張勝男

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 06330）

唐山三友集團(tuán)氯堿有限責(zé)任公司經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)有產(chǎn)能燒堿53萬(wàn)t/a、聚氯乙烯樹脂43.5萬(wàn)t/a、專用樹脂9萬(wàn)t/a，居全省前列，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、電子等領(lǐng)域。近年來(lái)，企業(yè)在生產(chǎn)自動(dòng)化控制和報(bào)警安全智能化等方面加大開發(fā)力度，建立數(shù)字化全流程生產(chǎn)管控體系，依據(jù)《化工企業(yè)報(bào)警管理實(shí)施指南》等標(biāo)準(zhǔn)完善DCS控制站工藝報(bào)警的設(shè)定和工藝報(bào)警管理制度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)重大危險(xiǎn)源運(yùn)行狀態(tài)和各生產(chǎn)關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)的報(bào)警監(jiān)控，提升公司安全管理水平。

1 工藝報(bào)警管理體系的建立

為加強(qiáng)工藝報(bào)警管理，減少人為操作失誤，避免工藝事故的發(fā)生。公司遵循《化工企業(yè)報(bào)警管理實(shí)施指南》，對(duì)生產(chǎn)工藝中的報(bào)警實(shí)施全生命周期管理，包括報(bào)警理念、報(bào)警識(shí)別、詳細(xì)設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行、監(jiān)控和評(píng)級(jí)、變更管理及審核等一系列管理活動(dòng)。健全預(yù)報(bào)系統(tǒng)，梳理現(xiàn)有報(bào)警系統(tǒng)及報(bào)警精度，密切關(guān)注自動(dòng)化、信息化技術(shù)的最新發(fā)展方向，提出新增預(yù)報(bào)系統(tǒng)計(jì)劃，引入智能數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)異常的預(yù)判，管理人員可以提前進(jìn)行調(diào)整，減少人為因素對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的干擾，提升工藝管理水平，保障生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。通過關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)控模塊中工藝報(bào)警功能對(duì)全廠物料關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行工藝控制指標(biāo)的高低限設(shè)置，在智能化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝關(guān)鍵參數(shù)點(diǎn)的報(bào)警提示功能，跟蹤各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)歷史趨勢(shì)的查詢來(lái)掌握不同階段指標(biāo)及生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以便管理人員及時(shí)做出指標(biāo)調(diào)整，并對(duì)異常數(shù)據(jù)做出及時(shí)的判斷，并采取有效處理措施。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多工業(yè)事故與報(bào)警管理不當(dāng)有關(guān)。報(bào)警管理一直是化工行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。報(bào)警值設(shè)置不合理、響應(yīng)不及時(shí)、響應(yīng)方式不正確、頻繁報(bào)警對(duì)操作人員的干擾等引起的報(bào)警管理不當(dāng)，均會(huì)降低裝置的安全性，導(dǎo)致企業(yè)發(fā)生不必要的生產(chǎn)損失，甚至引發(fā)事故。企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照化工企業(yè)報(bào)警管理要求，建立企業(yè)內(nèi)部工藝報(bào)警管理體系，其報(bào)警管理制度包括報(bào)警設(shè)置原則、報(bào)警識(shí)別處置、報(bào)警監(jiān)控評(píng)級(jí)和工藝報(bào)警變更等。具體的報(bào)警管理周期見圖1。

圖1 工藝報(bào)警的管理周期

2 生產(chǎn)系統(tǒng)工藝報(bào)警管理的實(shí)施

目前，各生產(chǎn)裝置共有儀表報(bào)警點(diǎn)近6 000個(gè)，其中DCS系統(tǒng)報(bào)警主要包含工藝、設(shè)備和儀表報(bào)警三大類，且整體報(bào)警數(shù)量較多，部分生產(chǎn)系統(tǒng)報(bào)警頻次高達(dá)25次/min，對(duì)生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控造成嚴(yán)重的刷屏干擾。由于工藝指標(biāo)超標(biāo)引起的報(bào)警較少（包括設(shè)備停用狀態(tài)報(bào)警、間歇運(yùn)行工況產(chǎn)生的報(bào)警），在眾多的報(bào)警當(dāng)中操作人員無(wú)法及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)真正異常的報(bào)警，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)隱患。為提高工藝報(bào)警在生產(chǎn)操作中的精確度和對(duì)異常情況的預(yù)見性，企業(yè)從生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部CPU負(fù)荷冗余、無(wú)效報(bào)警、高頻報(bào)警和智能化管控等方面進(jìn)行梳理完善。

2.1 工藝參數(shù)報(bào)警值的設(shè)置原則

為確保工藝參數(shù)報(bào)警設(shè)定值的合理性和適用性，企業(yè)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求確定報(bào)警值設(shè)定的原則，首先對(duì)全廠生產(chǎn)系統(tǒng)裝置進(jìn)行安全分析，確定所有參數(shù)沒有超出生產(chǎn)裝置的安全極限，其次明確安全極限與報(bào)警點(diǎn)的關(guān)系，最后根據(jù)以上原則確定安全操作極限的方式方法，該方法適用于所有的溫度、壓力、液位、流量等工藝參數(shù)。

工藝報(bào)警參數(shù)的設(shè)定區(qū)域分為三個(gè)區(qū)間，以正常操作區(qū)間為中心，按正常操作區(qū)間、糾正措施區(qū)間、緩沖區(qū)間依次范圍擴(kuò)大的形式分布。其中正常操作區(qū)間的上下限為正常操作的極大值、極小值，糾正措施區(qū)間上下限為安全操作的極大值、極小值，緩沖區(qū)間上下限為安全設(shè)計(jì)的極大值、極小值，報(bào)警設(shè)置區(qū)間不得超出安全設(shè)計(jì)區(qū)間，超出安全設(shè)計(jì)區(qū)間則為不安全的未知區(qū)間。

糾正措施區(qū)間和正常操作區(qū)間稱為安全操作區(qū)間，在此區(qū)間發(fā)生的工藝偏差或異常不會(huì)產(chǎn)生安全或環(huán)境的問題，采取一定的處置措施會(huì)及時(shí)恢復(fù)工藝參數(shù)的正常，其報(bào)警原因主要有消耗增加、產(chǎn)品質(zhì)量問題、生產(chǎn)能力下降和備件使用量增加等，在該區(qū)間內(nèi)設(shè)置工藝報(bào)警參數(shù)的高限和低限。

緩沖區(qū)間稱為安全設(shè)計(jì)區(qū)間，此區(qū)間的上下限是不可逾越的操作紅線，生產(chǎn)裝置在超出上下限后會(huì)處于不安全狀態(tài)，必須采取糾正措施，安全儀表系統(tǒng)（SIS）和安全閥等將會(huì)觸發(fā)，生產(chǎn)過程中在該區(qū)間內(nèi)設(shè)置工藝報(bào)警參數(shù)的高高限和低低限。

在以上工藝參數(shù)報(bào)警值的設(shè)定原則外，設(shè)置報(bào)警死區(qū)。報(bào)警死區(qū)主要用來(lái)消除高頻重復(fù)性報(bào)警，該部分報(bào)警一般由設(shè)備啟停過程、裝置開停車過程和工藝測(cè)量值反復(fù)越限造成的大量報(bào)警等。該死區(qū)設(shè)定后，若工藝測(cè)量值觸發(fā)工藝報(bào)警點(diǎn)后在報(bào)警死區(qū)范圍內(nèi)波動(dòng)，既不會(huì)恢復(fù)報(bào)警也不會(huì)產(chǎn)生新的報(bào)警，若測(cè)量值離開死區(qū)范圍，則先恢復(fù)原來(lái)的報(bào)警值再產(chǎn)生新的報(bào)警，一般的溫度、流量等參數(shù)的死區(qū)設(shè)置范圍在1%～5%。

2.2 高頻無(wú)效報(bào)警的分析和處置

正常生產(chǎn)控制中，部分頻繁出現(xiàn)甚至刷屏的工藝報(bào)警不能給生產(chǎn)帶來(lái)預(yù)見性指導(dǎo)，過多的刷屏信息會(huì)影響操作工的正常操作和異常判斷，造成報(bào)警信息的提取不及時(shí)或者報(bào)警信息的遺漏，不能在正常的報(bào)警響應(yīng)時(shí)間內(nèi)做出處置措施，導(dǎo)致事故的發(fā)生。鑒于此，企業(yè)針對(duì)不同生產(chǎn)系統(tǒng)有不同原因?qū)е碌母哳l率報(bào)警進(jìn)行分類匯總，分類整理出以下幾種導(dǎo)致高頻報(bào)警的原因并制定了相應(yīng)的解決措施，具體內(nèi)容見表1。

表1 高頻報(bào)警的原因及處置措施

通過表1，對(duì)過程報(bào)警的梳理和處置，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的高頻報(bào)警得到有效控制，且高頻無(wú)效報(bào)警明顯減少，所有生產(chǎn)系統(tǒng)的月均報(bào)警頻次由原來(lái)的0.30下降至0.18，具體數(shù)據(jù)見表2，各生產(chǎn)系統(tǒng)高頻報(bào)警消除率總計(jì)達(dá)54%，具體數(shù)據(jù)見表3。

表2 消除高頻報(bào)警的前后月均報(bào)警頻次對(duì)比

表3 消除高頻報(bào)警的前后月均報(bào)警數(shù)據(jù)對(duì)比

2.3 工藝報(bào)警的歸類和占比

2.3.1 工藝報(bào)警的原因占比及分類

通過長(zhǎng)時(shí)間工藝報(bào)警管理體系的運(yùn)行和經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)各生產(chǎn)控制引起工藝報(bào)警的原因進(jìn)行了分類匯總，具體見圖2。

圖2 工藝報(bào)警原因分類及占比

目前生產(chǎn)系統(tǒng)中引起工藝報(bào)警的原因主要包含工藝操作、設(shè)備故障、電儀檢修和上下游用戶影響等，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)制定相應(yīng)的報(bào)警參數(shù)核定、工藝指標(biāo)優(yōu)化、自動(dòng)控制升級(jí)改造等措施來(lái)減少系統(tǒng)中不必要的工藝報(bào)警，并根據(jù)報(bào)警類型實(shí)行工藝、設(shè)備和電儀的分專業(yè)專項(xiàng)管理，提升了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

2.3.2 工藝報(bào)警的處置措施

針對(duì)正常生產(chǎn)過程中因系統(tǒng)或設(shè)備間歇運(yùn)行引起的工藝報(bào)警，處置措施有以下三種方式。（1）對(duì)間歇運(yùn)行工況中投用期和結(jié)束期的流量、溫度、壓力等關(guān)鍵指標(biāo)的數(shù)值變化為依據(jù)，將工藝報(bào)警區(qū)間設(shè)定在有效范圍，不僅起到關(guān)鍵提示作用，而且有效降低無(wú)效報(bào)警和高頻報(bào)警的發(fā)生。（2）根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況中特定的程序運(yùn)行標(biāo)志位進(jìn)行順控程序的編輯，以確定報(bào)警是否為投用或結(jié)束程序引起的，通過增加報(bào)警延時(shí)來(lái)解決此類報(bào)警。（3）針對(duì)備用設(shè)備產(chǎn)生的無(wú)效報(bào)警，通過對(duì)備用設(shè)備報(bào)警參數(shù)設(shè)置“一鍵切換”按鈕，即將備用設(shè)備的相關(guān)儀表及相關(guān)儀表的高低限至量程一并帶入按鈕內(nèi)部程序，點(diǎn)擊按鈕即可進(jìn)行報(bào)警消除。

2.4 工藝報(bào)警的分類管控

為了更清晰地判定工藝報(bào)警設(shè)置的必要性，準(zhǔn)確地識(shí)別生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的工藝報(bào)警，并采取有效措施統(tǒng)一對(duì)報(bào)警進(jìn)行處置，按照觸發(fā)報(bào)警原因?qū)⒐に噲?bào)警分為影響工藝生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備類報(bào)警、自控邏輯類報(bào)警和工藝限值類報(bào)警等。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的報(bào)警類型，第一類將閥門、攪拌等自身運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常改變而產(chǎn)生的報(bào)警歸于設(shè)備類報(bào)警，第二類將SIS邏輯等觸發(fā)的報(bào)警歸于自控邏輯類報(bào)警，第三類將溫度、壓力、液位等超出設(shè)定值觸發(fā)的報(bào)警歸于工藝限值類報(bào)警，第四類為不需要響應(yīng)的報(bào)警，如提示類報(bào)警。日常報(bào)警管理中，著重對(duì)第三類工藝報(bào)警進(jìn)行管控，而第四類可不納入報(bào)警管理。

繼續(xù)完善生產(chǎn)過程中工藝報(bào)警管理體系，根據(jù)報(bào)警后果的嚴(yán)重性和允許響應(yīng)時(shí)間確定報(bào)警的優(yōu)先級(jí)，將工藝報(bào)警分為一級(jí)報(bào)警（緊急報(bào)警）、二級(jí)報(bào)警（重要報(bào)警）和三級(jí)報(bào)警（一般報(bào)警）三大類，其中緊急報(bào)警設(shè)定數(shù)量為報(bào)警總數(shù)的5%，重要報(bào)警設(shè)定數(shù)量為報(bào)警總數(shù)的15%。

2.5 重大危險(xiǎn)源的工藝報(bào)警管理

為加強(qiáng)重大危險(xiǎn)源的監(jiān)控，將重大危險(xiǎn)源及關(guān)鍵參數(shù)寫入調(diào)度網(wǎng)全流程監(jiān)控系統(tǒng)，通過在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，對(duì)危險(xiǎn)源和關(guān)鍵指標(biāo)出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)確及時(shí)的預(yù)判并采取有效的處理措施，以維持各工序生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而提高生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性，提升數(shù)字化調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的管理和經(jīng)營(yíng)質(zhì)量。通過對(duì)全廠物料關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行工藝控制指標(biāo)的高低限設(shè)置，在生產(chǎn)智能化管控流程上實(shí)現(xiàn)對(duì)重大危險(xiǎn)源及工藝關(guān)鍵參數(shù)點(diǎn)的報(bào)警提示功能，通過對(duì)重大危險(xiǎn)源及關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)異常數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)確及時(shí)的判斷并采取有效處理措施，保證各工序生產(chǎn)的正常運(yùn)行，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性。

通過HAZOP分析來(lái)制定完整的獨(dú)立安全儀表系統(tǒng)并加以落實(shí)執(zhí)行。安全儀表系統(tǒng)是一種自動(dòng)安全保護(hù)系統(tǒng)，保證正常生產(chǎn)和人身、設(shè)備安全的必不可少的措施，因此開展安全儀表系統(tǒng)安全評(píng)定對(duì)于確保工藝過程安全具有重要意義[2]。以罐區(qū)的氯乙烯氣柜和氯乙烯球罐的SIS報(bào)警聯(lián)鎖設(shè)計(jì)為例，氯乙烯球罐設(shè)有高高限、高限報(bào)警聯(lián)鎖，當(dāng)球罐液位超過設(shè)定值時(shí)球罐進(jìn)料閥門自動(dòng)關(guān)閉停止接料，防止球罐出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。氣柜設(shè)有高高限、高限、低限、低低限報(bào)警聯(lián)鎖，當(dāng)氣柜超過高限值時(shí)氣柜進(jìn)氣閥門自動(dòng)關(guān)閉防止氣柜超高冒頂引發(fā)事故，當(dāng)氣柜高度低于低限值時(shí)氣柜出口閥門自動(dòng)關(guān)閉，防止壓縮機(jī)將氣柜抽癟造成事故。

3 工藝報(bào)警在自動(dòng)化生產(chǎn)平衡動(dòng)態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用

3.1 工藝報(bào)警在生產(chǎn)負(fù)荷監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)的中間層，提供實(shí)時(shí)、完整、可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中工藝報(bào)警自動(dòng)化管理信息化的融合與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)內(nèi)報(bào)警頻次和報(bào)警時(shí)長(zhǎng)等數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ龋瑴p少傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)提取、錄入、人工分析的過程，提高工作效率。通過工藝報(bào)警分析界面和運(yùn)行平穩(wěn)率分析界面的顯示，直觀地顯示出公司整體生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性，并可以根據(jù)燒堿、聚氯乙烯等產(chǎn)品的產(chǎn)量及銷量的匹配度來(lái)隨時(shí)調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，做到在生產(chǎn)平穩(wěn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的最優(yōu)。

通過智能化平臺(tái)內(nèi)部數(shù)據(jù)采集和公式運(yùn)算，建立了關(guān)鍵工序負(fù)荷統(tǒng)計(jì)測(cè)評(píng)、燒堿工序產(chǎn)能測(cè)評(píng)、轉(zhuǎn)化工序產(chǎn)能測(cè)評(píng)和PVC樹脂產(chǎn)能測(cè)評(píng)等智能模塊，通過以上測(cè)評(píng)實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵工序負(fù)荷及運(yùn)行情況，排查“三超”報(bào)警問題，保障生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，各生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)負(fù)荷監(jiān)控見圖3。通過實(shí)施生產(chǎn)工藝報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)控，規(guī)范報(bào)警器的記錄、處理及運(yùn)維等流程，實(shí)現(xiàn)報(bào)警器規(guī)范管理；建立報(bào)警月分析制度，通過分析采取相關(guān)措施，減少誤報(bào)情況，使報(bào)警器起到預(yù)警作用，通過報(bào)警內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)狀況的預(yù)判，將生產(chǎn)管控關(guān)口前移，最大限度將生產(chǎn)系統(tǒng)維持在平衡狀態(tài)，保障運(yùn)行安全。

圖3 各生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)負(fù)荷比

3.2 工藝報(bào)警在智能化平臺(tái)的搭建及應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)工藝報(bào)警全方位監(jiān)管，將工藝報(bào)警系統(tǒng)引入智能化管理平臺(tái)，通過生產(chǎn)系統(tǒng)報(bào)警情況匯總、報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)、最頻繁報(bào)警匯總、報(bào)警時(shí)長(zhǎng)情況和橫班報(bào)警匯總五大模塊進(jìn)行全方位數(shù)據(jù)匯總、分析及對(duì)比，通過詳細(xì)報(bào)警列表和報(bào)警統(tǒng)計(jì)餅圖等展示發(fā)布，通過報(bào)警數(shù)量、平均報(bào)警率、最大報(bào)警率和報(bào)警數(shù)量變化趨勢(shì)等實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的評(píng)估。該系統(tǒng)具備報(bào)警過濾條件篩選功能：（1）停車、間歇運(yùn)行等情況產(chǎn)生的報(bào)警不納入報(bào)警信息；（2）分工序、分時(shí)間段進(jìn)行報(bào)警篩選，實(shí)現(xiàn)全廠各橫班之間或各崗位之間報(bào)警變化趨勢(shì)監(jiān)測(cè)及評(píng)比；（3）該報(bào)警系統(tǒng)具有推送功能，根據(jù)企業(yè)設(shè)定好的報(bào)警等級(jí)，將緊急報(bào)警和重要報(bào)警信息分級(jí)推送至相關(guān)人員，以便在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)生產(chǎn)異常做出準(zhǔn)確判斷并采取有效措施消除報(bào)警，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

4 實(shí)施效果

（1）通過對(duì)控制系統(tǒng)和程序優(yōu)化，從指標(biāo)控制及工藝處置措施入手，嚴(yán)格生產(chǎn)工藝操作，提升工藝報(bào)警管理水平，使得生產(chǎn)過程中的無(wú)效報(bào)警和高頻報(bào)警明顯減少，工藝指標(biāo)觸發(fā)的工藝報(bào)警逐漸凸顯，為生產(chǎn)運(yùn)行提供預(yù)判和指導(dǎo)。

（2）通過報(bào)警分級(jí)、分類管控，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝報(bào)警的快速識(shí)別、及時(shí)響應(yīng)，保證生產(chǎn)運(yùn)行的連續(xù)性、平穩(wěn)性和安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

為進(jìn)一步提高工藝操作的可靠性和生產(chǎn)系統(tǒng)的平穩(wěn)性，DCS智能化控制過程將工藝報(bào)警與工藝聯(lián)鎖相結(jié)合，若生產(chǎn)過程超出安全操作范圍、機(jī)械設(shè)備故障、系統(tǒng)自身故障或能源中斷時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生一系列預(yù)先定義的動(dòng)作，使操作人員和工藝裝置處于安全狀態(tài)，保證安全生產(chǎn)，減少非計(jì)劃停工，避免重大設(shè)備及人身傷亡事故的發(fā)生。