兩重點一重大-安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局

1、危險化學(xué)品“兩重點一重大”的自動化控制和緊急停車系統(tǒng)一、概述：眾所周知，化工生產(chǎn)、儲存過程中的介質(zhì)，多為危險化學(xué)品，有著易燃、易爆、毒性、腐蝕性的特點；并且多在高溫、高壓條件下操作。特別是大型化工裝置，如：煉油廠、化肥廠等對自動化控制和安全聯(lián)鎖要求很高，一旦忽視此，即容易造成事故。例如：美國德克薩斯煉油廠“3.23”事故即為此例！1 .美國德克薩斯煉油廠火災(zāi)爆炸事故概述：2005年3月23日中午1時20分左右，英國石油公司（BR）美國德克薩斯煉油廠的碳?xì)浠衔镘囬g發(fā)生了火災(zāi)和一系列爆炸事故。15名工人被當(dāng)場炸死，170多人受傷。許多裝置被毀，爆炸波及周圍8平方公里的范圍，造成重大損失。爆炸的發(fā)

2、生是由于操作人員向分儲塔中過量進(jìn)料并過度加熱分儲塔造成的，當(dāng)爆炸發(fā)生時，分儲塔內(nèi)的液位幾乎超過正常值的20倍，分儲塔上的兩套液位指示報警均失效！同時裝置開車時水蒸汽或N2使塔內(nèi)壓力突然升高，使大量液態(tài)燒進(jìn)入臨近放空塔，從塔頂泄出，遇到發(fā)動著的汽車（點火源）發(fā)生燃燒和爆炸！2 .近年來國家安全生產(chǎn)監(jiān)管總局多次發(fā)布相關(guān)文件對危險化學(xué)品”兩重點一重大"自動化控制和緊急停車系統(tǒng)提出了嚴(yán)格要求，詳細(xì)敘述如下：二、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求1 .安監(jiān)總管三201287號文關(guān)于開展提升危險化學(xué)品領(lǐng)域本質(zhì)安全水平專項行動的通知在其工作目標(biāo)中提到：“全面完成涉及重點監(jiān)管危險化工工藝的化工裝置、涉及重點監(jiān)管危險化學(xué)

3、品的生產(chǎn)儲存裝置和重大危險源（以下統(tǒng)稱“兩重點一重大”）的自動化控制系統(tǒng)改進(jìn)，本質(zhì)安全水平得到明顯提升；對未經(jīng)過正規(guī)設(shè)計的在役化工裝置進(jìn)行安全設(shè)計診斷，全面消除安全設(shè)計隱患”，在其重點任務(wù)中要求加快涉及“兩重點一重大”企業(yè)的自動化控制系統(tǒng)改進(jìn)工作。2 .“第一個重點”是：重點監(jiān)管的危險化工工藝。（1） 2009年安監(jiān)總管三2009116號文國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知中列出了15種重點監(jiān)管的危險化工工藝裝置要在2012年底前全面完成自動化控制系統(tǒng)改造。這15種重點監(jiān)管的危險化工工藝為：O光氣及光氣化工藝；。2電解工藝（氯堿）；。氯化項目；。硝化工藝；合成氨工藝；

4、06裂解（裂化）工藝；C7氟化工藝；C5加氫工藝；O重氮工藝；O氧化工藝；©1過氧化工藝；O胺基化工藝；O磺化工藝；爭聚合工藝；Q5烷基化工藝。116號文中詳細(xì)地說明了這15種的典型工藝、重點監(jiān)控的工藝參數(shù)、安全控制的基本要求和宜采用的控制方式。對此，黑龍江省安監(jiān)局、發(fā)改委、工信委、住建廳四單位聯(lián)合發(fā)出了關(guān)于印發(fā)黑龍江省提升危險化學(xué)品領(lǐng)域本質(zhì)安全水平專項行動實施方案的通知（黑安監(jiān)聯(lián)字20129號文）。截止目前，我省59個在役重點監(jiān)管危險化工工藝裝置已全部完成了自動化改造工作。（2）今年安監(jiān)總管三20133號文國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布第二批重點監(jiān)管危險化工工藝目錄和調(diào)整首批重點監(jiān)管危險

5、化工工藝中部分典型工藝的通知中又補充了3個危險化工工藝：O新型煤化工工藝；O電石生產(chǎn)工藝；C3偶氮化工藝。調(diào)整了8個重點監(jiān)管的危險化工工藝。3號文中詳細(xì)地說明了這些典型工藝、重點監(jiān)控的工藝參數(shù)、安全控制的基本要求和宜采用的控制方式。文中要求涉及第二批重點監(jiān)管危險化工工藝的化工企業(yè)在2014年底前完成自動化改造工作。到目前需要重點監(jiān)管的危險化工工藝已達(dá)18個。3 .“第二個重點”是：重點監(jiān)管的危險化學(xué)品名錄。（1） 2011年，安監(jiān)總管三201195號文國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化學(xué)品名錄的通知中列出了氯、氨等60個重點監(jiān)管的危險化學(xué)品名錄，同時要求相關(guān)企業(yè)裝備功能完善的自動化控

6、制系統(tǒng)。同年安監(jiān)總管三2011142號文中給出了首批重點監(jiān)管的危險化學(xué)品安全措施和應(yīng)急處理原則。（2）今年又公布了安監(jiān)總管三201312號文第二批重點監(jiān)管危險化學(xué)品名錄的通知。列出了氯酸鈉、氯酸鉀等14個重點監(jiān)管的危險化學(xué)品名錄，同時給出了安全措施和應(yīng)急處置原則。文件還要求相關(guān)企業(yè)積極開展涉及重點監(jiān)管危險化學(xué)品的生產(chǎn)、儲存設(shè)施自動化監(jiān)控系統(tǒng)改造提升工作，高度危險和大型裝置要依法裝備安全儀表系統(tǒng)（緊急停車或安全聯(lián)鎖）并確保2014年底前完成。4 .“一重大”是：危險化學(xué)品重大危險源。（1） 2009年發(fā)表了危險化學(xué)品重大危險源辨識GB18218-2009標(biāo)準(zhǔn)的全部技術(shù)內(nèi)容為強制性的。（2） 20

7、11年國家安監(jiān)總局第40號令做出了危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定，此規(guī)定第三章第十三條要求：（一）重大危險源配備溫度、壓力、液位、流量、組分等信息的不間斷采集和檢測系統(tǒng)以及可燃?xì)怏w和有毒有害氣體泄漏檢測報警裝置，并具備信息遠(yuǎn)傳、連續(xù)記錄、事故預(yù)警、信息存儲等功能；一級或二級重大危險源，具備緊急停車功能。記錄的電子數(shù)據(jù)的保存時間不少于30天。（二）重大危險源的化工生產(chǎn)裝置裝備滿足安全生產(chǎn)要求的自動化控制系統(tǒng)；一級或二級重大危險源，裝備緊急停車系統(tǒng)（ESD。（三）對重大危險源中的毒性氣體、劇毒液體和易燃?xì)怏w等重點設(shè)施，設(shè)置緊急切斷裝置；毒性氣體的設(shè)施，設(shè)置泄漏緊急處理裝置。涉及毒性氣體、液化

8、氣體、劇毒液體的一級或二級重大危險源，配備獨立的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。（四）重大危險源中儲存劇毒物質(zhì)的場所或者設(shè)施，設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)。以上措施可以有效地保證重大危險源的安全。三、化工生產(chǎn)、儲存裝置中的自動化控制與緊急停車系統(tǒng)。下面就以上相關(guān)文件中對于“兩重點一重大”提出的自動化控制和緊急停車系統(tǒng)做個介紹：（一）概述：1 .自動化控制定義：利用自動化儀表對工藝過程中的參數(shù)，如：溫度、壓力、物位、流量、成分等進(jìn)行監(jiān)測和控制。2 .自動化是保證生產(chǎn)裝置生產(chǎn)安全操作、平穩(wěn)運行、提高效率（高產(chǎn)、低耗）的基本條件和重要保證。工業(yè)自動化儀表技術(shù)包括生產(chǎn)工藝過程中各種工況的檢測、轉(zhuǎn)換、顯示和控制。3 .自動

9、化儀表的分類：自動化儀表可簡單地分為檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、執(zhí)行器四大類。如圖所示：檢測儀表8M:壓力物位溫度成分分析顯示儀表指記累信屏示錄計號幕儀儀器報顯警示器器控制儀表基氣電集可可工組計安地動動散編編業(yè)裝算全式單單型程程控式機控調(diào)元元控控調(diào)制儀控制節(jié)組組制制節(jié)機表制系器合合系器器IP系統(tǒng)儀儀統(tǒng)PLC統(tǒng)FS表表DCCCS執(zhí)行器氣動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥4 .自動化儀表的主要品質(zhì)要求：精確度：測量值與實際值的誤差大小。靈敏度：表示儀表對被測介質(zhì)的參數(shù)變化的靈敏程度。5 .工業(yè)控制儀表的發(fā)展：工業(yè)自動化儀表已從模擬儀表技術(shù)真正步入數(shù)字化和智能化技術(shù)領(lǐng)域。(1)模擬儀表：包括基地式儀表，單元組合儀

10、表(氣動、電動)和組裝式儀表?；厥絻x表：此儀表是把測量、顯示、調(diào)節(jié)所有功能組裝在一塊儀表內(nèi)。是工業(yè)自動化儀表早期發(fā)展的產(chǎn)物，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用單元組合儀表：國內(nèi)生產(chǎn)的單元組合儀表主要為電動單元組合儀表DDZ-II型（已淘汰），DDZ-IH型和氣動單元組合儀表QDZ-EVo（2）數(shù)字式控制儀表：包括智能數(shù)字化儀表、集散型控制系統(tǒng)（DCS,可編程控制器（PLC及工業(yè)控制計算機（IPC）等。智能數(shù)字化儀表：是利用微處理技術(shù)制成的一臺數(shù)字化儀表，可以對被測參數(shù)進(jìn)行測量、顯示及控制，多用于小型裝置或輔助生產(chǎn)裝置，如水處理裝置、換熱站等。集散型控制系統(tǒng)（DCS作為當(dāng)代先進(jìn)科技結(jié)晶的集散型控制系統(tǒng)（DCS,

11、自1975年問世以來，經(jīng)過30多年的改進(jìn)、發(fā)展，已經(jīng)成為一種相當(dāng)成熟的控制儀表。DCS勺重要特點是把過程控制、監(jiān)視、信息管理有機地結(jié)合在一起，采用開放系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，解決了不同廠家產(chǎn)品設(shè)備的互聯(lián)問題。由于采用了功能強大的工作站和32為微處理器，增加了程控、批量控制的能力。新一代的DCS更注重于信息網(wǎng)絡(luò)和管控一體化，技術(shù)特點體現(xiàn)在：a.單元結(jié)構(gòu)功能齊全；b.完善的控制功能；c.豐富的窗口技術(shù)；d.速度510Mbps的局域網(wǎng)通訊；e.采用通用化的UNIX或Windows操作系統(tǒng)，資源共享，信息集中管理，管控一體化；f.采用冗余、容錯技術(shù)，故障自診斷技術(shù)，可靠性高；g.組合靈活，擴展方便?，F(xiàn)彳

12、tDCS勺基本設(shè)計思想是信息集中、控制分散、配置靈活、組態(tài)方便?？删幊炭刂破鳎≒LC可編程控制器（PLC是與DCSR期發(fā)展并取得廣泛應(yīng)用的數(shù)字式控制儀表。PLC早期開發(fā)的目的是為了取代繼電器，實施程序（邏輯）控制。通過編程進(jìn)行邏輯運算，大大地提高靈活性。PLC進(jìn)行邏輯運算速度非常快，在邏輯控制上明顯占有優(yōu)勢。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC自身也在不斷提高技術(shù)性能，拓寬應(yīng)用范圍。多數(shù)PLC采用高性能處理器及實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，在更快速地進(jìn)行邏輯控制的同時也普遍增加回路控制功能，向DCS®用領(lǐng)域滲透?，F(xiàn)代的PLC技術(shù)特點是：a.功能齊全（邏輯控制，回路控制）；b.網(wǎng)絡(luò)通訊功能增強；c.具有

13、豐富的圖形顯示功能；d.編程標(biāo)準(zhǔn)化有利于PLC系統(tǒng)開放化。工業(yè)PC機：近年來，工業(yè)自動化領(lǐng)域另一項發(fā)展很快的數(shù)字控制儀表是工業(yè)PC機控制（IPC）。IPC采用的是通用的微處理器（CPU,可以具有很強的運算功能和速度。通訊采用標(biāo)準(zhǔn)化總線，有豐富的圖形顯示及多媒體技術(shù)，采用通用性強的UNIX或Windows實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，可提供方便、友好的人機畫面。IPC較之原來的PC機在可靠性、抗干擾能力、模板設(shè)計方面都有了很大改進(jìn)。由于PC機價格低廉，所以IPC具有很好的性能價格比。IPC采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)構(gòu)成，拓展十分靈活。由于它具備的優(yōu)點及性能，且可靠性在不斷提高，在過程控制中會得到進(jìn)一步的推廣

14、應(yīng)用。6 .工業(yè)過程安全控制儀表的發(fā)展隨著生產(chǎn)裝置大型化、生產(chǎn)操作復(fù)雜化，對生產(chǎn)過程安全控制的要求越來越高。安全控制的目的是：避免人員或生產(chǎn)設(shè)備的損傷；避免由于事故造成的環(huán)境污染；®減少事故停車的損失。安全控制一般包括兩方面內(nèi)容：信號報警：這是警告操作人員，生產(chǎn)操作已偏離正常工況，應(yīng)引起警覺；聯(lián)鎖/停車系統(tǒng)，這是當(dāng)生產(chǎn)將要發(fā)生事故時而采取的緊急措施，避免事故的放生，保障操作人員和相關(guān)設(shè)備的安全。在早期的石油化工裝置中，信號報警采用閃光報警器，聯(lián)鎖/停車系統(tǒng)則大多選用繼電器或固態(tài)邏輯插卡。由于DCSPLC的出現(xiàn)，信號報警和聯(lián)鎖、停車系統(tǒng)的實施有了新的發(fā)展，微處理器為報警信息儲存、快速處

15、理提供了良好的手段。在考慮信號報警和聯(lián)鎖、停車系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)該遵循下列原則：系統(tǒng)的構(gòu)成可選用有觸點或無觸點回路，但必須動作可靠。信號報警節(jié)點可利用儀表內(nèi)部節(jié)點也可另外設(shè)置報警接點。重要的報警點和聯(lián)鎖、停車用的接點則應(yīng)單獨設(shè)置。聯(lián)鎖、停車系統(tǒng)動作前應(yīng)設(shè)置預(yù)報警信號。為確保安全，重要的聯(lián)鎖（停車）故障檢出器應(yīng)設(shè)置兩個或三個以上經(jīng)邏輯“或門”發(fā)出信號，即2取1或3取2系統(tǒng)。設(shè)置聯(lián)鎖（停車）投用和解除開關(guān)。對于安全性要求較高的生產(chǎn)裝置，常常要求設(shè)置單獨的緊急停車系統(tǒng)（ESD。構(gòu)成ESD的安全儀表系統(tǒng)有繼電器、固態(tài)邏輯電路、PLC系統(tǒng)。繼電器型ESD可靠性高，不受大多數(shù)干擾影響，一次費用也較低，缺點是體

16、積大，修改、擴展靈活性較差，在早期的ESD上使用較多。固態(tài)邏輯電路組件型ESD克服了繼電器諸多缺點，但價格偏高，程序不易修改。PLC型ESD由于具有方便靈活的編程功能，以采用冗余、容錯技術(shù)和故障自診斷技術(shù)大大提高了可靠性，已經(jīng)成為近期ESD主選系統(tǒng)。對于安全要求更高的生產(chǎn)裝置，則應(yīng)選擇硬件、軟件都可以冗余配置的專用故障安全控制系統(tǒng)，它能做到：故障發(fā)生后，系統(tǒng)有足夠的時間進(jìn)行自診斷，發(fā)出故障信息，引起警戒，可及時排除故障；學(xué)采用容錯技術(shù)，將被動故障轉(zhuǎn)化為主動故障；采用冗余技術(shù)實施故障隔離；軟件方面有充分的故障安全措施。7 .安全儀表系統(tǒng)（SIS）:安全儀表系統(tǒng)國標(biāo)上通用的標(biāo)準(zhǔn)為：IEC61508

17、:主要用于安全儀表系統(tǒng)制造和供應(yīng)商。IEC61511:主要用于安全儀表系統(tǒng)設(shè)計、集成和用戶而我國此前有中石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：SH/T3018-2003石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，目前已上升為國標(biāo)GB/T50770-2013,并在9月1日起實行。（1）定義：安全儀表系統(tǒng)（SIS）是用儀表實現(xiàn)安全功能的系統(tǒng)，系統(tǒng)包括傳感器、邏輯運算器，最終執(zhí)行元件及相關(guān)軟件。安全儀表系統(tǒng)（SIS）也稱為緊急停車系統(tǒng)（ESD、安全停車系統(tǒng)（SSD、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS）或安全保護(hù)系統(tǒng)（SPSo安全儀表系統(tǒng)宜采用經(jīng)權(quán)威機構(gòu)認(rèn)證的可編程控制系統(tǒng)（PLQ。（2）設(shè)計原則：包括可靠性原則、可用性原則、獨立型原則、故障安全原則、

18、冗余原則、診斷與在線維護(hù)原則和聯(lián)鎖與復(fù)位原則。下面著重講3個主要原則：可靠性原則：為了保證工藝裝置的生產(chǎn)安全，安全儀表系統(tǒng)必須具備與工藝過程相適應(yīng)的安全度等級SIL（SafetyIntegrityLevel）的可靠度。對此，IEC61508等標(biāo)準(zhǔn)有詳細(xì)地技術(shù)規(guī)定。對于安全儀表系統(tǒng)，可靠性有兩個含義：一個是安全儀表系統(tǒng)本身的工作可靠性；另一個是安全儀表系統(tǒng)對工藝過程認(rèn)知和聯(lián)鎖保護(hù)的可靠性，還應(yīng)有對工藝過程測量、判斷和聯(lián)鎖執(zhí)行的高可靠性。評估安全度等級SIL的主要參數(shù)就是平均危險故障率范圍（PFD,按其從高到低依次分為14級，在石化行業(yè)中一般涉及到的只有1、2、3級，因為SIL4級投資大，系統(tǒng)復(fù)雜

19、，一般只用于核電行業(yè)。而安全度等級SIL是基于對工藝過程進(jìn)行危險和可操作性研究（HAZOP來評估的。獨立性原則：安全儀表系統(tǒng)應(yīng)獨立于基本過程控制系統(tǒng)（BPCS如DCSFCSCCSPLC等），獨立完成安全保護(hù)功能，它的傳感器、邏輯表決器和最終執(zhí)行元件應(yīng)單獨設(shè)置。如果工藝要求同時進(jìn)行聯(lián)鎖和控制，安全儀表系統(tǒng)和BPCSS設(shè)置獨立的傳感器和取源點（特殊情況除外，如配置3取2傳感器，進(jìn)行DCS®號3取中，進(jìn)安全儀表系統(tǒng)3取2,經(jīng)過信號分配器公用傳感器）。安全儀表系統(tǒng)應(yīng)能通過數(shù)據(jù)連接以只讀方式與DCS®信，禁止DCS!過該通信連接向安全儀表系統(tǒng)寫信息；還應(yīng)配置獨立的通信網(wǎng)絡(luò)，包括獨立的

20、網(wǎng)絡(luò)交換機、服務(wù)器、工程師站和順序事件記錄（SER站等；另外應(yīng)采用冗余電源，由獨立的雙路配電回路供電并避免安全儀表系統(tǒng)和BPCS勺信號接線出現(xiàn)在同一接線箱、中間接線柜和控制柜內(nèi)；同時閥門不應(yīng)配備手輪。SIS與基本過程控制系統(tǒng)的區(qū)別：基本過程控制系統(tǒng)（BPCS與SIS是流程工業(yè)中廣泛應(yīng)用的兩種類型的系統(tǒng)，在功能上有著明確的分工，其區(qū)別見下表所示：表：BPCSWSIS的區(qū)另I內(nèi)容BPCSSIS基本控制功能執(zhí)行常規(guī)正常生產(chǎn)調(diào)節(jié)控制功能：PID和過程順序控制監(jiān)視生產(chǎn)過程的狀態(tài)，判斷危險條件，發(fā)生危險時將生產(chǎn)過程自動帶入安全狀態(tài)目的保證生產(chǎn)過程正常、平穩(wěn)，以及產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量防止風(fēng)險的發(fā)生或者減輕風(fēng)險造

21、成的后果運行狀態(tài)和作用方式主動的、動態(tài)的和連續(xù)的被動的、休眠的和瞬間的系統(tǒng)狀態(tài)診斷控制系統(tǒng)自診斷，檢測和控制回路在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)故障系統(tǒng)及回路通信的自診斷和安全控制回路的定期測試故障安全性原則當(dāng)安全儀表系統(tǒng)的元件、設(shè)備、環(huán)節(jié)和能源發(fā)生故障或者失效時，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)使工藝過程能夠趨向安全運行或者安全狀態(tài)，即系統(tǒng)設(shè)計的故障安全性原則。能否實現(xiàn)“故障安全”取決于工藝過程及安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計。例如：安全儀表系統(tǒng)的傳感器、邏輯表決器和最終執(zhí)行元件應(yīng)為失電/非勵磁聯(lián)鎖；用于報警/停車的接點在正常操作過程中應(yīng)當(dāng)處于閉合狀態(tài)，在報警/停車時打開。四、下面介紹兩個自動控制和緊急停車系統(tǒng)（ESD的實例:（一）甲醇氧化生

22、產(chǎn)甲醛裝置中的自動化控制與緊急停車系統(tǒng)（ESD,此裝置為重點監(jiān)管的危險化工工藝（氧化工藝）裝置。1 .工藝簡介：由原料泵來的甲醇進(jìn)入蒸發(fā)器，被加熱成甲醇?xì)怏w，與羅茨風(fēng)機送來的空氣（Q）,再與蒸汽按一定比例混合進(jìn)入氧化反應(yīng)器，再觸媒作用下生成甲醛氣體；經(jīng)吸收塔由水吸收后成為甲醛水溶液產(chǎn)品。2 .利用集散控制系統(tǒng)（DCS對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控：甲醛生產(chǎn)中的空氣質(zhì)量流量、甲醇質(zhì)量流量、配料蒸汽質(zhì)量流量給定值與測量值差閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；氧化溫度走勢與理想反應(yīng)溫度曲線逐點氧化過程記錄和溫度調(diào)控曲線記錄；采用甲醇濃度法跟蹤記錄氧化反應(yīng)溫度；由熱水變頻泵實現(xiàn)蒸發(fā)器甲醇蒸發(fā)量的恒定；廢熱鍋爐汽包液位自動調(diào)節(jié)、報警等。3 .ESD應(yīng)用之一：當(dāng)氧化