李傳坤

(中國石化青島安全工程研究院化學品安全控制國家重點實驗室，山東青島 266104)

0 前言

“管安全就是管風險，管風險就要關注異?！盵1]。有效的分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System, DCS)報警是發(fā)現生產過程異常工況，排除事故隱患的重要手段。

國際上對報警系統(tǒng)的評估廣泛采用EEMUA191[2]及ISA18.2[3]評估標準：保持操作者有效處理的報警頻率為每10 min 1次報警，即每小時6個報警；操作員可處理的最大報警頻率為每5 min 1次報警，即每小時12個報警。根據對多個大型石化企業(yè)煉化裝置報警系統(tǒng)報警數量的調研，管理水平相差較大，每小時報警數目大多在20～1 000個，遠超報警管理國際標準的建議水平。

國內對工藝報警的研究主要集中在報警統(tǒng)計軟件的應用[4,5]和報警閾值[6-8]的優(yōu)化等方面，系統(tǒng)化、體系化的報警管理方法鮮有研究。報警管理方法的缺乏，往往會造成報警數量反彈。因此，從減少裝置的工藝報警數量、提高報警系統(tǒng)的效率入手，在EEMUA191、ISA18.2等報警管理國際標準基礎上，結合大型石化企業(yè)工藝技術管理實際，以體系化的思維探索建立了一套工藝報警管理辦法和相關軟件工具，并在某大型煉化企業(yè)進行了試點應用。

1 煉化過程工藝報警管理主要內容

過多報警的產生，與企業(yè)的工藝管理水平和所使用的分析工具緊密相關。因此，對于工藝報警的管理，一方面，建立管理制度，規(guī)范工藝報警管理過程；另一方面，建立工藝報警管理軟件系統(tǒng)，以軟件工具完善管理過程，實現管理的規(guī)范化與精細化。

1.1 報警管理制度

在企業(yè)建立報警管理制度(辦法)，明確各部門報警管理的職責與分工，報警參數、報警優(yōu)先級及報警值的設置原則，以及在報警處置、報警考核等方面的要求，有助于從管理層面解決各部門在面對工藝報警問題時責任不清、互相推諉的問題，同時可以明確和統(tǒng)一具體的工作方法。

1.2 報警管理工具

企業(yè)工藝報警管理的混亂，很大一項原因是缺乏一套科學合理的分析工具，部分企業(yè)甚至靠人工統(tǒng)計報警情況，誤差極大。此外，部分企業(yè)以實時數據庫中的數據為對象統(tǒng)計報警情況，遺漏了大量重復報警、滋擾報警。因此，有必要在企業(yè)建立規(guī)范的報警管理軟件系統(tǒng)，以DCS中的報警原始記錄為對象進行統(tǒng)計分析，并具備報警性能評估與診斷優(yōu)化等基本功能。

2 工藝報警管理方法

2.1 工藝報警責任部門

為了有效管理工藝報警，首先應該明確相關的責任部門和各自的分工。工藝報警的主要相關部門及其任務分工如下。

a)企業(yè)工藝技術管理部門。負責企業(yè)工藝報警的歸口管理，制定和完善企業(yè)的工藝報警管理制度，并監(jiān)督、檢查制度執(zhí)行情況。負責緊急報警參數變更的審批。負責組織對企業(yè)各裝置工藝參數報警情況統(tǒng)計、分析與考核。

b)企業(yè)運行部(車間)。負責企業(yè)生產裝置工藝報警的日常管理、檢查和考核。負責企業(yè)工藝報警變更(包括報警新增、取消、報警值的改變、報警分級調整、報警屏蔽)的風險評估及申請。負責企業(yè)重要報警和一般報警參數變更的審批。負責建立企業(yè)緊急報警處置應急預案，并定期組織培訓。負責定期對工藝報警情況進行統(tǒng)計、分析，制定相應的整改措施并落實。

c)企業(yè)設備管理部門(機動部/儀表中心)。負責工藝報警變更等在DCS系統(tǒng)上的組態(tài)實施。負責報警系統(tǒng)的維護管理，協(xié)助工藝、操作人員診斷和解決故障，重點消除由于儀表或控制系統(tǒng)自身原因造成的報警。

2.2 工藝報警設置

工藝報警的設置主要包括報警參數的選擇，以及各報警參數的報警優(yōu)先級和報警值的設定。

2.2.1報警參數選擇

應根據過程危險與風險分析、工藝及設備的安全要求、環(huán)境監(jiān)管要求以及產品質量要求等因素，全面識別和評估可能存在的風險，確定需要設置報警的參數。

基于上述原則，應設置報警的參數包括但不限于：①帶聯鎖的參數；②工藝卡片參數；③環(huán)保監(jiān)測參數；④影響產品質量的參數；⑤上下游裝置運行的參數，原料進裝置主要參數；⑥公用工程參數；⑦影響設備安全的參數(靜設備：塔器類壓力、溫度參數；動設備：機泵、機組安全運行參數；加熱爐安全燃燒監(jiān)控參數)。

2.2.2報警優(yōu)先級設置

基于風險管理思想，根據報警不響應的后果等級和操作人員響應所需的時間，將報警優(yōu)先級分為緊急、高、中、低4級，如圖1所示。

圖1 報警優(yōu)先級劃分矩陣

根據圖1中的報警風險程度，并參考EEMUA191、ISA18.2等國際標準，按照緊急(20個)、高級(5%)、中級(15%)、低級(80%)的大致比例進行報警分級。對不同報警優(yōu)先級的報警參數，可以采取不同的管控辦法。

2.2.3報警值設置

工藝參數報警值應根據工藝卡片指標控制范圍和工藝包參數設計范圍，綜合考慮操作人員處置所需的響應時間及過程變化速率等因素設置。同時，報警值的設置應符合以下要求：①在正常的過程波動和信號噪聲中沒有報警發(fā)生；②操作人員有足夠的響應時間；③使工藝參數不超過工藝或設備的約束值，并應考慮工藝或設備約束值的不確定性。因此，提出圖2所示的報警值設置方法。

圖2 報警值設置示意

緊急和高級報警應設置一級報警和二級報警，中級和低級報警應設置一級報警，并根據實際需要設置二級報警。一級報警一般為工藝參數的高限或低限報警，即工藝參數超出正常操作范圍。二級報警一般為工藝參數的高高限或低低限報警，即工藝參數超出安全操作范圍。

2.3 工藝報警的檢查、統(tǒng)計和分析

a)企業(yè)運行部(車間)技術人員應結合日、周、月檢對裝置DCS報警值的設置進行檢查，以保證DCS系統(tǒng)內的報警限值與工藝報警臺賬一致。

b)企業(yè)運行部(車間)技術人員應定期對報警情況進行統(tǒng)計，在技術月報中對于持續(xù)、頻繁發(fā)生的報警及每月發(fā)生的緊急、高級和中級報警進行分析，制定整改措施進行整改，并反饋整改情況。

c)企業(yè)工藝技術管理部門應定期統(tǒng)計分析各裝置報警數據，根據報警頻率、持續(xù)時間等指標，對報警進行評估，并對報警性能KPI指標進行排名。

報警的統(tǒng)計和評估應以DCS系統(tǒng)中的報警日志為對象，時間區(qū)間宜為30天。報警性能KPI指標如表1所示。

表1 報警關鍵性能指標(KPI)

2.4 無效報警的消除

a)為保證報警信息與生產實際一致，對生產過程中產生的各種無效報警應及時消除，并由企業(yè)運行部(車間)定期檢查，避免由此造成的報警泛濫，影響正常生產操作。

b)已拆除裝置(工藝單元)、暫時停用裝置(工藝單元)產生的無效報警，由企業(yè)運行部(車間)進行梳理，提交企業(yè)工藝技術管理部門審核后，由企業(yè)設備管理部門安排儀表維護單位進行報警摘除或屏蔽。

c)因儀表故障不能立即處理而發(fā)生的頻繁報警，經企業(yè)運行部(車間)確認后并通知儀表部門采取臨時報警關閉(AOF)和手動置值(CAL)方式來臨時消除報警。

以上報警消除必須進行存檔，執(zhí)行變更程序后方可實施。

3 工藝報警管理工具開發(fā)

筆者團隊開發(fā)了報警性能評估與優(yōu)化軟件工具，能實時獲取裝置的報警數據(DCS的原始報警記錄)，進而進行報警性能評估、報警分布、報警排行、報警診斷等工作，實現報警的在線管理。軟件工具的主要功能如圖3所示。

圖3 報警性能評估與優(yōu)化工具主要功能

3.1 數據來源

報警數據來源為DCS，采用OPC A&E接口從DCS讀取報警和事件數據(Alarm & Event)。

3.2 報警性能評估

以平均報警數和峰值報警數為核心，將裝置報警性能分為5個等級，以便于分類管理，如圖4所示，當前的性能等級為“等級4”。

圖4 報警性能評估

3.3 報警統(tǒng)計

報警統(tǒng)計包括對報警泛濫現象的統(tǒng)計，以及高頻報警參數、持續(xù)報警參數、重復報警參數等進行統(tǒng)計排行。圖5展示了排名前10的高頻報警參數。

圖5 高頻報警參數

報警泛濫時間是指從每10 min報警次數超過10次報警起始，至每10 min報警次數低于5次為止的時間范圍，建議值為小于統(tǒng)計周期的1%。

3.4 報警診斷

為了消除各種滋擾報警，需要對各類報警進行診斷分析。本文開發(fā)的軟件工具提供在線的診斷分析模塊，以使工藝、儀表、調度等各部門對報警參數提供綜合分析。該模塊包括報警問題說明、建議整改意見、建議整改部門、整改情況反饋等。

4 應用案例

本文開發(fā)的工藝報警管理技術在某大型煉化企業(yè)的重油加氫裝置進行了應用。整個項目建設過程如下。

4.1 報警管理制度完善

該公司的生產技術部牽頭，聯合該公司的工藝、機動(儀表)、發(fā)展規(guī)劃等部門，進行了多輪討論，形成《××企業(yè)工藝參數報警管理規(guī)定》。

4.2 報警參數篩選

對重油加氫裝置的1 354個參數進行了梳理，解除了32個報警。發(fā)現了94個參數的報警值與儀表量程重合，發(fā)現了65個參數的一級報警與二級報警重合，以上不合理現象均進行了整改。

4.3 報警優(yōu)先級劃分

對1 322個參數的報警優(yōu)先級重新進行了劃分，優(yōu)化前后的對比情況如表2所示。優(yōu)化后的報警優(yōu)先級比例增大了“中”級報警的比例，更加符合生產操作的實際情況。

表2 報警優(yōu)先級優(yōu)化前后對比 %

4.4 報警性能評估與優(yōu)化

通過報警性能評估與優(yōu)化軟件，進行裝置報警的統(tǒng)計分析。對報警泛濫現象，以及高頻報警參數、持續(xù)報警參數、重復報警參數等進行統(tǒng)計排行，并逐個進行原因分析，以消除滋擾報警。主要的報警類型及原因分析如表3所示。

表3 滋擾報警分類及原因分析

經過4輪的報警優(yōu)化，以及管理措施的執(zhí)行，該重油加氫裝置的報警數量大幅下降，如表4所示。但是，10 min峰值報警數由于極其容易受到短時異常波動的影響，數量依舊較高，需進一步優(yōu)化。

表4 重油加氫裝置歷次報警優(yōu)化結果

5 結語

通過研究一種工藝報警管理方法，以制度和軟件工具的方式，使傳統(tǒng)基于經驗的報警管理方式向系統(tǒng)化、規(guī)范化的方式轉變，為石油化工企業(yè)的工藝報警管理方式轉變提供有益參考。