孟慶寶，張鵬，齊婷

（唐鋼氣體公司，河北唐山 063000）

引言

在空分生產(chǎn)過程和液氧的低溫儲存中，單純利用DCS 控制系統(tǒng)來控制生產(chǎn)，存在很大的安全隱患，不能實現(xiàn)全過程生產(chǎn)安全保證，由于空分裝置的生產(chǎn)環(huán)節(jié)相對緊密，一個環(huán)節(jié)的不可控，就會帶來意想不到的損失，不僅體現(xiàn)在財力方面，更嚴(yán)重的是造成人員傷亡，甚至是不可估量的后果。安全儀表系統(tǒng)在其生產(chǎn)中的作用更加凸顯，能極大提升安全管理水平。

液氧儲槽為低溫常壓儲槽，該裝置主要用于產(chǎn)品液氧的臨時存儲，最大容量為3 000 m3，液氧儲槽上游裝置生產(chǎn)的液氧產(chǎn)品經(jīng)管道進入儲槽存儲。存儲的液氧主要通過充裝設(shè)備經(jīng)低溫液體槽車裝運外銷。另外生產(chǎn)系統(tǒng)需要氧氣用量大時或生產(chǎn)異常，部分液氧經(jīng)過氧氣汽化裝置汽化后與廠區(qū)的高低壓氧氣管道并網(wǎng)連接，送至用戶。

1 HAZOP（危險與可操作性）分析

根據(jù)工藝管道及儀表流程圖將3 000 m3液氧儲槽SIS（火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)）改造項目劃分成液氧儲罐單元、液氧充裝單元2個節(jié)點進行分析，將每一個工藝節(jié)點的一系列偏差進行審核，分析導(dǎo)致偏差產(chǎn)生的原因和由此可能產(chǎn)生的后果，并且在對現(xiàn)場已采用的安全措施進行識別和判斷的基礎(chǔ)上補充了關(guān)于安全對策措施和建議，進而開展相應(yīng)的SIS系統(tǒng)安全邏輯設(shè)計。

圖1 HAZOP分析基本理念及程序圖

2 邏輯設(shè)計

項目涉及的主要產(chǎn)品和原料有：液氧；經(jīng)辨識，該項目液氧儲罐區(qū)構(gòu)成三級重大危險源。

3 000 m3液氧儲槽主要操作條件詳見表1。

表1 液氧儲槽工藝（工藝設(shè)備）參數(shù)

2.1 設(shè)計思路

SIS 安全儀表系統(tǒng)設(shè)計過程對液氧儲槽裝置監(jiān)控具備以下基本功能：

（1）液氧儲槽使用過程靜態(tài)參數(shù)的集中監(jiān)視和記錄。

（2）液氧儲槽過程參數(shù)超出設(shè)計定值時的信號聲光報警。

（3）液氧儲槽內(nèi)部壓力、液位等重要環(huán)節(jié)的安全聯(lián)鎖保護。

（4）超限部位遠距離處理。

上述的基本功能在DCS 系統(tǒng)里已全部囊括，根據(jù)HAZOP分析建議措施要求，對其進行二次控制保護，將儲槽內(nèi)部壓力、液位AI監(jiān)控點位引入SIS系統(tǒng)中，使其獨立于DCS 和其他輔助控制系統(tǒng)，一旦檢測到其報警或超高限，DCS 控制失效延遲500 ms，SIS 系統(tǒng)50 ms 可以快速響應(yīng)，直接觸發(fā)急停、電磁閥失電罐體泄壓等保護聯(lián)鎖［1］。

以HAZOP 分析結(jié)果為基礎(chǔ)，在對3 000 m3液氧儲槽安全儀表系統(tǒng)的安全完整性定級后，通過保護層分析［2］，液氧儲槽的各聯(lián)鎖回路要求的SIL等級為SIL1，見表2所列。

表2 SIF回路一覽表

2.2 具體實施

液氧儲罐上安裝遠傳報警聯(lián)鎖液位儀表LZIAS-101AB（二取一）、壓力儀表PZIAS-101AB（二取一），變送器設(shè)計為帶Hart 協(xié)議、LCD 顯示、4～20 mA 信號功能智能型變送器，優(yōu)越于壓力開關(guān)儀表，變送器隨時看到壓力值，調(diào)校維護方便，通過手持終端就完成變送器的調(diào)校和聯(lián)鎖自保試驗。在液氧儲槽進料真空管安裝切斷閥，控制電磁閥DO輸出，當(dāng)液位高于10 4000 mm 聯(lián)鎖實現(xiàn)遠程切斷，儲槽頂部放線調(diào)閥安裝電磁閥，出現(xiàn)壓力升高至28 kPa 及時失電全開。儲罐液位、壓力信號直接引SIS 系統(tǒng)，實現(xiàn)液位、壓力參數(shù)的信息遠傳、連續(xù)記錄、信息存儲、高事故預(yù)警，以及高高聯(lián)鎖，液位低低400 mm停1臺液氧充車泵、3臺液氧氣化泵。

DCS 控制邏輯中有包含但不限于圖2 的SIS 系統(tǒng)的控制聯(lián)鎖，但兩者區(qū)別如下。

圖2 設(shè)計邏輯圖

（1）SIS 系統(tǒng)所用測量儀表AI點位、儲槽頂部放空調(diào)閥安裝電磁閥后DO 點位均現(xiàn)場實際安裝，信號放線至SIS機柜。

（2）液體泵的急?？刂艱O 點位由現(xiàn)場急停就地柜安裝繼電器后引入SIS機柜。

（3）正常狀態(tài)生產(chǎn)運行時，儲槽頂部放空調(diào)閥的電磁閥處于常閉狀態(tài)，氣源供氣與閥門氣缸，此閥AO 信號控制線處于DCS 機柜中，由DCS 工控機自動控制，當(dāng)儲槽壓力異常時，超出SIS 系統(tǒng)設(shè)定值時，DCS 控制聯(lián)鎖無動作或動作不及時，SIS 安全系統(tǒng)將率先觸發(fā)聯(lián)鎖，電磁閥失電，氣閉閥門瞬間打開，儲槽頂部泄壓。此步驟后，必須操作人員手動復(fù)位后方可操作電磁閥從新得電，閥門得以恢復(fù)DCS控制。

（4）液體泵運行狀態(tài)時，如出現(xiàn)液位低于聯(lián)鎖設(shè)定值時，SIS 系統(tǒng)將無視DCS 控制給與的命令，直接停車，此步驟后，必須操作人員手動確認(rèn)復(fù)位后啟動權(quán)限才將給與DCS控制系統(tǒng)。

（5）控操作臺增加手動機械式用于觸發(fā)SIS 系統(tǒng)低溫泵急停按鈕、泵急停信號復(fù)位、綜合報警燈、蜂鳴器、消音按鈕和當(dāng)SIS 系統(tǒng)報警時指示與確認(rèn)。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

SIS 系統(tǒng)設(shè)計安全級別為SIL1（2.1 里已提現(xiàn)），采用以西門子S7-300 PLC 為基礎(chǔ)，實現(xiàn)過程控制與計算、長短脈沖輸出、趨勢分析、直觀操作、遠程通訊等功能；操作員站可滿足液氧儲槽過程監(jiān)控及低溫泵出現(xiàn)誤停車時的解除命令操作需要，組態(tài)可以根據(jù)操作者不同增加權(quán)限，以區(qū)分監(jiān)控流程圖、運行參數(shù)、數(shù)據(jù)記錄、報警處理等權(quán)限劃分，操作員站也可有效地調(diào)整控制回路的輸出和聯(lián)鎖設(shè)定參數(shù)；系統(tǒng)的構(gòu)成包括PLC、過程接口、I/O 控制模塊、控制器、通信網(wǎng)絡(luò)、操作臺、工程師站（也為SOE 工作站）、UPS、機柜、隔離器及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［3］。

操作站一方面可以進行參數(shù)監(jiān)控、聯(lián)鎖的投切，同時可以運行組態(tài)軟件部分功能，必要時通過密碼等權(quán)限后可用作工程師站進行組態(tài)編輯和數(shù)據(jù)維護等。

表3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 SIS控制系統(tǒng)聯(lián)鎖程序管理

程序管理分為協(xié)同流程和線下兩部分組成。

協(xié)同平臺流程（OA）：將聯(lián)鎖邏輯中與當(dāng)下生產(chǎn)檢修臨時相違背的控制程序進行修改，經(jīng)各部門及安全專家及有關(guān)部門討論后，形成會議紀(jì)要，按照OA 流程要求進行申請，最終儀控專業(yè)人員進行更改，流程歸檔。見圖3。

圖3 聯(lián)鎖OA流程

線下管理：報警聯(lián)鎖實行統(tǒng)一、專業(yè)、分級管理相結(jié)合。即以分公司為單位，由分公司儀控負(fù)責(zé)人統(tǒng)一管理，公司設(shè)備部、安全部監(jiān)督檢查。報警聯(lián)鎖變更的審批：當(dāng)有液位、壓力變送器校驗等特殊情況時，報警聯(lián)鎖的投切及設(shè)定值更改由分公司工藝提出并填寫《儀表聯(lián)鎖臨時改動申請表》，儀表人員按聯(lián)鎖回路進行試驗，填寫《儀表聯(lián)鎖回路調(diào)試記錄》，監(jiān)督人試驗后在《儀表聯(lián)鎖回路調(diào)試記錄》上簽字確認(rèn)。同時建立SIS 安全系統(tǒng)如I/O、電源等硬件和組態(tài)軟件故障記錄專項臺帳及組態(tài)修改記錄臺帳，做到詳細(xì)記錄控制系統(tǒng)全生命周期發(fā)生的問題。

4 結(jié)語

液氧儲槽作為空分行業(yè)當(dāng)中重大危險源，SIS系統(tǒng)對其安全穩(wěn)定運行尤為重要，起著預(yù)防和降低風(fēng)險的作用。因此，通過將SIS 系統(tǒng)引入儲槽生產(chǎn)運行，實現(xiàn)了異常情況的快速反應(yīng)，確保后備系統(tǒng)運行穩(wěn)定，有效保障了人員和設(shè)備安全。