng)之間的通信接口應(yīng)冗余配置。SIS與DCS串口通信時(shí)，DCS為主站，SIS為從站。

4 結(jié)語

SIS在神馬氯堿化工“兩重點(diǎn)一重大”生產(chǎn)裝置投用幾年來，不斷地進(jìn)行完善和優(yōu)化，目前該系統(tǒng)操作方便，穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，在更加注重安全環(huán)保要求的今天，更具有推廣和借鑒意義。神馬氯堿化工還要進(jìn)一步優(yōu)化和完善系統(tǒng)的軟硬件配置，繼續(xù)加強(qiáng)SIS的管理和維護(hù)，有效保障生產(chǎn)裝置的本質(zhì)安全，控制事故風(fēng)險(xiǎn)，減少經(jīng)濟(jì)損失，為生產(chǎn)裝置的長滿優(yōu)運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。