某化工項(xiàng)目SIS設(shè)計(jì)

1、某化工項(xiàng)目SIS設(shè)計(jì)亠、八0刖言本項(xiàng)目屬于問歇生產(chǎn)，要求原料和產(chǎn)品品種更換頻繁，要求裝臵靈活度高。工藝過程涉及高溫、劇毒、；氣粘稠、；氣腐蝕的工藝介，整個(gè)生產(chǎn)工藝對(duì)控制水平、安全性、可靠性要求極高。囚此，設(shè)臵BPS,SIS,GDSE大系統(tǒng)確保工藝裝臵安全、氣效生產(chǎn)、本義只對(duì)SIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。1、安全儀表系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)過HAGC分析和SIL定級(jí)，安全儀表系統(tǒng)（SaferclnstmmentedSystems,SIS設(shè)計(jì)了32個(gè)安全儀表功能（SaferclnstmmentedFunction,SIF），最高定SIF級(jí)為SIL2,共105個(gè)安全聯(lián)鎖輸入輸出。SIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵國內(nèi)

2、外的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范及相關(guān)法律法規(guī)，特別要準(zhǔn)守化工相關(guān)規(guī)范。恨據(jù)安全儀表系統(tǒng)的關(guān)斷要求、網(wǎng)絡(luò)通信要求、安全完整性等級(jí)要求這此條件，結(jié)合生產(chǎn)工藝流程，本系統(tǒng)也有自己特有的性質(zhì)，最終制定出符合本項(xiàng)日的安全儀表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)要求，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：圖1安全儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)從現(xiàn)場(chǎng)表、控制器、執(zhí)行設(shè)備均硬件獨(dú)立，在控制牢獨(dú)立設(shè)臵工程師站，工程師站兼有操作員站及SOE站的功能。SIS系統(tǒng)具有完備的冗余容錯(cuò)技術(shù)，包括SIS系統(tǒng)控制器（CPU）、1/（）設(shè)備和通訊部件冗余。整個(gè)SIS系統(tǒng)通過ISO9001認(rèn)證、CE認(rèn)證，符合工ECG1508SIL3整個(gè)系統(tǒng)供電，采用兩路UPS電源進(jìn)行供電。經(jīng)過招標(biāo)采

3、辦最終確定，采用羅克韋爾控制器及I/O卡件、采用在尼韋爾管理軟件ExperionPIiS監(jiān)控管理記錄報(bào)件及歷史數(shù)據(jù)，整套控制系統(tǒng)通過SIL3認(rèn)證。恨據(jù)SIL3系統(tǒng)要求，I/O卡件均需冗余，。最終規(guī)劃出SIS系統(tǒng)硬件構(gòu)架，硬件卞要配臵為2臺(tái)冗余服務(wù)、兩臺(tái)冗余工業(yè)交換機(jī)、兩臺(tái)顯示打印機(jī)、一臺(tái)機(jī)柜（相內(nèi)主要包括2個(gè)7秒機(jī)架、4個(gè)11秒機(jī)架、2臺(tái)CPU,G臺(tái)電源、2個(gè)Ethernet模塊、6臺(tái)Controlnet模塊、2臺(tái)冗余模塊、1C塊AI、12塊DI、6塊DO端子排及信號(hào)分配器等）。2、安全儀表系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)與開發(fā)2.1系統(tǒng)關(guān)斷等級(jí)制定恨據(jù)特種聚氨酯的生產(chǎn)工藝要求，本安全儀表系統(tǒng)的聯(lián)鎖等級(jí)定義四個(gè)

4、關(guān)斷級(jí)別：級(jí)關(guān)斷、二級(jí)關(guān)斷、過程關(guān)斷和單元關(guān)斷。一級(jí)關(guān)斷為最高級(jí)別關(guān)斷，當(dāng)內(nèi)發(fā)生屯大火災(zāi)、泄漏、爆炸或發(fā)生人類不可抗拒的自然災(zāi)害等惡劣危險(xiǎn)時(shí)觸發(fā)，具體聯(lián)鎖原囚為輔操臺(tái)級(jí)關(guān)斷按鈕。此關(guān)斷觸發(fā)時(shí)，聯(lián)鎖所有二級(jí)關(guān)斷，此外，聯(lián)鎖應(yīng)急發(fā)電機(jī)延時(shí)10min后進(jìn)行關(guān)斷，同時(shí)，棄狀態(tài)燈藍(lán)燈亮、應(yīng)急廣播系統(tǒng)將被激活。二級(jí)關(guān)斷是內(nèi)發(fā)生屯大生產(chǎn)十故的關(guān)斷，聯(lián)鎖原囚為輔操臺(tái)二級(jí)關(guān)斷按釗。卞要聯(lián)鎖原囚為發(fā)生火災(zāi)、此可燃?xì)怏w泄漏、儀表風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)屯大故障或者電路系統(tǒng)出現(xiàn)屯大故障時(shí)候執(zhí)行此關(guān)斷。二級(jí)關(guān)斷將聯(lián)鎖所有三級(jí)關(guān)斷。過程關(guān)斷卞要是生產(chǎn)工藝出現(xiàn)危險(xiǎn)或者故障的時(shí)進(jìn)行過程停車，關(guān)斷原囚卞要是原料儲(chǔ)罐液位低低及產(chǎn)品儲(chǔ)罐液位高高

5、，以及單個(gè)設(shè)備發(fā)生故障。聯(lián)鎖時(shí)將引發(fā)水性或者改性生產(chǎn)裝臵緊急停車。過程關(guān)斷將觸發(fā)所有對(duì)應(yīng)裝臵的單元關(guān)斷。單元關(guān)斷卞要是單個(gè)設(shè)備上的壓力高高、低低，液位高高、低低等引起的單個(gè)設(shè)備關(guān)斷，同時(shí)中控牢有乎動(dòng)關(guān)斷按釗，可對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行乎動(dòng)關(guān)斷。綜上所述，電氣等級(jí)的關(guān)斷可以引起低等級(jí)關(guān)斷，但是低等級(jí)關(guān)斷不能觸發(fā)高等級(jí)關(guān)斷，這樣確保了整個(gè)安全儀表系統(tǒng)的邏輯的條理性2.2系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)與PFD分配IECG1508/IEC61511給出了SIS系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的選型指導(dǎo)原則，最終日的是計(jì)SIS系統(tǒng)的各個(gè)安全儀表功能要求時(shí)平均失效概率達(dá)到要求。安全儀表功能要求時(shí)平均失效概率來源可以分三種：具有SIL認(rèn)證的設(shè)備數(shù)據(jù)、“經(jīng)

6、驗(yàn)使用”(PriorUse)設(shè)備數(shù)據(jù)以及用戶根據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)提供的SIF的數(shù)據(jù)。通過這此數(shù)據(jù)，恨據(jù)工ECC1508給出的PFD計(jì)算公式，計(jì)算出整個(gè)SIF的PFD乃至整個(gè)SIS系統(tǒng)的PFD本項(xiàng)目SIF的最高為SIL2，設(shè)備選用采用通過SIL驗(yàn)證的設(shè)備。恨據(jù)恨據(jù)IECC1508標(biāo)準(zhǔn)得出的計(jì)算公式，具體公式見標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算每個(gè)SIF的PFD以變送器、控制器、切斷閥為例，結(jié)合供應(yīng)商及業(yè)主所提供數(shù)據(jù)進(jìn)行PFD算，設(shè)備供應(yīng)商數(shù)據(jù)如下：啦趙難白勺g=五X】OJtw試制Ji牡旳和£年、MTTIR二3峙I舍占也為；瞬趣IFt勺耳“=聆兀wx步則畔沁兔n句：rvrrriR=工増b,鉆松為hW趣牟辭旳IM

7、l為1rZrX=躺慫1刃時(shí)用日H凹性體fl勺13:sxI?>W泵址Tttd卜劉|曄電號(hào)樂冒1：,I>1I>avcl.H=ofrLM命SIF厲勺.対二PRDavj:=2LSXIO"亠玉xBO-1JiX1CT亠心5齊？x'計(jì)算結(jié)果為SIL2，符合SIF的SIL等級(jí)要求，同時(shí)符合結(jié)構(gòu)約束。經(jīng)過業(yè)主經(jīng)濟(jì)核算及審查,此方案交業(yè)主最終通過。2.3系統(tǒng)關(guān)斷邏輯制定SIS系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)原則為故障安全型，若不能準(zhǔn)守這原則，將大于零，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響SIL等級(jí)。為了方便維護(hù)，SIS系統(tǒng)的每個(gè)輸人高限增加旁路邏輯，旁路時(shí)間(1S-24h-寸間設(shè)臵)、剩余時(shí)間和剩余時(shí)間報(bào)警。因?yàn)楫?dāng)投產(chǎn)或

8、者維護(hù)的時(shí)候，如果沒有旁路功能系統(tǒng)在沒有達(dá)到工藝穩(wěn)態(tài)前，高高聯(lián)鎖原因?qū)?dǎo)致SIF關(guān)斷，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)沒法正常投產(chǎn)。因此默認(rèn)每個(gè)高高觸發(fā)的原因ESD原因都需要啟動(dòng)旁路。SIS系統(tǒng)所有的閥門在控制室設(shè)臵手動(dòng)復(fù)位按鈕。電氣停泵信號(hào)，在電氣二次回路設(shè)計(jì)常開繼電器。通過上述原則，結(jié)合因果表、PID及工藝邏輯描述，根據(jù)每個(gè)觸發(fā)原因開始指定控制邏輯。一個(gè)低液位觸發(fā)一個(gè)開關(guān)閥關(guān)斷為例，關(guān)斷邏輯如圖2所示。背AS1S*出&1tqL5-IK&3cicintm11豈1Lb汗DCSit01S2關(guān)斷邏蜓示克2.4、SIS系統(tǒng)其他設(shè)計(jì)根據(jù)PID,結(jié)合業(yè)卞要求對(duì)SIS系統(tǒng)監(jiān)控畫面進(jìn)行設(shè)計(jì)。SIS系統(tǒng)畫面設(shè)關(guān)斷

9、層次畫面，SIS系統(tǒng)維護(hù)、旁路畫面、報(bào)警總匯畫面以及在BPCS控制畫面顯示相應(yīng)的關(guān)斷狀態(tài)和報(bào)警。ConteolLogix控制器為了達(dá)到SIL3認(rèn)證，需要I/O卡件冗余。具體實(shí)現(xiàn)為，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過傳感元件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)檢測(cè)，變送器將傳感元件輸人信號(hào)轉(zhuǎn)化為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)過分線器內(nèi)部串聯(lián)25052精密電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為1-5V電壓信號(hào)，分為兩路后進(jìn)輸人模塊。數(shù)字量的輸人就是通過變送器將電壓信號(hào)輸人到分線器，分線器將數(shù)字信號(hào)變換為兩路相同信號(hào)進(jìn)入PLCoPLC數(shù)字量的輸出模塊將兩路數(shù)字量信號(hào)輸出到端子排，通過與邏輯變?yōu)橐宦沸盘?hào)，經(jīng)過繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。通過這一結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1001,輸入卡件、控制器、輸出卡件的硬件冗余。3結(jié)論SIS系統(tǒng)通過合理的系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)，提高了整個(gè)工藝裝臵的安全性，對(duì)項(xiàng)日的順利投產(chǎn)和安全運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。SIS系統(tǒng)設(shè)備選型時(shí)，仍然有以下問題需要考慮：(1) 計(jì)算時(shí)未考慮安全柵、繼電器、防電涌保護(hù)器等回路中的電器元件，實(shí)際項(xiàng)日的SIL驗(yàn)證也需將其計(jì)算在內(nèi)。電器元件越多，故障率越高。因此，在系統(tǒng)滿足安全的前提下應(yīng)盡量減少安全柵、繼電器、防電漏保護(hù)器的使用，必須選用時(shí)應(yīng)選擇安全儀表的SIF功能的SIL定級(jí)往往通過經(jīng)驗(yàn)值，可能部分回路定級(jí)較高，會(huì)提高儀表選型的投資，造