1.項目背景

      2017年11月安監(jiān)總局發(fā)布了安監(jiān)總管三〔2017〕121號文件《化工和危險化學(xué)品生產(chǎn)經(jīng)營單位重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中的第5條明確要求指出：“涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級、二級重大危險源的危險化學(xué)品罐區(qū)未配備獨立的安全儀表系統(tǒng)”。罐區(qū)通過配置獨立的SIS，增加聯(lián)鎖保護控制系統(tǒng)的可靠性，有效防止因聯(lián)鎖保護回路失效導(dǎo)致危險的事件或發(fā)生事故。由于是舊罐區(qū)增加SIS的改造項目，所以在項目設(shè)計的初期，需要提前考慮兼顧的因素更多，設(shè)計方案更需慎重和全面。

 

2.SIS工程項目前期準(zhǔn)備

(1)危險與風(fēng)險分析

      針對涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級、二級重大危險源的危險化學(xué)品罐區(qū)組織了危險與風(fēng)險分析，我們采取的技術(shù)方法是危險與可操作性研究HAZOP，確認(rèn)風(fēng)險因素和導(dǎo)致的嚴(yán)重后果。在重大危險源罐區(qū)生產(chǎn)應(yīng)用中，一般都會采取不同的安全措施來防止危險事情的發(fā)生或者降低其后果，這樣單一保護層的失效不會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。通過HAZOP分析，如果現(xiàn)有保護層不能滿足安全生產(chǎn)的要求，導(dǎo)致發(fā)生事故出現(xiàn)企業(yè)不能承受的嚴(yán)重后果概率較大，此時，則有必要增加多一層來降低風(fēng)險。

 

      此次屬于舊罐區(qū)改造，我們具體的操作辦法是在原來HAZOP分析的結(jié)果基礎(chǔ)上，結(jié)合后來相關(guān)變更，重新組織討論，形成新的HAZOP分析報告，以作為罐區(qū)增加配置獨立的SIS系統(tǒng)的依據(jù)。

 

(2)風(fēng)險等級評估

      根據(jù)HAZOP分析報告，針對需要增加保護層的罐區(qū)，在設(shè)計SIF回路前，首先要確認(rèn)罐區(qū)風(fēng)險等級評估。一般情況，會根據(jù)國家的標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)來計算所需的風(fēng)險等級�，F(xiàn)階段很多企業(yè)沒有應(yīng)用的經(jīng)驗，所以一般沒有明確的計算標(biāo)準(zhǔn)，此時大多數(shù)是根據(jù)國家的標(biāo)準(zhǔn)進行計算評估。有些企業(yè)有明確標(biāo)準(zhǔn)的，原則上一般要求都高于國家標(biāo)準(zhǔn)。此計算的過程較為復(fù)雜，而且有些因數(shù)采取的是設(shè)備在工業(yè)大量及長期應(yīng)用得出的經(jīng)驗數(shù)值，計算的團隊需要豐富的工廠應(yīng)用經(jīng)驗。

 

(3)SIS的設(shè)計及選型

      SIS系統(tǒng)是由現(xiàn)場傳感器、變送單元、邏輯控制單元、執(zhí)行器等主要儀表設(shè)備構(gòu)成。從項目投資的成本、施工周期和兼顧日常生產(chǎn)等因素考慮，SIS設(shè)計方案需考慮滿足多方面的要求。結(jié)合這些要求先完成安全要求規(guī)格書，相當(dāng)于SIS基礎(chǔ)設(shè)計文件，具體包含安全功能、安全完整性的設(shè)計要求，以及軟件的安全要求等。

 

      SIS設(shè)備的選型一般采取兩個原則：基于經(jīng)驗使用和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。一般情況下，對于現(xiàn)場單一儀表選型，采用經(jīng)驗使用的原則具有可行性，但是對于較為復(fù)雜的邏輯控制器等設(shè)備，采用經(jīng)驗使用的原則并不可行，一般基于IEC61508認(rèn)證[1]。

 

(4)SIF的SIL評估

      SIS工程項目中非�；�本的單位是SIF（安全儀表功能），大概示意圖如圖1。

      每個SIF至少包含傳感器、控制器和執(zhí)行器組成。非常終的SIF是否達到預(yù)期的SIL要求，則需要對SIL進行評估計算。SIF的SIL評估，通常須滿足兩個要求：

 

      ①評定SIS子系統(tǒng)滿足了“結(jié)構(gòu)約束”要求，即子系統(tǒng)或設(shè)備的容錯能力對所能達到的SIL水平的限制，原則上可通過兩個參數(shù)去判定：硬件故障裕度（HFT）和安全失效分?jǐn)?shù)（SFF）。

 

      ②對每一個SIF進行PFD avg的值計算，確認(rèn)PFD avg的值低于安全要求規(guī)格書中指定的目標(biāo)值。對于PFD avg值的計算方法，在工程應(yīng)用上，常采用故障樹分析、馬爾可夫分析等[2]。

 

3.SIS系統(tǒng)應(yīng)用的配置

(1)SIS系統(tǒng)的硬件配置

      例如某煉廠目前液態(tài)烴球罐現(xiàn)有的主要儀表配置是1臺球罐配套1臺雷達液位計、1臺伺服液位計、2臺超聲波液位開關(guān)和1臺緊急切斷閥�，F(xiàn)有的伺服液位計采用的是總線通訊信號方式，其余儀表采用的是硬接線4-20mA或開關(guān)量信號。如果在新建的液態(tài)烴罐區(qū)，安全儀表聯(lián)鎖回路一般建議采取3取2的聯(lián)鎖控制回路，但由于本次的應(yīng)用是在舊罐區(qū)基礎(chǔ)上改造，受現(xiàn)場儀表信號傳輸?shù)认拗�，安全儀表聯(lián)鎖回路采用利舊現(xiàn)場超聲波液位開關(guān)和緊急切斷閥，高高超聲波液位開關(guān)聯(lián)鎖觸發(fā)關(guān)斷緊急切斷閥，起到保護罐的作用�？刂葡到y(tǒng)則采用Tricon控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)主要包含：Tricon主系統(tǒng)、工程師/SOE站、操作站、輔助操作臺和報警器等。具體的系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖如圖2。

SIS控制系統(tǒng)的硬件主要特點如下：

      ①SIS系統(tǒng)獲得TUV AK5/AK6級安全認(rèn)證，可靠性高。

      ②采取了三重模件冗余結(jié)構(gòu)（TMR），提高系統(tǒng)容錯能力，相對于DCS和PLC等其它的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，SIS系統(tǒng)具備更加高的安全性、可靠性和靈活性。

 

      ③每一I/O模塊都有三條獨立的分電路，相對于常規(guī)DCS系統(tǒng)配置，消除因硬件故障造成的誤停車，即使存在任何單一故障也不影響整體，真正意義上實現(xiàn)無需系統(tǒng)停車可在線維修。

 

(2)SIS系統(tǒng)的軟件配置

      SIS系統(tǒng)采用的是TriStation 1131軟件，支持TRICON/TRIDENT各個版本控制器。該軟件按IEC1131標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，TriStation 1131程序支持四種語言：函數(shù)方塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、結(jié)構(gòu)文本（ST）、因果矩陣(CEM)。其中上面三種語言（FBD，LD和ST）完全符合IEC1131國際標(biāo)準(zhǔn)。SIS控制系統(tǒng)的軟件主要特點如下。

 

      ①支持離線仿真與監(jiān)控。

      ②支持在線程序監(jiān)控和修改。

      ③對系統(tǒng)中的每一個硬件進行循環(huán)診斷。

      ④符合IEC 1131標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)支持軟件。

 

4.SIS的現(xiàn)場管理

SIS系統(tǒng)正常投用后，并不代表確保安全儀表功能yongjiu安全，也是需要現(xiàn)場管理。

(1)SIS的現(xiàn)場管理大體內(nèi)容

      ①SIS的現(xiàn)場操作和維護。

      ②SIS開車前的安全審查。

      ③SIS的功能安全審核，確保系統(tǒng)能力，周期性（一般3-5年）的系統(tǒng)性和獨立性的審查。

      ④SIS的檢驗測試和巡檢。

      ⑤SIS的變更管理。

      ⑥SIS的信息和文檔備份存檔工作。

      ⑦其它相關(guān)儀表保護措施管理。

      ⑧在役SIS的安全完整性評估和改進。

      ⑨SIS的停用。

 

(2)SIS現(xiàn)場操作和維護的核心工作

SIS現(xiàn)場管理的總體目標(biāo)應(yīng)該是確保在操作和維護期間，每個SIF所要求的SIL持續(xù)保持�？傮w要求如下：

      ①制定操作和維護計劃。不同的SIL等級，應(yīng)有不同的維護策略。

      ②建立操作和維護規(guī)程，規(guī)程應(yīng)包括由于維修和測試等旁路或降級狀態(tài)時的補償措施，非常大允許的旁路或降級的時間，操作限制等。

      ③所有的旁路狀態(tài)應(yīng)留存記錄和狀態(tài)顯示，獲得審批手續(xù)后方可執(zhí)行旁路動作。

      ④建立定期檢驗測試規(guī)程，規(guī)程應(yīng)包括對檢驗測試有效性的評估。檢測的頻率應(yīng)根據(jù)各種因素（例如歷史測試數(shù)據(jù)、工程經(jīng)驗等）有所調(diào)整。

      ⑤建立和不斷完善SIS相關(guān)儀表設(shè)備的安全性能監(jiān)控體系，做好預(yù)防性維護工作。

      ⑥建立備品備件管理規(guī)程。

      ⑦操作人員和維護人員應(yīng)完成相關(guān)培訓(xùn)。

 

5.結(jié)論

      本次改造是在罐區(qū)原有儀表配置的基礎(chǔ)上，企業(yè)首次在重大危險源罐區(qū)配備獨立的安全儀表系統(tǒng)，在液態(tài)烴球罐實現(xiàn)了成功的推廣應(yīng)用。從2018年底投用至今，系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定、可靠，確保了安全儀表聯(lián)鎖回路起到了至關(guān)重要的一層保護作用。此成功的工程應(yīng)用案例，將會為其它企業(yè)后期的罐區(qū)改造或者改擴建項目提供很好的工程經(jīng)驗借鑒。