許海藍(lán) 崔煥新

(中國中輕國際工程有限公司，北京，100026)

SRS安全控制系統(tǒng)在大型進(jìn)口堿回收爐上的應(yīng)用

許海藍(lán) 崔煥新

(中國中輕國際工程有限公司，北京，100026)

針對應(yīng)用于大型堿回收爐上的SRS安全控制系統(tǒng)，在設(shè)計、施工中應(yīng)注意的問題做了初步分析和總結(jié)，為下一步自控專業(yè)的設(shè)計及現(xiàn)場施工提供借鑒。

SRS安全控制系統(tǒng);SIL;硬接線;冗余測量裝置;堿回收爐

堿回收爐是一種特種鍋爐，使用重油或輕質(zhì)油進(jìn)行開機(jī)和加載，配置多個燃燒器，燃燒高濃度黑液和臭氣，也燃燒從各個車間收集來的、混合到燃料空氣中的DNCG(低濃臭氣)氣體，產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽，送至發(fā)電機(jī)組和其他熱用戶。為保證堿回收爐燃燒系統(tǒng)中各設(shè)備按規(guī)定的操作程序和條件進(jìn)行安全啟停和切投，并能在危急情況下迅速切斷進(jìn)入堿回收爐爐膛的全部燃料，以達(dá)到保證堿回收爐安全運(yùn)行的目的，就必須配置安全控制系統(tǒng)。

安全控制系統(tǒng)，由工藝設(shè)備供貨商配帶，它比常規(guī)動力鍋爐的BMS控制系統(tǒng) (燃燒器管理系統(tǒng))更加復(fù)雜、包含更廣的內(nèi)容，是一個擴(kuò)大化應(yīng)用的控制系統(tǒng)，它包括 BMS、FSSS(爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng))、ESD(緊急停車系統(tǒng))、RPD(快速排放系統(tǒng))及其他生產(chǎn)過程中一些必須進(jìn)行安全控制的內(nèi)容。安全控制系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)及必要的現(xiàn)場儀表構(gòu)成的，二者缺一不可。

堿回收爐工藝設(shè)備供貨商不同，配帶的安全控制系統(tǒng)的名稱也不同。

美卓公司的安全控制系統(tǒng)稱為:SIS—Safety Instrumented System。

安德里茨公司的安全控制系統(tǒng)稱為:SRS—Safety Related System，以下簡稱SRS系統(tǒng)。

盡管各工藝設(shè)備供貨商安全控制系統(tǒng)的名稱不盡相同，但其基本理念、控制及保護(hù)的內(nèi)容卻基本一致，僅僅硬件的配置結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)的方式略有不同。

本文對某年產(chǎn)70萬t化學(xué)漿項(xiàng)目中隨安德里茨公司堿回收爐配套供貨的SRS系統(tǒng)的硬件配置、控制內(nèi)容、現(xiàn)場儀表SIL(安全度等級)等級的選型要求、安裝調(diào)試、以及設(shè)計單位進(jìn)行施工圖工程設(shè)計時應(yīng)注意的有關(guān)問題進(jìn)行初步的分析和總結(jié)。

1 總體概述

1.1 該大型堿回收爐的基本工藝參數(shù)

日處理固形物量為4500 t/d(絕干)，過熱蒸汽產(chǎn)量186 kg/s，過熱蒸汽壓力8.5 MPa，過熱蒸汽溫度480℃。給水溫度130℃、送風(fēng)溫度150℃，排煙溫度170℃，入爐黑液固形物濃度80%(含堿灰)。

1.2 SRS系統(tǒng)的硬件配置

該SRS系統(tǒng)，是采用SIL-3水平的HIMA PLC來實(shí)現(xiàn)的。其硬件包括:布置在接線架室的控制系統(tǒng)機(jī)柜;布置在控制室的ESD控制盤、觸摸屏;布置在現(xiàn)場的燃燒器 (開機(jī)燃燒器、負(fù)荷燃燒器、CNCG(高濃臭氣)氣體燃燒器、輔助CNCG燃燒器等)及配套的控制盤、操作箱、配套的儀表(燃燒器系統(tǒng)上的現(xiàn)場儀表、入爐黑液密度計、汽包水位測量儀表、火焰檢測儀表等)及電氣設(shè)備等。

1.3 SRS系統(tǒng)控制的內(nèi)容

SRS系統(tǒng)主要包括:ESD系統(tǒng)、RPD(快速排污)系統(tǒng)、緊急疏散系統(tǒng)、聲光報警系統(tǒng)、安全路徑系統(tǒng)等。

堿回收爐的SRS系統(tǒng)，主要用于以下工藝流程中的重要操作和控制:

(1)堿回收爐汽、水系統(tǒng)的汽包給水閥門、堿回收爐汽包壓力、緊急排水閥門、緊急放汽閥門、主蒸汽閥門等。

(2)堿回收爐其他緊急排污系統(tǒng)控制閥。

(3)一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)電動機(jī)及其出口風(fēng)門。

(4)DNCG風(fēng)機(jī)及其相關(guān)裝置。

(5)排煙風(fēng)機(jī)及其相關(guān)裝置。

(6)黑液系統(tǒng)。

(7)開機(jī)油槍、負(fù)荷油槍燃燒器系統(tǒng)。

(8)CNCG系統(tǒng)。

(9)輔助CNCG燃燒器系統(tǒng)。

1.4 SRS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制功能的方式

本SRS系統(tǒng)，操作員的主要操作界面，是利用DCS(集散控制)系統(tǒng)的操作員站進(jìn)行操作的，所有SRS系統(tǒng)的狀態(tài)和報警信號都在DCS系統(tǒng)畫面上顯示。

1.5 SRS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸

(1)SRS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表信號的連接方式

硬連線方式，直接接至SRS系統(tǒng)的 I/O卡件上去。

(2)SRS系統(tǒng)內(nèi)部各組件間信號的傳輸方式

SRS系統(tǒng)與燃燒器閥門組現(xiàn)場控制盤之間，采用BUS(光纖)+硬線連接 (控制信號)的方式。

SRS系統(tǒng)與現(xiàn)場的各觸摸屏之間通過OPC server進(jìn)行傳輸。

SRS系統(tǒng)與RPD MCC柜之間的信號，采用硬線連接的方式傳輸。

SRS系統(tǒng)與其他現(xiàn)場裝置如MFT、AFT等開關(guān)按鈕，采用硬線連接的方式接到I/O卡件上。

(3)SRS系統(tǒng)與第三方系統(tǒng) (DCS系統(tǒng))的數(shù)據(jù)交換模式

需要在DCS系統(tǒng)上進(jìn)行顯示的普通信息，采用OPC方式，從SRS傳輸?shù)紻CS。

所有重要信號，都必須采用硬線連接的方式，從SRS傳輸?shù)紻CS，不允許采用通訊的方式。

1.6 SRS系統(tǒng)I/O數(shù)量典型的配置規(guī)模

該生產(chǎn)規(guī)模堿回收爐的SRS系統(tǒng)，電氣和儀表總共的實(shí)際I/O數(shù)量，大約為:

DI:530;DO:222;AI:109

在此基礎(chǔ)上，一般應(yīng)再考慮20%的備用，大概的總點(diǎn)數(shù)在1000點(diǎn)左右。

2 SRS系統(tǒng)對現(xiàn)場儀表、電動機(jī)等現(xiàn)場設(shè)備的配置要求

一般來說，SRS系統(tǒng)的供貨商都會根據(jù)堿回收爐安全控制的要求，按照IEC 61508中SIL的原則，對進(jìn)入SRS系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表和設(shè)備，提出SIL的等級要求，一般為SIL-1或SIL-2。對于進(jìn)入SRS系統(tǒng)的儀表，一部分是隨SRS系統(tǒng)供貨商配套提供的，但也有不少現(xiàn)場儀表和裝置，需甲方根據(jù)SIL要求單獨(dú)采購。因此，對具有SIL等級要求的現(xiàn)場儀表和裝置，甲方在采購時要引起足夠的重視，使采購的儀表達(dá)到SRS系統(tǒng)供貨商的要求，以充分保證SRS系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。

(1)燃燒器安全自動化也被稱為燃燒器邏輯系統(tǒng)，包括幾個與安全有關(guān)的功能、且安全等級SIL≥1。在其實(shí)施中，必須滿足對現(xiàn)場裝置規(guī)定的邏輯和安全等級的要求，例如:安全開關(guān)閥門 (氣密性、關(guān)閉時間和帶彈簧復(fù)位的執(zhí)行器)、火焰探測器(可靠性)等。

(2)選用測量壓力、溫度等的模擬量變送器要選用具有自診斷功能的、帶HART協(xié)議的兩線制變送器，其接至SRS的信號必須是4～20 mA的硬接線信號，不是通訊方式的數(shù)字信號。限位開關(guān)，位置開關(guān)等的二進(jìn)制信號，應(yīng)直接接至SRS系統(tǒng)，并且必須遵循故障安全的原則，即“fail to safe” －安全邏輯。

(3)在SIL＞1的狀況下，需設(shè)置冗余測量裝置，(二選一或三選二)，并且要將信號接至不同的I/O卡件上去。測量值的偏差超過5%時，將會報警;測量值的偏差超過10%時，將設(shè)定為信號是處于最不好的狀態(tài) (此時必須進(jìn)行單獨(dú)檢查)。所有裝置或電纜出現(xiàn)故障時，要采取隔離處理措施并報警。

(4)對于那些需要進(jìn)行關(guān)閉的裝置，例如:控制閥門，所選的設(shè)備必須能保證可靠的切斷介質(zhì)，并且關(guān)閉的速度要達(dá)到安全系統(tǒng)的要求及其他所指定的要求。

3 SRS系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的供電方式和要求

SRS系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的供電方式和要求是多種多樣的，有的需要通過UPS進(jìn)行供電，有的只需要常規(guī)市電供電，有的需要采用柴油發(fā)電機(jī)的電源作為備用電源進(jìn)行供電。一般來說，SRS系統(tǒng)要求設(shè)置兩套獨(dú)立的UPS供電裝置，每套容量至少380VAC/220VAC，10 kVA，4 h容量。

(1)SRS系統(tǒng)的I/O柜、控制柜等硬件設(shè)備，應(yīng)由UPS(不間斷電源)冗余供電 (220VAC)。

(2)SRS系統(tǒng)的輔助設(shè)備的照明，采用220VAC市電供電。

(3)關(guān)鍵部位的電動閥門、泵和攪拌器的電機(jī)，應(yīng)配置柴油發(fā)電機(jī)組作為緊急備用電源，柴油發(fā)電機(jī)組由電氣專業(yè)統(tǒng)一配置。

4 在設(shè)計聯(lián)絡(luò)會時應(yīng)注意的問題

(1)由于SRS系統(tǒng)一般由堿回收爐設(shè)備供貨商配套提供，并提供詳細(xì)的設(shè)計，因此，供貨商提供的圖紙的表達(dá)方式，如儀表位號的編寫方式、電動機(jī)位號的編寫方式、電纜編號的表達(dá)方式等，要在設(shè)計聯(lián)絡(luò)會中提出，并要與整個項(xiàng)目的設(shè)計保持一致，以方便用戶的理解和安裝。

(2)供貨商應(yīng)提前交付的圖紙及資料清單:SRS系統(tǒng)布置圖、SRS系統(tǒng)機(jī)柜的數(shù)量尺寸及電源需求、SRS系統(tǒng)的電纜清單等，以方便設(shè)計。

(3)SRS系統(tǒng)機(jī)柜的尺寸和顏色:應(yīng)與DCS系統(tǒng)機(jī)柜的尺寸和顏色保持一致，因?yàn)椴贾迷谕粋€接線架室。

(4)供貨商應(yīng)提供的備品備件清單:SRS系統(tǒng)硬件的備品備件清單、現(xiàn)場控制箱的備品備件清單、現(xiàn)場裝置的備品備件清單等。

5 在設(shè)計SRS系統(tǒng)、現(xiàn)場設(shè)備的布置與接線時應(yīng)注意的問題

(1)首先要清楚堿回收爐的前、后、左、右位置，位置的定義要和工藝的保持一致。在布置現(xiàn)場控制裝置和設(shè)備時，其布置的位置才能與工藝流程圖所示的一致。即:溜槽所處的位置是堿回收爐后墻，正對著的前面是爐前墻。站在爐前墻看堿回收爐，分左墻和右墻。不少儀表是對稱設(shè)置的，因此，在布置現(xiàn)場儀表時要與流程圖上的儀表位置一致，不能放反。

(2)進(jìn)入SRS系統(tǒng)的回路，要單獨(dú)接線，不要進(jìn)接線箱，更不要與DCS合用多芯電纜。即:SRS的接線是獨(dú)立的，SRS系統(tǒng)供貨商提供詳細(xì)的電纜清單和電纜編號，不必與進(jìn)入DCS的信號電纜表混在一起。這樣電纜長度和安裝材料就可以獨(dú)立統(tǒng)計和施工。

(3)從ESD控制盤到RBS-Z20系統(tǒng)柜的信號，要采用硬線連接的方式。

(4)進(jìn)入SRS系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥門，其DO輸出控制的電磁閥，是要求安裝在閥門本體上的，位置在I/P定位器后，不要布置在現(xiàn)場接線箱中。

(5)進(jìn)入SRS系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥門、開關(guān)閥門的氣源可以由設(shè)計院設(shè)計的現(xiàn)場氣源箱提供。

(6)DCS系統(tǒng)與SRS系統(tǒng)部分通過硬線連接交換的信號也要遵循共同制定好的電纜編號規(guī)則，利于施工。

(7)如果進(jìn)入SRS系統(tǒng)的電纜是采用多芯電纜，則要在設(shè)計聯(lián)絡(luò)會上要求SRS系統(tǒng)留有過渡端子，最好要求一根多芯電纜，進(jìn)同一個SRS系統(tǒng)機(jī)柜，以方便接線。

(8)一般SRS系統(tǒng)的機(jī)柜，與DCS系統(tǒng)的機(jī)柜布置在同一個接線架室，以方便兩者之間進(jìn)行硬線信號的傳送、UPS供電電源的合用等。但是，由于SRS系統(tǒng)的機(jī)柜及UPS裝置等占地面積較大，在項(xiàng)目剛啟動時，給建筑專業(yè)提供接線架室面積、給暖風(fēng)專業(yè)提供發(fā)熱量、以及給電氣專業(yè)提供電源要求時，都要通盤考慮。以免提供的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

(9)要設(shè)置雙UPS，其中一個UPS配置，可和DCS系統(tǒng)的UPS合用，以節(jié)省費(fèi)用。

(10)由于安德里茨的SRS系統(tǒng)在主控室沒有特定的操作員站，只有一個10″的觸摸屏，它的運(yùn)行狀態(tài)及報警信息都要在DCS系統(tǒng)的操作員站上進(jìn)行顯示，因此，SRS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)兩者之間要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳輸，一般采用OPC方式進(jìn)行。因此，SRS系統(tǒng)供貨商要將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)清單提供給DCS系統(tǒng)供貨商，并需進(jìn)行必要的溝通和設(shè)計聯(lián)絡(luò)，由于SRS系統(tǒng)的FAT是在國外的設(shè)備制造商所在的工廠進(jìn)行，一般由其獨(dú)立完成。因此，要在做DCS系統(tǒng)的FAT和SAT時，兩家一起在國內(nèi)DCS系統(tǒng)供貨商的所在地進(jìn)行檢查和驗(yàn)證。

6 SRS現(xiàn)場施工安裝及調(diào)試時應(yīng)注意的問題

(1)壓力和溫度變送器未經(jīng)授權(quán)許可，不能對變送器進(jìn)行校正。例如:授權(quán)許可方式，可以采用密碼的方式，進(jìn)行授權(quán)許可。

圖1 SRS系統(tǒng)硬件設(shè)備布置圖

(2)對冗余的變送器，一定要有相同的校正。

(3)連接到SRS系統(tǒng)的現(xiàn)場裝置，例如:傳感器、限位開關(guān)等，也可以用于連接到DCS系統(tǒng)。但是必須遵守:信號總是首先進(jìn)SRS系統(tǒng)，然后再進(jìn)DCS系統(tǒng)。

(4)壓力、壓差變送器要直接安裝在工藝管道上;若不直接安裝時，要采用帶遠(yuǎn)傳毛細(xì)管的壓力、壓差變送器。如果壓力、壓差變送器采用隔離閥或三閥組，那么要通過鎖定的方式或通過移除閥柄的方式，來防止閥門的開、閉。

(5)首先要由SRS系統(tǒng)供貨商來負(fù)責(zé)制定相應(yīng)的安裝及調(diào)試時間表以及詳細(xì)的施工內(nèi)容清單，并全程提供現(xiàn)場施工代表。一般的施工及調(diào)試周期如下:施工到第一次點(diǎn)火，需要6周，再到燃燒黑液，需要4周。

(6)一般SRS系統(tǒng)的供貨商的供貨及服務(wù)分界線，就是所供機(jī)柜或盤的接線端子。SRS系統(tǒng)的供貨商不提供現(xiàn)場的電纜及其他類型的安裝輔助材料，安裝工作也是由安裝公司來完成的。因此，在具體施工時，SRS系統(tǒng)供貨商一定要有合適的施工代表在現(xiàn)場，以方便指導(dǎo)施工。

(7)由于汽包水位的顯示儀表是安裝在主控室的，一般離汽包現(xiàn)場較遠(yuǎn)，會超過500 m以上，水位信號檢測裝置和顯示裝置之間的電纜敷設(shè)要沿管廊上的橋架進(jìn)行，敷設(shè)時要特別注意。

(8)SRS系統(tǒng)的機(jī)柜接地，要采用等電位的接地方式，與DCS系統(tǒng)的TE、PE板合用。

7 SRS系統(tǒng)硬件設(shè)備布置圖

SRS系統(tǒng)硬件設(shè)備布置圖如圖1所示。

8 小結(jié)

安全控制系統(tǒng)是為堿回收爐安全運(yùn)行必須配置的控制系統(tǒng)，采用安德里茨公司的SRS系統(tǒng)，設(shè)計時一定要嚴(yán)格遵守供貨商提出的對現(xiàn)場儀表的SIL等級要求、UPS電源要求;進(jìn)入安全系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表接線，最好不經(jīng)由接線箱直接進(jìn)入SRS系統(tǒng);并在設(shè)計聯(lián)絡(luò)過程中規(guī)定好提供資料的深度和時間，以免后期安裝過程中出現(xiàn)不必要的人力物力的浪費(fèi)。

［1］ 謝來蘇，詹懷宇．制漿原理與工程［M］．北京:中國輕工業(yè)出版社，2001．

［2］ 王樹青，樂嘉謙．自動化與儀表工程師手冊［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010．

Application of SRS Safety Related System in Large-scale Recovery Boiler

XU Hai-lan*CUI Huan-xin
(China BCEL International Engineering Co．，Ltd．，Beijing，100026)

The experiences in engineering design and construction of SRS safety related system applied in large scale chemical recovery boiler of paper industry are presented in this paper．

SRS;SIL;hardwire;redundant measure device

TS736

B

0254-508X(2012)03-0042-04

許海藍(lán)女士，高級工程師;主要從事制漿造紙自控儀表設(shè)計工作。

(*E-mail:xuhl@becl-cn．com)

2011-11-15

(責(zé)任編輯:常 青)