李傳坤

(中國石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266104)

0 前言

“管安全就是管風(fēng)險，管風(fēng)險就要關(guān)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(xiàn)生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)：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(jù)對多個大型石化企業(yè)煉化裝置報警系統(tǒng)報警數(shù)量的調(diào)研，管理水平相差較大，每小時報警數(shù)目大多在20～1 000個，遠(yuǎn)超報警管理國際標(biāo)準(zhǔn)的建議水平。

國內(nèi)對工藝報警的研究主要集中在報警統(tǒng)計軟件的應(yīng)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(shù)量反彈。因此，從減少裝置的工藝報警數(shù)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(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合大型石化企業(yè)工藝技術(shù)管理實(shí)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(guān)軟件工具，并在某大型煉化企業(yè)進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。

1 煉化過程工藝報警管理主要內(nèi)容

過多報警的產(chǎn)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(guān)。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(shí)現(xiàn)管理的規(guī)范化與精細(xì)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(zé)與分工，報警參數(shù)、報警優(yōu)先級及報警值的設(shè)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(zé)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(xiàng)原因是缺乏一套科學(xué)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(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為對象統(tǒng)計報警情況，遺漏了大量重復(fù)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(jìn)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(zé)任部門

為了有效管理工藝報警，首先應(yīng)該明確相關(guān)的責(zé)任部門和各自的分工。工藝報警的主要相關(guān)部門及其任務(wù)分工如下。

a)企業(yè)工藝技術(shù)管理部門。負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)緊急報警參數(shù)變更的審批。負(fù)責(zé)組織對企業(yè)各裝置工藝參數(shù)報警情況統(tǒng)計、分析與考核。

b)企業(yè)運(yùn)行部(車間)。負(fù)責(zé)企業(yè)生產(chǎn)裝置工藝報警的日常管理、檢查和考核。負(fù)責(zé)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(diào)整、報警屏蔽)的風(fēng)險評估及申請。負(fù)責(zé)企業(yè)重要報警和一般報警參數(shù)變更的審批。負(fù)責(zé)建立企業(yè)緊急報警處置應(yīng)急預(yù)案，并定期組織培訓(xùn)。負(fù)責(zé)定期對工藝報警情況進(jìn)行統(tǒng)計、分析，制定相應(yīng)的整改措施并落實(shí)。

c)企業(yè)設(shè)備管理部門(機(jī)動部/儀表中心)。負(fù)責(zé)工藝報警變更等在DCS系統(tǒng)上的組態(tài)實(shí)施。負(fù)責(zé)報警系統(tǒng)的維護(hù)管理，協(xié)助工藝、操作人員診斷和解決故障，重點(diǎn)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(shè)置

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

2.2.1報警參數(shù)選擇

應(yīng)根據(jù)過程危險與風(fēng)險分析、工藝及設(shè)備的安全要求、環(huán)境監(jiān)管要求以及產(chǎn)品質(zhì)量要求等因素，全面識別和評估可能存在的風(fēng)險，確定需要設(shè)置報警的參數(shù)。

基于上述原則，應(yīng)設(shè)置報警的參數(shù)包括但不限于：①帶聯(lián)鎖的參數(shù)；②工藝卡片參數(shù)；③環(huán)保監(jiān)測參數(shù)；④影響產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)；⑤上下游裝置運(yùn)行的參數(shù)，原料進(jìn)裝置主要參數(shù)；⑥公用工程參數(shù)；⑦影響設(shè)備安全的參數(shù)(靜設(shè)備：塔器類壓力、溫度參數(shù)；動設(shè)備：機(jī)泵、機(jī)組安全運(yùn)行參數(shù)；加熱爐安全燃燒監(jiān)控參數(shù))。

2.2.2報警優(yōu)先級設(shè)置

基于風(fēng)險管理思想，根據(jù)報警不響應(yīng)的后果等級和操作人員響應(yīng)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(jù)圖1中的報警風(fēng)險程度，并參考EEMUA191、ISA18.2等國際標(biāo)準(zhǔn)，按照緊急(20個)、高級(5%)、中級(15%)、低級(80%)的大致比例進(jìn)行報警分級。對不同報警優(yōu)先級的報警參數(shù)，可以采取不同的管控辦法。

2.2.3報警值設(shè)置

工藝參數(shù)報警值應(yīng)根據(jù)工藝卡片指標(biāo)控制范圍和工藝包參數(shù)設(shè)計范圍，綜合考慮操作人員處置所需的響應(yīng)時間及過程變化速率等因素設(shè)置。同時，報警值的設(shè)置應(yīng)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(yīng)時間；③使工藝參數(shù)不超過工藝或設(shè)備的約束值，并應(yīng)考慮工藝或設(shè)備約束值的不確定性。因此，提出圖2所示的報警值設(shè)置方法。

圖2 報警值設(shè)置示意

緊急和高級報警應(yīng)設(shè)置一級報警和二級報警，中級和低級報警應(yīng)設(shè)置一級報警，并根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置二級報警。一級報警一般為工藝參數(shù)的高限或低限報警，即工藝參數(shù)超出正常操作范圍。二級報警一般為工藝參數(shù)的高高限或低低限報警，即工藝參數(shù)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(yùn)行部(車間)技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合日、周、月檢對裝置DCS報警值的設(shè)置進(jìn)行檢查，以保證DCS系統(tǒng)內(nèi)的報警限值與工藝報警臺賬一致。

b)企業(yè)運(yùn)行部(車間)技術(shù)人員應(yīng)定期對報警情況進(jìn)行統(tǒng)計，在技術(shù)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(jìn)行分析，制定整改措施進(jìn)行整改，并反饋整改情況。

c)企業(yè)工藝技術(shù)管理部門應(yīng)定期統(tǒng)計分析各裝置報警數(shù)據(jù)，根據(jù)報警頻率、持續(xù)時間等指標(biāo)，對報警進(jìn)行評估，并對報警性能KPI指標(biāo)進(jìn)行排名。

報警的統(tǒng)計和評估應(yīng)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(biāo)如表1所示。

表1 報警關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)

2.4 無效報警的消除

a)為保證報警信息與生產(chǎn)實(shí)際一致，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種無效報警應(yīng)及時消除，并由企業(yè)運(yùn)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(chǎn)操作。

b)已拆除裝置(工藝單元)、暫時停用裝置(工藝單元)產(chǎn)生的無效報警，由企業(yè)運(yùn)行部(車間)進(jìn)行梳理，提交企業(yè)工藝技術(shù)管理部門審核后，由企業(yè)設(shè)備管理部門安排儀表維護(hù)單位進(jìn)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(jīng)企業(yè)運(yùn)行部(車間)確認(rèn)后并通知儀表部門采取臨時報警關(guān)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(jìn)行存檔，執(zhí)行變更程序后方可實(shí)施。

3 工藝報警管理工具開發(fā)

筆者團(tuán)隊開發(fā)了報警性能評估與優(yōu)化軟件工具，能實(shí)時獲取裝置的報警數(shù)據(jù)(DCS的原始報警記錄)，進(jìn)而進(jìn)行報警性能評估、報警分布、報警排行、報警診斷等工作，實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)來源

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

3.2 報警性能評估

以平均報警數(shù)和峰值報警數(shù)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(dāng)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(xiàn)象的統(tǒng)計，以及高頻報警參數(shù)、持續(xù)報警參數(shù)、重復(fù)報警參數(shù)等進(jìn)行統(tǒng)計排行。圖5展示了排名前10的高頻報警參數(shù)。

圖5 高頻報警參數(shù)

報警泛濫時間是指從每10 min報警次數(shù)超過10次報警起始，至每10 min報警次數(shù)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(jìn)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(diào)度等各部門對報警參數(shù)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(yīng)用案例

本文開發(fā)的工藝報警管理技術(shù)在某大型煉化企業(yè)的重油加氫裝置進(jìn)行了應(yīng)用。整個項(xiàng)目建設(shè)過程如下。

4.1 報警管理制度完善

該公司的生產(chǎn)技術(shù)部牽頭，聯(lián)合該公司的工藝、機(jī)動(儀表)、發(fā)展規(guī)劃等部門，進(jìn)行了多輪討論，形成《××企業(yè)工藝參數(shù)報警管理規(guī)定》。

4.2 報警參數(shù)篩選

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

4.3 報警優(yōu)先級劃分

對1 322個參數(shù)的報警優(yōu)先級重新進(jìn)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(chǎn)操作的實(shí)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(jìn)行裝置報警的統(tǒng)計分析。對報警泛濫現(xiàn)象，以及高頻報警參數(shù)、持續(xù)報警參數(shù)、重復(fù)報警參數(shù)等進(jìn)行統(tǒng)計排行，并逐個進(jìn)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(jīng)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(shù)量大幅下降，如表4所示。但是，10 min峰值報警數(shù)由于極其容易受到短時異常波動的影響，數(shù)量依舊較高，需進(jìn)一步優(yōu)化。

表4 重油加氫裝置歷次報警優(yōu)化結(jié)果

5 結(jié)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(jīng)驗(yàn)的報警管理方式向系統(tǒng)化、規(guī)范化的方式轉(zhuǎn)變，為石油化工企業(yè)的工藝報警管理方式轉(zhuǎn)變提供有益參考。