徐志奇 王可奇 劉麗媛

中國石化集團第五建設公司 甘肅蘭州 730060

淺談安全儀表系統(tǒng)（SIS系統(tǒng)）在煤化工項目中的應用

徐志奇 王可奇 劉麗媛

中國石化集團第五建設公司 甘肅蘭州 730060

隨著人們對裝置安全及人員保護的要求逐步提高，安全儀表系統(tǒng)（SIS系統(tǒng)）會得到越來越多的重視和應用。本文簡述了SIS系統(tǒng)的必要性、發(fā)展趨勢及其優(yōu)勢，簡要介紹了HONEYWELL公司的SIS系統(tǒng)在神華包頭煤制烯烴項目中的配置方式及其操作模式，由于其配置方式已經(jīng)在神化包頭煤制烯烴項目中實施成功，這對以后大型煤化工裝置SIS系統(tǒng)的配置有著重要的指導意義。

SIS(安全儀表系統(tǒng)) 冗余/容錯 控制系統(tǒng) 控制器

神華煤制烯烴項目于2006年12月獲得國家發(fā)展和改革委員會核準，總投資165億元，是迄今為止經(jīng)國家核準的唯一的煤制烯烴項目，也是世界首套煤制烯烴工業(yè)化生產(chǎn)示范基地。項目建設規(guī)模：180萬t/a煤制甲醇、60萬t/a甲醇制烯烴、30萬t/a聚乙烯、30萬t/a聚丙烯、4套6萬m3/h空分制氧、3套480t/h蒸發(fā)量的熱電站以及輔助生產(chǎn)設施和公用工程等。核心技術(shù)采用國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的甲醇制烯烴技術(shù)，其他主要工藝裝置均采用世界先進的煤化工/石油化工技術(shù)，包括GE水煤漿氣化技術(shù)、德國林德公司低溫甲醇洗技術(shù)、英國DAVY公司甲醇合成技術(shù)、美國DOW公司聚丙烯技術(shù)、美國UNIVATION公司聚乙烯技術(shù)等。

1 SIS系統(tǒng)的必要性

在石油化工工業(yè)多數(shù)物料易燃易爆，操作條件為高溫高壓，易發(fā)生安全事故。隨著石油化工裝置規(guī)模的日趨大型化，設計操作指標越發(fā)貼近安全臨界點，造成事故發(fā)生的可能性也在增加，故而人們對安全系統(tǒng)提出了新的要求。一套好的SIS系統(tǒng)能夠有效降低整個系統(tǒng)的風險、提高系統(tǒng)裝置的可靠性，在石化等行業(yè)，SIS系統(tǒng)已經(jīng)成為保障企業(yè)安全可靠運行的必備手段之一。

2 SIS系統(tǒng)發(fā)展趨勢及其優(yōu)勢

安全儀表系統(tǒng)的實現(xiàn)經(jīng)歷了從氣動系統(tǒng)，繼電器系統(tǒng)，固態(tài)繼電器系統(tǒng)到PLC系統(tǒng)幾個發(fā)展階段。安全儀表系統(tǒng)將力求具備更高的過程可用性及更低的維護成本，作為一個系統(tǒng)，本身也存在出現(xiàn)故障的可能性，由于SIS可提高化工裝置的本質(zhì)安全度,保障生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定運行,最大限度地減少由于過程失控造成的人身傷害和設備損壞，未來SIS系統(tǒng)會朝智能化方向發(fā)展，邏輯控制器通過跟現(xiàn)場智能儀表進行的數(shù)字通訊，可以在裝置跳車之前提醒操作員或者維護人員來自于現(xiàn)場設備的問題或者故障，從而提高系統(tǒng)的可用率。

2.1 SIS系統(tǒng)的優(yōu)勢

2.1.1 冗余技術(shù)的發(fā)展

容錯手段主要是冗余、自診斷和在線維護修理。容錯機制是指一個和多個元件或部件出現(xiàn)故障時系統(tǒng)仍能繼續(xù)運行的能力。容錯系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)故障并排出故障的影響。新型SIS（如TRICON）可以實現(xiàn)系統(tǒng)所有部件和部分相關(guān)設備故障的容錯特性。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示SIS系統(tǒng)故障40%屬于傳感器，50%屬于執(zhí)行機構(gòu)，對此目前推出了具有安全水平認證的變送器產(chǎn)品，相關(guān)產(chǎn)品達到了IEC61508SIL1～4安全等級并獲得TUV認證，執(zhí)行元件采用冗余配置提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性，一般采用下列兩種方式：采用冗余的閥門，每套閥門配套冗余的電磁閥；對于切斷回路執(zhí)行設備應為串聯(lián)安裝的2臺切斷閥，對于放空回路執(zhí)行設備應為并聯(lián)安裝的2臺放空閥這在神化包頭煤制烯烴項目中已有很好的應用。

2.1.2 安全系統(tǒng)與控制系統(tǒng)同在

伴隨著石化MAV項目的日益增多，DCS與SIS打包的現(xiàn)象將愈加普遍，霍尼韋爾正利用其DCS的強大市場動力推動其SIS系統(tǒng)的發(fā)展，并已在煤化工市場上取得相當好的成績，例如神華包頭煤制烯烴項目。由于控制系統(tǒng)的可靠性不足以保證安全系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)階段安全系統(tǒng)與控制系統(tǒng)集成，又完全獨立，所有的SIS數(shù)據(jù)對其它系統(tǒng)來說都是可用并可直接引用的（如DCS系統(tǒng)、PDS系統(tǒng)），充分滿足了一個流程畫面上對DCS包括SIS數(shù)據(jù)同時顯示的功能。這些優(yōu)勢，很好的保證了我們在較短的工期內(nèi)，實現(xiàn)和滿足了用戶的需求。

3 SIS系統(tǒng)在神化煤制烯烴項目的應用實例

SIS系統(tǒng)由霍尼韋爾（香港）有限公司負責設計，采用霍尼韋爾推出故障安全系統(tǒng)（FSC），設計及供貨范圍為MAV框架協(xié)議要求及內(nèi)容。主要包括系統(tǒng)硬件及軟件的配置，SOE站及冗余光纜配置，系統(tǒng)組態(tài)，系統(tǒng)生成，技術(shù)支持及現(xiàn)場服務。神化包頭煤制烯烴項目使用的霍尼韋爾公司最新的SM控制器，采用霍尼韋爾推出故障安全系統(tǒng)（FSC）幫助專業(yè)人員監(jiān)控SIS系統(tǒng)的運行狀況和可靠性。通過精確監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，減少對其進行的不必要的維護，并能夠?qū)е掳踩鹿屎凸S意外停機的故障減至最少。

（1）本項目采用聯(lián)合控制室（UCR）和現(xiàn)場機柜室（FRR）分離設置的方式，正常生產(chǎn)時操作員都在聯(lián)合控制室，現(xiàn)場儀表信號通過電纜連接到現(xiàn)場機柜室，從現(xiàn)場機柜室至聯(lián)合控制室的信號采用雙冗余光纜，生產(chǎn)裝置SIS系統(tǒng)的輔助操作臺設置在相應的聯(lián)合控制室，SIS系統(tǒng)控制器設置在相應的現(xiàn)場機柜室，操作管理人員在聯(lián)合控制室完成生產(chǎn)裝置的控制、監(jiān)測、報警及報表等工作。聯(lián)合控制室設置：

UCR1:第一聯(lián)合控制室，電站。

UCR2：第二聯(lián)合控制室，甲醇裝置。

UCR3：第三聯(lián)合控制室，烯烴裝置。

本裝置正常工況的操作在第三聯(lián)合控制室（UCR3）中完成。

（2）神化包頭煤制烯烴項目SIS系統(tǒng)采用了HONEYWELL公司最新的SM控制器。SIS系統(tǒng)采用三重化中央邏輯控制器的可編程控制器（ProgrammableLogicController-PLC）完成裝置的緊急停車（ESD）。HSMS采用SM-2004D配置：每套SIS系統(tǒng)有20%的裕量空間用于安裝I/O卡件，控制器負荷能力包括擴展能力。按照DIN19250標準，SM-2004D配置符合TUV AK6級及IEC 61508 SIL3級標準安全認證。這種兩套完全平行運行、完全冗余的系統(tǒng)能對單系統(tǒng)容錯。如圖1所示。

（3）各裝置獨立設置控制器，以確保人員及生產(chǎn)裝置、重要機組和關(guān)鍵設備的安全，而且對于有多個系列的裝置（如氣化裝置有7臺氣化爐），每個系列都配獨立的控制器。

（4）對于離聯(lián)合控制室較遠的裝置，從輔操臺到SIS系統(tǒng)的控制器無法用硬接線實現(xiàn)信號的可靠傳送，因此在聯(lián)合控制室設置了1臺SIS遠程控制器，輔操臺上的信號先通過硬線接到SIS遠程控制器的輸入/輸出卡件，SIS遠程控制器與裝置SIS系統(tǒng)控制器間通過TUV認證的冗余安全網(wǎng)來傳送信號。如圖2所示。

（5）SIS系統(tǒng)按照故障安全型設計，與DCS系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信，在DCS系統(tǒng)操作站上顯示報警及打印。SIS系統(tǒng)設工程師站和順序事件記錄站，顯示報警及操作通過輔助操作臺上的開關(guān)、按鈕和DCS系統(tǒng)操作站來完成。

（6）SIS系統(tǒng)的HART信號經(jīng)過FTA時被分離出來，經(jīng)過HART信號分離器MTL4842進入MTL4841模塊，再經(jīng)過RS485串行通訊接口接入AMS系統(tǒng)，實現(xiàn)智能設備的統(tǒng)一管理。

（7）在PP裝置現(xiàn)場部分HART信號進SIS系統(tǒng)，經(jīng)SIS系統(tǒng)處理后，一路通過電纜返回至現(xiàn)場二次指示表進行指示，一路通過電纜至PDS系統(tǒng)，這樣SIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)就可以隨時被PDS系統(tǒng)共享，從而對其進行實時調(diào)節(jié)控制。

4 總結(jié)

HONEYWELL公司最新的SM控制器通過跟現(xiàn)場智能儀表進行的數(shù)字通訊，可以在裝置跳車之前提醒操作員或者維護人員來自于現(xiàn)場設備的問題或者故障，通過和現(xiàn)場智能儀表的配合，用戶可以進行預測性維護，這樣就增加了裝置過程的可用性，大大減少了因設備故障而發(fā)生的停車時間，。隨著人們對裝置安全及人員保護更加深刻的認識，安全儀表系統(tǒng)會得到越來越多的重視和應用。

1 Wayne Labs．DcSs adopt standards．becolllC enterprise-friendly．I&CS．2000(7).

2 安全儀表系統(tǒng)發(fā)展與市場分析，中國變頻器行業(yè)網(wǎng)，2009（7）.

3 匡蕾等 基于危險工藝裝置設置安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究，《中國安全科學學報》，2009（7）.

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1672-9323（2011）01-0075-02

2010-08-11）