現(xiàn)代化大型石化企業(yè)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

現(xiàn)代化大型石化企業(yè)黃步余中國石化工程建設(shè)公司.安全儀表系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用國內(nèi)石化行業(yè)發(fā)展概況全球石化行業(yè)處于景氣時期，原油價格維持在高位波動。中國石化產(chǎn)品需求增長，原油價格攀升，生產(chǎn)成本提高。世界級規(guī)模石化項目相繼建設(shè)并投產(chǎn)運行。石化產(chǎn)品產(chǎn)量，品種和質(zhì)量提高，自給能力增強(qiáng)。國內(nèi)石化企業(yè)面臨發(fā)展機(jī)遇和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，強(qiáng)化現(xiàn)代化企業(yè)管理。降低生命周期成本，節(jié)能，環(huán)保，獲取最大的利潤。世界級規(guī)模石油化工項目舉例1.中石化上海賽科2.中海油惠州3.中石化茂名4.中石化海南5.中石化福建6.中石化獨山子7.中海油惠州8.中石化青島900,000噸/年800,000噸/年1,000,000噸/年8,000,000噸/年8,000,000噸/年煉油800,000噸/年乙烯10,000,000噸/年煉油1,000,000噸/年乙烯12,000,000噸/年10,000,000噸/年乙烯項目(合資)乙烯項目(合資)乙烯(擴(kuò)建)項目煉油項目煉油－化工項目煉油－化工項目煉油項目煉油項目2005年6月投產(chǎn)運行2006年1月投產(chǎn)運行2006年9月投產(chǎn)運行2006年9月投產(chǎn)運行預(yù)計2008年建成投產(chǎn)預(yù)計2008年建成投產(chǎn)預(yù)計2008年建成投產(chǎn)預(yù)計2008年建成投產(chǎn)控制及信息管理集成系統(tǒng)的總目標(biāo)健康、安全及環(huán)境保護(hù)有可靠保證；高質(zhì)量的過程測量，調(diào)節(jié)控制和先進(jìn)控制，友好人機(jī)界面；儀表及控制系統(tǒng)故障引起非計劃停車最少；提供準(zhǔn)確、無縫的信息數(shù)據(jù)（管理、操作、技術(shù)、實時及歷史）；提供維修計劃，存量控制和采購計劃；提供生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化，滿足市場需求；工廠、供應(yīng)商和客戶信息集成在同一互聯(lián)電子商務(wù)平臺；降低生命周期成本，獲取最大的利潤。石油化工企業(yè)面臨的安全挑戰(zhàn)對生產(chǎn)裝置進(jìn)行安全評估；防止非計劃停車；將人員傷害、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染降到最小；縮短恢復(fù)生產(chǎn)的時間；當(dāng)有危險的緊急情況發(fā)生時，保證安全系統(tǒng)做出快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠的動作，保障人身和設(shè)備安全。石油化工企業(yè)安全解決方案安全評估（安全生命周期，定性（量）風(fēng)險評估，硬軟件冗余容錯，功能安全管理）；風(fēng)險預(yù)防（采集各種信息，潛在的安全風(fēng)險對人身、設(shè)備及環(huán)境的損害，大量枯燥、重復(fù)性報警事件減到最少）；安全儀表系統(tǒng)（減少不必要的停車，集成管理程序?qū)收显蚍治?，各種損失減少到最?。?；快速恢復(fù)生產(chǎn)（縮短恢復(fù)生產(chǎn)所需時間，減少操作員的工作量，避免相同故障重復(fù)發(fā)生停車）。石油化工企業(yè)安全生命周期風(fēng)險評估安全功能分配安全需求規(guī)格SIS設(shè)計及其工程安裝、開車、確認(rèn)操作維護(hù)修改或處理確認(rèn)功能安全管理（全過程）石油化工企業(yè)安全保護(hù)級別7.EmergencyResponse緊急響應(yīng)6.Physicalprotection(F&G）物理保護(hù)5.ReliefDevices釋放設(shè)備4.SIS安全儀表系統(tǒng)3.AlarmOperators-操作員報警2.DCS-集散控制系統(tǒng)1.Process工藝過程危險與可操作性審查(HAZardandOperabilitystudy-HAZOP)對生產(chǎn)裝置的安全性和操作性進(jìn)行設(shè)計審查;根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、工藝參數(shù)等按工藝流程（PID）進(jìn)行系統(tǒng)分析，正常/非正常工況可能出現(xiàn)的問題、產(chǎn)生的原因、可能導(dǎo)致的后果及應(yīng)采取的措施；有生產(chǎn)經(jīng)驗、工藝、安全、設(shè)備、電氣、儀表、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等專家共同研究；HAZOP作業(yè)流程:選擇研究節(jié)點→選擇工藝參數(shù)→選擇引導(dǎo)詞→發(fā)現(xiàn)有價值的偏差→分析產(chǎn)生偏差的原因、后果及現(xiàn)有措施→評估風(fēng)險→提出控制風(fēng)險建議。風(fēng)險合理化控制(ALARP)(AsLowAsReasonablePractice)根據(jù)風(fēng)險矩陣識別關(guān)鍵設(shè)施和操作，位于高風(fēng)險區(qū)內(nèi)（紅/黃）的設(shè)施均應(yīng)研究；降低風(fēng)險設(shè)施投資的合理性的研究；方案投資費用與風(fēng)險的比選優(yōu)化。安全保護(hù)級別分析集中研究后果嚴(yán)重和高頻發(fā)事件；考慮所有識別的引發(fā)事件和原因；確認(rèn)對各引發(fā)事件有效的保護(hù)層；有效分配降低風(fēng)險的資源；確定安全儀表系統(tǒng)安全度（SIL）等級。安全儀表系統(tǒng)(SIS)安全儀表系統(tǒng)(SafetyInstrumentedSystem-SIS)〔儀表保護(hù)系統(tǒng)(InstrumentProtectionSystem-IPS)〕〔安全聯(lián)鎖系統(tǒng)(SafetyInterlockingSystem-SIS)〕〔緊急停車系統(tǒng)(EmergencyShut-DownSystem-ESD)〕儀表系統(tǒng)用于實現(xiàn)1個或多個安全儀表功能，安全儀表系統(tǒng)包括傳感器（Sensor）、邏輯運算器（Logicsolver)和最終執(zhí)行元件(Finalelement)。目前SIS采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范IEC61508IEC61511IEC61131ANSI/ISA-84.01DINV19250SH/T3018FunctionalSafetyofelectrical/electronic/programmableelectronicsafety-relatedsystemFunctionalSafetyInstrumentedsystemsfortheProcessIndustrySectionProgrammableControllersApplicationofSafetyInstrumentedSystemsfortheProcessIndustriesProgrammableSafetySystem石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（中華人民共和國石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）DesigncodeforsafetyinstrumentedsysteminpetrochemicalindustrySIS功能及基本要求安全儀表系統(tǒng)（SIS）在生產(chǎn)裝置的開車、停車階段，運行以及維護(hù)操作期間，對人員健康、裝置設(shè)備及環(huán)境提供安全保護(hù)。無論是生產(chǎn)裝置本身出現(xiàn)的故障危險，還是人為因素導(dǎo)致的危險以及一些不可抗拒因素引發(fā)的危險，SIS系統(tǒng)都應(yīng)立即作出正確反應(yīng)并給出相應(yīng)的邏輯信號，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車，阻止危險的發(fā)生和事故的擴(kuò)散，使危害減少到最小。SIS系統(tǒng)應(yīng)具備高的可靠性（Reliability)、可用性（Availability）和可維護(hù)性（Maintainability）。當(dāng)SIS系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時仍能提供安全保護(hù)功能。SIS與DCS區(qū)別DCS用于生產(chǎn)過程的連續(xù)測量、常規(guī)控制（連續(xù)、順序、間歇等）、操作控制管理，保證生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運行；SIS用于監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運行狀況，對出現(xiàn)異常工況迅速進(jìn)行處理，使危害降到最低，使人員和生產(chǎn)裝置處于安全狀態(tài)；DCS是“動態(tài)”系統(tǒng)，它始終對過程變量連續(xù)進(jìn)行檢測、運算和控制，對生產(chǎn)過程進(jìn)行動態(tài)控制，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；SIS是“靜態(tài)”系統(tǒng)，正常工況時，它始終監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運行，系統(tǒng)輸出不變，對生產(chǎn)過程不產(chǎn)生影響，非正常工況下時，它將按照預(yù)先的設(shè)計進(jìn)行邏輯運算，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車；SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更嚴(yán)格，IEC61508、IEC61511、ISAS84.01、SH/T3018強(qiáng)烈推薦SIS與DCS硬件獨立設(shè)置。安全度等級(SIL)SafetyIntegrityLevel危險等級I級無法忍受的嚴(yán)重危險（Intolerablerisk）II級較嚴(yán)重危險（Undesirablerisk)III級可以忍受的危險（Tolerablerisk)IV級輕微的危險（Negligiblerisk)SIS系統(tǒng)設(shè)計選用原則SIS獨立于過程控制系統(tǒng)(DCS或其他系統(tǒng)），獨立完成安全保護(hù)功能。當(dāng)過程達(dá)到預(yù)定條件時，SIS系統(tǒng)動作使被控制過程轉(zhuǎn)入安全狀態(tài)；根據(jù)對過程危險性及可操作性分析，人員、過程、設(shè)備及環(huán)保要求，安全度等級確定SIS的功能等級；SIS設(shè)計成故障安全型；SIS采用經(jīng)TUV安全認(rèn)證的PLC系統(tǒng)；SIS具有硬件、軟件診斷和測試功能；SIS構(gòu)成中間環(huán)節(jié)最少；SIS的傳感器、最終執(zhí)行元件宜單獨設(shè)置；SIS能和DCS、MES等進(jìn)行通信；SIS實現(xiàn)多個單元保護(hù)功能時，其公用部分應(yīng)符合最高安全等級要求；SIS傳感器設(shè)計選用獨立設(shè)置原則：1級SIS傳感器可與DCS共用；2級SIS傳感器宜與DCS分開；3級SIS傳感器應(yīng)與DCS分開；冗余設(shè)置原則：1級SIS傳感器可采用單一的傳感器；2級SIS傳感器宜采用冗余的傳感器；3級SIS傳感器應(yīng)采用冗余的傳感器；冗余選擇原則:保證系統(tǒng)的安全性時，采用“或”邏輯結(jié)構(gòu)；保證系統(tǒng)的可用性時，采用“與”邏輯結(jié)構(gòu)；當(dāng)系統(tǒng)的安全性和可用性均需保證時，采用“三取二”邏輯結(jié)構(gòu)；傳感器宜采用隔爆型的變送器（壓力、差壓、差壓流量、差壓液位、溫度），不宜采用開關(guān)型傳感器；傳感器由SIS系統(tǒng)供電。SIS邏輯運算器設(shè)計選用SIS邏輯運算器：繼電器系統(tǒng)，可編程序電子系統(tǒng)，混合系統(tǒng)三種；繼電器用于I/O點較少,邏輯功能簡單的場合；可編程電子系統(tǒng)用于I/O點較多,邏輯功能復(fù)雜，與DCS、MES通信等場合；可編程電子系統(tǒng)可以是經(jīng)TUV認(rèn)證的PLC系統(tǒng)，也可是DCS和其他專用系統(tǒng)；獨立設(shè)置原則：1級SIS邏輯運算器宜與DCS分開；2級SIS邏輯運算器應(yīng)與DCS分開；3級SIS邏輯運算器必須與DCS分開；冗余設(shè)置原則：1級SIS可采用單一的邏輯運算器；2級SIS宜采用冗余或容錯邏輯運算器；3級SIS應(yīng)采用冗余容錯邏輯運算器；SIS執(zhí)行元件設(shè)計選用執(zhí)行元件：氣動切斷閥（帶電磁閥），氣動控制閥（帶電磁閥），電動閥或液動閥等。獨立設(shè)置原則:1級SIS閥門可與DCS共用，應(yīng)確保SIS優(yōu)先于DCS動作；2級SIS閥門宜于DCS分開；3級SIS閥門宜于DCS分開；冗余設(shè)置原則：1級SIS可采用單一閥門；2級宜采用冗余閥門；如采用單一閥門，電磁閥宜冗余配置；3級宜采用冗余閥門；可采用一個控制閥和一個切斷閥；電磁閥設(shè)置原則：電磁閥應(yīng)采用長期帶電，低功耗，隔爆型；由SIS系統(tǒng)供電。SIS工程設(shè)計中注意的問題I/O模件應(yīng)帶光/電或電磁隔離，帶診斷，帶電插拔；來自現(xiàn)場的三取二信號應(yīng)分別接到三個不同的輸入卡；現(xiàn)場變送器或執(zhí)行元件應(yīng)由SIS系統(tǒng)供電；當(dāng)現(xiàn)場變送器信號同時用于SIS、DCS時，應(yīng)先接到SIS系統(tǒng)后接到DCS系統(tǒng)；SIS不宜采用現(xiàn)場總線通信方式；SIS工程設(shè)計中注意的問題負(fù)荷不應(yīng)超過50~60%；電源應(yīng)冗余配置；采用等電位接地。傳感器及執(zhí)行元件，正常工況應(yīng)是帶電（勵磁）狀態(tài)；非正常工況應(yīng)是失電（非勵磁）狀態(tài)；電磁閥冗余配置時，有兩種連接方式：并聯(lián)連接--可用性好；串聯(lián)連接--安全性好。SIS的維護(hù)預(yù)防性維護(hù)到預(yù)測性維護(hù)（工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、HART等）；提高維護(hù)效率和自動化程度（基于工具軟件、管理軟件等）；將維護(hù)工作從現(xiàn)場移到控制室（現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集到服務(wù)器、遠(yuǎn)程維護(hù)）；預(yù)防計劃外的停車（預(yù)測診斷功能、儀表設(shè)備管理顯示儀表工作情況）。SIS質(zhì)量保證TUV安全等級認(rèn)證（SIS系統(tǒng)相關(guān)I/O、CPU、通信等）防爆等級認(rèn)證ISO9000質(zhì)量認(rèn)證CE標(biāo)志SIS主要部件的產(chǎn)地SIS質(zhì)量保證程序SIS故障分析（在生命周期階段）技術(shù)規(guī)格調(diào)試后變更設(shè)計和實施操作和維護(hù)安裝和調(diào)試44%20%15%15%6%摘自<Health&SafetyExecutiveHSE-UK>SIS設(shè)計應(yīng)用舉例設(shè)置在現(xiàn)場機(jī)柜室的SIS與DCS采用冗余通信方式；設(shè)置在現(xiàn)場機(jī)柜室的SIS與CCR中的AMS站采用非冗余通信方式；設(shè)置在現(xiàn)場機(jī)柜室的SIS與CCR中的SER站采用非冗余通信方式；設(shè)置在現(xiàn)場機(jī)柜的SIS與CCR中的SIS采用冗余安全以太網(wǎng)通信方式；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)完全冗余運行；設(shè)置在現(xiàn)場機(jī)柜室的SIS與CCR中的SIS工程師站采用SIS系統(tǒng)總線非冗余通信方式；在CCR輔助操作臺上安裝的緊急停車按鈕、開關(guān)、選擇器、旁路開關(guān)等用硬線接到CCR的SIS控制器，通過冗余安全以太網(wǎng)通信接到現(xiàn)場機(jī)柜室SIS控制器進(jìn)行邏輯運算。HYPERLINK"/retype/zoom/a0742af26294dd88d0d26bc4?pn=33&x=0&y=1632&raww=1080&rawh=171&o=png_6_0_0_0_0_