吳曉暢

(廣東省天然氣管網(wǎng)有限公司，廣東廣州 510503)

安全儀表系統(tǒng)(Safety Instrumentation System，簡稱SIS) 廣泛應(yīng)用于長輸管道等連續(xù)生產(chǎn)的石化行業(yè)中，SIS系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)，從而保證人員、設(shè)備、生產(chǎn)工藝等的安全。輸氣生產(chǎn)的安全儀表系統(tǒng)(SIS)包括安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、緊急停車系統(tǒng)、可燃?xì)怏w及火災(zāi)檢測保護(hù)系統(tǒng)等。SIS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(dòng)作，使生產(chǎn)過程安全停止或自動(dòng)切入到預(yù)定的安全狀態(tài)，因此，對其安全可靠性要求非常高，如果SIS失效，往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。

1 事故經(jīng)過

某輸氣站的SIS發(fā)生故障，引發(fā)聯(lián)鎖關(guān)斷并導(dǎo)致站內(nèi)放空事故。由于設(shè)置為故障-安全模式，即當(dāng)其自身出現(xiàn)故障的情況下啟動(dòng)聯(lián)鎖，按預(yù)定的順序進(jìn)行關(guān)斷放空。通過對SIS系統(tǒng)控制器鑰匙開關(guān)復(fù)位，2 h后系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行，站場也同時(shí)恢復(fù)正常的輸氣生產(chǎn)。

2 原因分析

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，并對SIS全面診斷和檢測，確認(rèn)SIS工作正常，系統(tǒng)供電異常時(shí)導(dǎo)致失電的原因。

2.1 IDLE狀態(tài)

確認(rèn)當(dāng)時(shí)SIS狀態(tài)為IDLE，而導(dǎo)致SIS雙控制器都處于IDLE狀態(tài)的因素如下：①兩個(gè)控制器同時(shí)出現(xiàn)故障；②兩塊DO卡同時(shí)出現(xiàn)故障，并且兩塊DO卡不同時(shí)為奇數(shù)或偶數(shù)槽位：通過面板操作將兩個(gè)控制器鑰匙開關(guān)置位IDLE狀態(tài)；③SIS失電，再得電后自檢通過。

2.2 SIS發(fā)生失電確認(rèn)

通過在線進(jìn)行診斷，結(jié)合站場投產(chǎn)時(shí)間可知，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)該運(yùn)行了至少2 620 h，但診斷信息顯示Up time為486 h，Operational time為483 h，證明系統(tǒng)曾經(jīng)失過電，并且在約3 h后恢復(fù)正常運(yùn)行。這個(gè)時(shí)間與生產(chǎn)工藝放空及生產(chǎn)恢復(fù)時(shí)間一致。所以SIS發(fā)生失電，導(dǎo)致系統(tǒng)停止重啟，從而引起生產(chǎn)放空動(dòng)作。

2.3 SIS失電可能性確定

經(jīng)過對系統(tǒng)供電線路及現(xiàn)場環(huán)境的分析，提出以下可能導(dǎo)致系統(tǒng)失電的原因：包括SIS本身故障、電源或開關(guān)故障以及電纜連接原因、電磁干擾和接地原因、不當(dāng)操作、環(huán)境原因(包括震動(dòng))、天氣原因、意外或其它。對失電原因的逐條分析如下。

2.3.1SIS本身故障

基于放空因SIS失電而發(fā)生，SIS失電的同時(shí)，服務(wù)器B、交換機(jī)B 也都發(fā)生失電；并且SIS專家對系統(tǒng)全面診斷評估，未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常。SIS突發(fā)故障和失電同時(shí)發(fā)生的概率為零，這樣就排除SIS存在突發(fā)故障的可能。

2.3.2電源、開關(guān)、電纜、連接引發(fā)的故障

a) 事故發(fā)生時(shí)站場UPS供電設(shè)備中，只有部分設(shè)備失電(如服務(wù)器B、交換機(jī)B等)，而不是全部設(shè)備失電(如服務(wù)器A工作正常)，因此站場UPS輸出正根據(jù)各設(shè)備失電記錄，要產(chǎn)生觀察到的失電狀況，至少要有4個(gè)空開同時(shí)故障，又同時(shí)恢復(fù)。通過計(jì)算此概率極低，大約為(7×10n)-1。

b) SIS本身所帶的UPS投產(chǎn)期間一直處于正常工作狀態(tài)。事件發(fā)生后對此 UPS進(jìn)行大量測試，均工作正常。因?yàn)槭щ姲l(fā)生時(shí)SIS本身所帶的UPS與分電柜中的回路1中為SIS供電的開關(guān)同時(shí)壞掉，之后又自己恢復(fù)的可能基本為零，排除SIS本身所帶的UPS當(dāng)時(shí)故障的可能。

c) 對站控系統(tǒng)所有配電接線進(jìn)行了檢查，同時(shí)對所有可能相關(guān)的線纜進(jìn)行了斷路和短路測試，線纜連接全部可靠，線纜狀況均正常，排除由線纜及其連接原因?qū)е率щ姷目赡堋?/p>

2.3.3電磁干擾和接地原因

a) 在系統(tǒng)人員對系統(tǒng)進(jìn)行排查的過程中，觀察到SIS自帶的UPS出現(xiàn)過電壓異?，F(xiàn)象。經(jīng)過對歷史數(shù)據(jù)整理，發(fā)現(xiàn)之前對UPS進(jìn)行測試時(shí)，UPS監(jiān)測軟件監(jiān)測到一次電壓異常現(xiàn)象，觀察到SIS系統(tǒng)UPS一個(gè)瞬時(shí)輸入電壓為46 V。

b) 電壓異常理論分析。與陰保專業(yè)工程師進(jìn)行核實(shí)，發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)檢測到過外部進(jìn)入較高的干擾電壓。陰極保護(hù)設(shè)備的損壞就是因?yàn)榇穗妷涸斐傻摹?陰極保護(hù)參考電極的保護(hù)柵的接地極與SIS系統(tǒng)的地極，兩者的連接是在同一個(gè)接地盒中的。這個(gè)接地線是平方毫米的銅質(zhì)電線，電線絕緣層已經(jīng)燒毀，這說明有超過其可承受的電流持續(xù)通過。根據(jù)銅質(zhì)電線額定電流推斷，這個(gè)電流應(yīng)該不小于15 A，這樣，就可以推算出當(dāng)時(shí)絕緣接線盒內(nèi)接地極的對地電位，假如此接地極到站場聯(lián)合接地網(wǎng)的接地電阻為1.5 Ω，則此接線盒內(nèi)的接地母排的對地電位就不小于22.5 V。同理，SIS的對地電位也是如此，如果將這個(gè)電位疊加到SIS的220 V供電電源，就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)電源電壓的變化。造成陰保防雷設(shè)備燒毀的主要原因是熱量。當(dāng)熱量達(dá)到臨界值的時(shí)候陰保防雷設(shè)備才會(huì)燒毀，造成電壓異常的主要原因是瞬時(shí)電壓，在陰保積累熱量的同時(shí)，會(huì)持續(xù)不斷地接到波動(dòng)的感應(yīng)電壓，這個(gè)感應(yīng)電壓達(dá)到波峰時(shí)才是電壓異常最明顯的時(shí)候。因此陰保的燒毀與電壓異常的峰值在時(shí)間上不存在同時(shí)性。

c) 電壓異常對SIS的影響。SIS 230 V工作模式下的額定工作電壓為200～264 V。當(dāng)系統(tǒng)接收到超過此范圍的電壓值時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)停止工作。

d) 機(jī)柜間接地分析。輸氣站機(jī)柜間接地不合理。從布置圖可以發(fā)現(xiàn)以下問題：一是SIS儀表地接到了機(jī)柜上，中控分電柜儀表地接到了機(jī)柜上。正常情況下，儀表地需要接在儀表地接地排上。二是SIS機(jī)柜儀表地接在了安全地上，安全地接在了柜體上。實(shí)際上，儀表地需要接在儀表地接地排上，安全地需要接在安全地接地排上。三是調(diào)控中心通訊機(jī)柜柜體、工業(yè)電視機(jī)柜柜體均接了儀表地，應(yīng)該接到安全地才符合要求。

2.3.4不當(dāng)操作

查看事故相關(guān)記錄，與當(dāng)事人敘述相對應(yīng)，確定了事故發(fā)生時(shí)無人在機(jī)柜間，導(dǎo)致失電現(xiàn)象的空開位置相距較遠(yuǎn)，人為同時(shí)碰觸到相關(guān)各開關(guān)的可能很小，根據(jù)服務(wù)器B斷電記錄，可看到服務(wù)器B從斷電到重新運(yùn)行時(shí)間間隔，推斷服務(wù)器為瞬間失電，又立刻恢復(fù)，人為很難做到，因此該因素可以排除。

2.3.5其他因素

a)環(huán)境原因(包括震動(dòng))。根據(jù)現(xiàn)場了解并收集相關(guān)證據(jù)，確認(rèn)事故發(fā)生時(shí)現(xiàn)場無特殊環(huán)境現(xiàn)象，無施工維護(hù)。

b)天氣原因。當(dāng)日天氣晴朗，無雷電等干擾因素。

2.3.6分析情況匯總

經(jīng)過分析和討論認(rèn)為：外部強(qiáng)的電磁干擾(公共高壓直流輸電異常)通過站外管線、站外陰保設(shè)備接地、安全系統(tǒng)接地，導(dǎo)致系統(tǒng)瞬間供電電壓異常，安全系統(tǒng)瞬間失電。失電導(dǎo)致系統(tǒng)安全聯(lián)鎖動(dòng)作，從而引起放空關(guān)斷事故。

3 整改措施

a) 改變陰保機(jī)柜的接地連接點(diǎn)，將其接地線直接連接到站場聯(lián)合接地網(wǎng)，以降低外電磁干擾對站場其他設(shè)備的影響。

b) 將陰保機(jī)柜接地和儀表接地分開，同時(shí)增加其接地線的線徑，提高其自身的安全。

c) 嚴(yán)格將安全保護(hù)接地和儀表接地分開，分別接入站場聯(lián)合接地網(wǎng)，避免由于接地的相互影響成為各設(shè)備的事故因素。

d) 對聯(lián)合接地網(wǎng)進(jìn)行不定期的檢查，對電阻不符合要求的及時(shí)進(jìn)行整改，確保接地完好可靠。

e) 后期利用UPE自帶的通信功能，對UPS供電輸入進(jìn)行一段時(shí)間的連續(xù)數(shù)據(jù)采集和檢測，觀察記錄外部電磁干擾的影響。

f) 開展高壓直流排流對管道及其附屬設(shè)施影響的專項(xiàng)整改治理工作。

g) 加強(qiáng)對生產(chǎn)人員設(shè)備工作原理等技術(shù)培訓(xùn)，提高安全技能。

h) 加強(qiáng)操作人員全站切斷放空事件的應(yīng)急演練，發(fā)生突發(fā)應(yīng)急事件時(shí)做好處置科學(xué)合理、準(zhǔn)確可靠。

4 結(jié)語

SIS的安全性是保證任何潛在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)確保過程處于安全狀態(tài)。只有確保SIS的安全，消除各種影響因素，才能讓SIS真正起到應(yīng)有的保護(hù)作用，有效保證輸氣生產(chǎn)運(yùn)營的安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行。