安全儀表系統(tǒng)ppt課件.ppt

1、0,輸油管道安全儀表系統(tǒng),雍永鵬 華東管道設(shè)計(jì)研究院 2015.05.26,1,2,1,一、輸油管道安全儀表系統(tǒng)提出的背景 二、安全儀表系統(tǒng)基本概念介紹 三、輸油管道安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 四、主流安全儀表系統(tǒng)介紹,目 錄,3,輸油管道安全儀表系統(tǒng) 提出的背景,3,一、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及法律法規(guī) 1、國際標(biāo)準(zhǔn) IEC61508 電氣、電子、可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全 IEC61511 過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全 在安全儀表領(lǐng)域，IEC 61508，IEC61511提供了很好的國際通用技術(shù)規(guī)范和參考。IEC于2000年5月發(fā)布了IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)，2003年1月頒布IEC61511標(biāo)準(zhǔn)。

2、這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有很密切的關(guān)系，IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)是綜合性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，主要為裝置的制造商和使用，IEC 61511可以說是IEC 61508的延續(xù)，主要針對(duì)具體的儀器儀表設(shè)計(jì)者和使用者。,4,4,一、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及法律法規(guī) 2、國標(biāo)及行標(biāo) GB/T 20438電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全(等同采用IEC 61508) GB/T 21109過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全（等同采用IEC 61511 ） GB/T 50770-2013石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（針對(duì)石油化工廠或裝置） SY/T6966-2013輸油氣管道工程安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（2014年4月1日實(shí)施，適用于陸上原油

3、、成品油和天然氣管道）,5,5,一、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及法律法規(guī) 3、法律法規(guī),6,6,一、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及法律法規(guī) 3、法律法規(guī) 國家安全監(jiān)管總局關(guān)于 加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見 （安監(jiān)總管三2014116號(hào)） “從2016年1月1日起，大型和外商獨(dú)資合資等具備條件的化工企業(yè)新建涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工裝置和危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施，要按照本指導(dǎo)意見的要求設(shè)計(jì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全儀表系統(tǒng)。” “從2018年1月1日起，所有新建涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工裝置和危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施要設(shè)計(jì)符合要求的安全儀表系統(tǒng)。其他新建化工裝置、危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施安全儀表系統(tǒng)，從2020年1月1日起，應(yīng)執(zhí)行功能安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要

4、求，設(shè)計(jì)符合要求的安全儀表系統(tǒng)。 ”,7,7,二、行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1、行業(yè)現(xiàn)狀 中石油西氣東輸、西部原油成品油管道、蘭鄭長成品油管道、 中緬油氣管道等國內(nèi)重點(diǎn)長輸管道工程已設(shè)置獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)。 中石化川氣東送管道、涪陵-王場頁巖氣管道等輸氣管道已設(shè)置獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)；儀長復(fù)線儀征至九江段是管道公司第一條獨(dú)立設(shè)置安全儀表系統(tǒng)的管道，目前正在建設(shè)中。,8,8,二、行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2、發(fā)展趨勢 輸油管道安全儀表系統(tǒng)獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)，單獨(dú)設(shè)置； 輸油管道安全儀表系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)合并設(shè)計(jì)，提高過程控制系統(tǒng)PLC安全完整性等級(jí)，滿足安全儀表系統(tǒng)的安全完整性等級(jí)要求。,9,9,安全儀表系統(tǒng)

5、 基本概念介紹,10,10,一、系統(tǒng)的定義 1、基本過程控制系統(tǒng)（BPCS，basic process control system） 不執(zhí)行任何SIL1以上的安全儀表功能，響應(yīng)過程測量以及其它相關(guān)設(shè)備、其它儀表、控制系統(tǒng)或操作員的輸入信號(hào)，按過程控制規(guī)律、算法、方式，產(chǎn)生輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)過程控制及其相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的系統(tǒng)。 2、安全儀表系統(tǒng)（SIS，safety instrumented system） 用來實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)安全儀表功能的儀表系統(tǒng)。 3、緊急停車系統(tǒng) （ESD，emergency shutdown system） 當(dāng)生產(chǎn)過程出現(xiàn)緊急情況時(shí)，應(yīng)在允許的時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)，及時(shí)地發(fā)出保護(hù)信號(hào)，

6、對(duì)管道或現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)的系統(tǒng)。,11,11,一、系統(tǒng)的定義 3、火災(zāi)及可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)（FGS，fire & gas alarm System） 能夠檢測到工藝裝置區(qū)火災(zāi)及可燃?xì)怏w泄漏并發(fā)出報(bào)警的系統(tǒng)。 4、消防控制系統(tǒng) 接收火災(zāi)信號(hào)，并按預(yù)設(shè)邏輯完成各項(xiàng)消防功能的控制系統(tǒng)。,12,12,二、系統(tǒng)間相互關(guān)系 站控制系統(tǒng)宜由基本過程控制系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)和消 防控制系統(tǒng)組成。 1、未設(shè)置消防控制系統(tǒng)的站場，火災(zāi)和可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng) 報(bào)警信號(hào)應(yīng)引入安全儀表系統(tǒng)。 2、 設(shè)置消防控制系統(tǒng)的站場，火災(zāi)和可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)應(yīng) 納入消防控制系統(tǒng)。消防控制系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)、報(bào)警信號(hào)引入安 全儀表系統(tǒng)，由安全儀

7、表系統(tǒng)完成相關(guān)的聯(lián)鎖保護(hù)。,13,13,二、系統(tǒng)間相互關(guān)系,14,14,二、系統(tǒng)間相互關(guān)系,15,15,三、術(shù)語及定義 1、安全完整性等級(jí)（SIL，safety integrity level） 用來規(guī)定分配給安全儀表系統(tǒng)的儀表安全功能的安全完整性要求的離散等級(jí)（4個(gè)等級(jí)中的一個(gè)）。SIL 4是安全完整性的最高等級(jí)，SIL 1為最低等級(jí)。 2、安全儀表功能 （SIF, safety instrumented function） 具有某個(gè)特定SIL等級(jí)，用以達(dá)到功能安全的安全功能。它既可以是一個(gè)儀表安全保護(hù)功能，也可以是儀表安全控制功能。,16,16,三、術(shù)語及定義 IEC61508中對(duì)安全完整

8、性等級(jí)SIL的定義為：在一定時(shí)間，一定 條件下，安全相關(guān)系統(tǒng)執(zhí)行其所規(guī)定的安全功能的可能性。選擇安全完整性等級(jí)的目的是通過降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率把系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)降低到一個(gè)可以接受的等級(jí)。 安全儀表功能就是當(dāng)潛在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)安全儀表系統(tǒng)為了整個(gè)過程 的安全所采取的動(dòng)作。安全儀表功能要做的第一件事判別危險(xiǎn)的出現(xiàn)。接下來考慮安全儀表功能動(dòng)作后要將過程帶入什么樣的安全狀態(tài)。最后安全儀表功能具體應(yīng)該做什么才能使過程進(jìn)入安全狀態(tài),17,17,三、術(shù)語及定義 3、危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP, hazard and operability study） 由有經(jīng)驗(yàn)的多專業(yè)的專家小組對(duì)工藝裝置的設(shè)計(jì)和操作提出有關(guān)安全上

9、的問題，共同討論解決問題的方法。 4、故障安全 fail safe 安全儀表系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，被控制過程將轉(zhuǎn)入預(yù)定安全狀態(tài)。,18,18,四、安全儀表系統(tǒng)基本原則 1、獨(dú)立設(shè)置原則 當(dāng)安全完整性等級(jí)為SIL2及以上時(shí)，安全儀表系統(tǒng)與基本過程控制系統(tǒng)應(yīng)分開設(shè)置；安全儀表系統(tǒng)與基本過程控制系統(tǒng)合用時(shí)，共用部分應(yīng)與安全完整性等級(jí)相適應(yīng)。 獨(dú)立設(shè)置包括三個(gè)方面：檢測元件、執(zhí)行元件、邏輯控制器等。 2、故障安全原則 執(zhí)行元件電磁閥應(yīng)為勵(lì)磁回路；開關(guān)量檢測元件應(yīng)為常閉或帶診斷功能的接點(diǎn)。,19,19,四、安全儀表系統(tǒng)基本原則 3、優(yōu)先原則 安全儀表系統(tǒng)的動(dòng)作應(yīng)優(yōu)先于基本過程控制系統(tǒng)；執(zhí)行元件應(yīng)無條件的接受和

10、執(zhí)行安全儀表系統(tǒng)的邏輯控制單元的命令。 4、最簡原則 應(yīng)減少安全儀表系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)；邏輯控制單元與檢測元件、執(zhí)行元件間均應(yīng)采用硬線方式直接連接。,20,20,輸油管道安全儀表系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方案,21,21,下面簡要介紹儀長復(fù)線儀征至九江段（下面簡稱儀九線）安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 一、儀九線安全儀表系統(tǒng)提出的背景 2014年年初，國家安監(jiān)總局先后組織西氣東輸三線和儀九線的安全評(píng)價(jià)報(bào)告的驗(yàn)收會(huì)，這是在中石化青島11.22事故后國家安監(jiān)局組織的首批油氣管道的安全評(píng)價(jià)報(bào)告的驗(yàn)收。在此背景下，與會(huì)專家提出明確儀九線安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和主要回路的安全完整性等級(jí)。 為提高儀九線運(yùn)行的安全性，在經(jīng)過廣泛調(diào)研

11、和深入討論后，儀九線獨(dú)立設(shè)置安全儀表系統(tǒng)，主要回路SIL等級(jí)定為2級(jí)，設(shè)置獨(dú)立的安全儀表PLC，進(jìn)出站ESD閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)改為電液聯(lián)動(dòng)。,22,22,二、安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 安全完整性原則：對(duì)每項(xiàng)安全儀表回路確定適當(dāng)?shù)陌踩暾缘燃?jí)； 獨(dú)立設(shè)置原則：當(dāng)安全完整性等級(jí)為SIL2及以上時(shí)，SIS與過程控制系統(tǒng)從功能和結(jié)構(gòu)上分離設(shè)置；當(dāng)安全完整性等級(jí)為SIL1時(shí)，SIS與過程控制系統(tǒng)合用，共用設(shè)備有SIL認(rèn)證并應(yīng)滿足SIL1要求。 主要回路的SIL等級(jí)： 給油泵入口管線壓力超低、輸油泵入口匯管壓力超低、輸油泵出口匯管壓力超高、出站壓力超高等安全儀表回路為SIL2。 泵機(jī)組停車、液位超限聯(lián)鎖等

12、安全儀表回路的安全完整性等級(jí)為SIL1，安全儀表系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)合用, 共用設(shè)備滿足SIL1要求。,23,23,三、檢測儀表 1、檢測儀表主要包括： 壓力檢測儀表：給油泵入口管線、輸油泵入口匯管、輸油泵出口匯管、出站壓力設(shè)置壓力變送器。 可燃?xì)怏w探測器及火焰探測器：在閥組區(qū)、泵區(qū)、計(jì)量區(qū)、罐區(qū)等應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w探測器；在泵區(qū)、儲(chǔ)罐區(qū)宜設(shè)置火焰探測器。 ESD按鈕：站控制室操作臺(tái)應(yīng)設(shè)置ESD按鈕；站場的工藝設(shè)備區(qū)通道旁應(yīng)設(shè)置ESD按鈕。,24,24,三、檢測儀表 2、檢測儀表設(shè)置原則： 獨(dú)立設(shè)置原則：對(duì)于SIL1安全儀表功能回路，其檢測元件可與基本過程控制回路共用；對(duì)于SIL2以上安全儀表功能回

13、路，其檢測元件應(yīng)獨(dú)立設(shè)置。 冗余設(shè)置原則： 對(duì)于SIL1安全儀表功能回路，可采用單一的檢測元件。 對(duì)于SIL2安全儀表功能回路，宜采用冗余的檢測元件。 對(duì)于SIL3安全儀表功能回路，應(yīng)采用冗余的檢測元件。,25,25,三、檢測儀表 檢測儀表的冗余設(shè)置方式有以下三種： 當(dāng)系統(tǒng)要求高安全性時(shí)，應(yīng)采用1oo2； 當(dāng)系統(tǒng)要求高可用性時(shí)，應(yīng)采用2oo2； 當(dāng)系統(tǒng)的安全性和可用性均需保障時(shí)，宜采用2oo3。,26,26,三、檢測儀表,27,27,四、執(zhí)行元件 1、執(zhí)行元件主要包括： 輸油管道進(jìn)、出站管線應(yīng)設(shè)置緊急關(guān)斷閥（ESDV）； 輸油管道儲(chǔ)油罐區(qū)的進(jìn)、出匯管宜設(shè)置緊急關(guān)斷閥（ESDV）； 輸油管道燃料

14、油（氣）的入口管線應(yīng)設(shè)置緊急關(guān)斷閥（ESDV）； 輸油泵； 加熱爐 。 對(duì)于儀九線來說，安全儀表系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要為進(jìn)、出站緊急關(guān)斷閥（ESD閥）。,28,28,四、執(zhí)行元件 2、執(zhí)行元件的設(shè)置原則： SIL 1安全儀表功能回路，閥門可與基本過程控制系統(tǒng)共用。 SIL 2安全儀表功能回路，閥門宜與基本過程控制系統(tǒng)分開。當(dāng)閥門與基本過程控制系統(tǒng)共用時(shí)，配套的電磁閥應(yīng)分別設(shè)置。 SIL 3安全儀表功能回路，閥門應(yīng)與基本過程控制系統(tǒng)分開。,29,29,四、執(zhí)行元件 3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的冗余設(shè)置原則： SIL 2安全儀表回路，宜采用冗余控制閥。如采用單一的控制閥，其配套的電磁閥應(yīng)冗余設(shè)置。采用冗余控制閥或電

15、磁閥時(shí)，冗余方式宜采用1oo2邏輯結(jié)構(gòu)。 但在實(shí)際工程中為了節(jié)省建設(shè)和維護(hù)成本，大多不會(huì)采用執(zhí)行機(jī) 構(gòu)串、并聯(lián)的方式，那么在這種情況下，如何滿足功能回路的SIL等級(jí)要求呢？解決方案：在執(zhí)行機(jī)構(gòu)回路中串、并聯(lián)電磁閥。,30,30,四、執(zhí)行元件 4、儀九線ESD閥介紹： 儀九線干線進(jìn)出站采用34”CL600開維喜球閥，配套德國法奧克電液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)SEHAZ-E-1-125-KSP,31,31,四、執(zhí)行元件,32,32,四、執(zhí)行元件 技術(shù)特點(diǎn)：FAHLKE電液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為一體化（電動(dòng)液壓與手動(dòng)液壓獨(dú)立配置）、模塊化、高集成化裝置。其中包括集成型電液動(dòng)力裝置、活塞式蓄能器、聯(lián)軸器、獨(dú)立的手動(dòng)泵、電

16、磁閥、集成安全閥和單向閥、按鈕、接線盒、電控箱以及其它附屬設(shè)備。 ESD通道的電磁閥采用長期勵(lì)磁型，斷電時(shí)關(guān)閥，ESD電磁閥供電由安全儀表系統(tǒng)單獨(dú)提供。 帶儲(chǔ)能器，在閥門掉電情況下，可滿足三個(gè)行程的動(dòng)作。,33,33,五、安全儀表PLC 1、安全儀表PLC應(yīng)與SIL等級(jí)相適應(yīng)； 2、安全儀表PLC冗余設(shè)置原則： 對(duì)于SIL 2安全儀表功能回路，宜采用冗余的邏輯控制單元。其中央處理單元、電源模塊、通訊網(wǎng)絡(luò)與接口等應(yīng)冗余配置，輸入、輸出模塊宜冗余配置。 對(duì)于SIL 3安全儀表功能回路，應(yīng)采用冗余的邏輯控制單元。其中央處理單元、電源模塊、輸入、輸出模塊及通訊網(wǎng)絡(luò)與接口等均應(yīng)冗余配置。,34,34,五

17、、安全儀表PLC 3、安全儀表 PLC 的冗余結(jié)構(gòu) 在構(gòu)建一個(gè)安全系統(tǒng)時(shí)，可以有很多方式來安排安全系統(tǒng)部件，主要考慮系統(tǒng)的可用性和安全性，側(cè)重點(diǎn)不同則冗余結(jié)構(gòu)的選擇不同。 1oo2 兩個(gè)控制器并行處理和連線可以降低單個(gè)PLC危險(xiǎn)失效的影響，兩個(gè)輸出電路采用串行連接，以防止任何一個(gè)控制器在危險(xiǎn)的方式下失效。1oo2 結(jié)構(gòu)具有高安全性，但降低了可靠性。,35,35,五、安全儀表PLC 1oo2D 使用兩重1oo1D（一個(gè)帶有診斷功能的控制器通道，一個(gè)診斷通道利用串行連接構(gòu)成輸出回路）結(jié)構(gòu)，并有額外的控制線路。既有較高的可用性，又有較高的安全性。,36,36,五、安全儀表PLC 2oo3 帶有三個(gè)控

18、制器單元，每個(gè)控制器單元帶有兩個(gè)輸出點(diǎn)，把三個(gè)控制器的各自兩個(gè)輸出點(diǎn)連接成表決電路，用表決的結(jié)果來決定真正的輸出信號(hào)。 2oo3結(jié)構(gòu)即具有安全性又具有高可用性。,37,37,六、安全儀表系統(tǒng)功能 1、ESD：在事故狀態(tài)下能使本站停運(yùn)并與管道線路迅速隔離，緊急停車動(dòng)作包括：打開全越站旁通閥、關(guān)閉進(jìn)出站閥門、停主輸油泵、停給油泵、關(guān)閉油罐的進(jìn)出口閥等。緊急停車動(dòng)作的啟動(dòng)命令來自于現(xiàn)場或站控緊急停車按鈕的直接觸發(fā)。 2、超壓保護(hù)功能：給油泵入口壓力超低、輸油泵入口匯管壓力超低、輸油泵出口匯管壓力超高、出站壓力超高聯(lián)鎖本站停運(yùn)，并與管道隔離， 3、火災(zāi)及可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)功能。,38,38,六、

19、安全儀表系統(tǒng)功能,39,39,六、安全儀表系統(tǒng)功能,40,40,七、供電與接地 1、供電：安全儀表系統(tǒng)為SIL2時(shí)，電源宜由UPS電源雙回路供電；安全儀表系統(tǒng)為SIL3時(shí)，電源應(yīng)由UPS電源雙回路供電。 下圖為儀九線控制系統(tǒng)供電系統(tǒng)圖：,41,41,七、儀表安裝及配線 1、安全儀表功能回路為SIL2及以上時(shí)，現(xiàn)場儀表的取源口應(yīng)獨(dú)立設(shè)置。 2、安全儀表系統(tǒng)與基本過程控制系統(tǒng)的電纜宜分開設(shè)置。 3、所有信號(hào)電纜應(yīng)采用阻燃型屏蔽電纜。 4、安全儀表系統(tǒng)的接線端子排應(yīng)獨(dú)立設(shè)置。 5、安全儀表功能回路不應(yīng)共用同一公共線。 6、不同電壓等級(jí)的電纜應(yīng)分開敷設(shè)。 7、電纜應(yīng)連續(xù)敷設(shè)，中間不應(yīng)有接頭，直埋敷設(shè)的

20、電纜應(yīng)采用鎧裝銅芯電纜。,42,42,八、HMI及報(bào)警 安全儀表系統(tǒng)HMI應(yīng)顯示以下內(nèi)容： 1 過程執(zhí)行順序； 2 保護(hù)動(dòng)作命令指示； 3 旁路狀態(tài)； 4 檢測元件和執(zhí)行元件的狀態(tài)； 5 診斷結(jié)果； 6 電源狀態(tài)。,43,43,主流安全儀表系統(tǒng) 介紹,44,44,一、德國HIMA 發(fā)展歷史： 1908 由Johannes Hildebrandt先生創(chuàng)建于曼海姆, HIMA的名字源于 Hildebrandt 和 Mannheim； 1970 世界上第一套獲TV認(rèn)證的安全系統(tǒng): Planar； 1986 世界上第一套獲TV認(rèn)證的PES系統(tǒng): H50； 1991 世界上第一個(gè)獲TV認(rèn)證的 軟件-反向編譯功能； 1994 通過DIN ISO 9001、DQS 認(rèn)證； 1997 世界上第一家獲TV認(rèn)證的 安全以太網(wǎng)通訊技術(shù)； 19