淺析如何提高SIS系統(tǒng)聯(lián)鎖投用率

黃寶瑛，宋卓銳，韓瑞華（大連石化公司儀表車間，遼寧 大連 116031）

1 引言

石油化工的產(chǎn)品在日常生產(chǎn)生活中占據(jù)著重要位置，但其生產(chǎn)過(guò)程會(huì)使用大量易燃易爆、強(qiáng)腐蝕、有毒的不安全材料，其生產(chǎn)使用、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等過(guò)程易出現(xiàn)爆炸、火災(zāi)、中毒等嚴(yán)重事故。近年來(lái)我廠涉及高溫高壓的工藝裝置，都單獨(dú)布置SIS系統(tǒng)，獨(dú)立作用，以便避免或減少這些事故的發(fā)生，促進(jìn)石油化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全有效化。機(jī)組及安全儀表系統(tǒng)（SIS）是裝置安全生產(chǎn)的重要保護(hù)層，其與DCS在可靠性與可用性要求方面具有不同的特性。DCS要求在可靠的前提下力求最大的可用度，以使操作員能對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行靈活干預(yù)，從而保持生產(chǎn)過(guò)程平穩(wěn)；SIS系統(tǒng)則要求在一定的可用條件下，尋求最大的可靠度，其時(shí)刻監(jiān)視過(guò)程參數(shù)的變化，一旦超限，即采取系列動(dòng)作以避免事故的發(fā)生，或遏制事故的發(fā)展。換言之，SIS的執(zhí)行機(jī)構(gòu)平時(shí)并不動(dòng)作，只在有要求時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才執(zhí)行安全要求所規(guī)定的動(dòng)作。

2 現(xiàn)狀及建議

一般情況，設(shè)計(jì)或者建設(shè)單位都會(huì)考慮到安全完整性等級(jí)（SIL），但是和SIL相對(duì)應(yīng)的還有SIF，即儀表的安全功能，SIL等級(jí)只是風(fēng)險(xiǎn)降低能力以及發(fā)生事故概率的度量，并不意味著設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間的提高，不能作為在流程工業(yè)中選擇安全系統(tǒng)的唯一依據(jù)。

新區(qū)保運(yùn)的時(shí)候，工藝員經(jīng)常抱怨國(guó)外品牌產(chǎn)品的工藝包就是這樣的，怎么到國(guó)產(chǎn)品牌的產(chǎn)品這里就不好用了，國(guó)外品牌的儀表也沒(méi)有總要摘除聯(lián)鎖。這個(gè)問(wèn)題有三個(gè)原因。首先，由于資金等因素沒(méi)有選用具有SIL等級(jí)能力認(rèn)證的儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，新區(qū)的渣油加氫往復(fù)機(jī)組就是個(gè)很好的例子，機(jī)組為進(jìn)口機(jī)，油站等停機(jī)聯(lián)鎖元件選用UE的壓力開(kāi)關(guān)、ROSEMOUNT的壓力變送器，基本上可以滿足使用；電機(jī)為國(guó)產(chǎn)電機(jī)，有單獨(dú)的油站，隨廠家配置的壓力開(kāi)關(guān)等一次件儀表精度差、重復(fù)性低、使用壽命短，極易發(fā)生因元件故障而導(dǎo)致的停機(jī)，這樣的配置雖然節(jié)約了投資成本，但是維護(hù)成本高，因誤停機(jī)造成的經(jīng)濟(jì)損失大。其次，因地區(qū)氣候等原因，部分介質(zhì)容易凍凝的壓力/差壓變送器需要沖灌隔離液，根據(jù)工藝、氣候的變化，壓力/差壓變送器需要定期沖灌隔離液，每次作業(yè)的時(shí)候儀表無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，也需要摘除聯(lián)鎖后方能作業(yè)。另外，安全聯(lián)鎖和工藝聯(lián)鎖沒(méi)有明顯的劃分，聯(lián)鎖項(xiàng)目過(guò)多，造成操作員以及維護(hù)人員對(duì)聯(lián)鎖的麻痹，對(duì)摘除/恢復(fù)聯(lián)鎖作業(yè)產(chǎn)生煩躁情緒等。

根據(jù)對(duì)廠內(nèi)聯(lián)鎖投用情況的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)SIS控制存在一些問(wèn)題。

（1）部分成套設(shè)備配套的儀表，其質(zhì)量未能滿足SIS對(duì)儀表SIL等級(jí)能力的要求，可靠性差、使用壽命短，造成部分SIF（安全儀表功能）不能投用。如上所述渣油加氫往復(fù)機(jī)電機(jī)的油路儀表，對(duì)于這類儀表，應(yīng)在設(shè)備設(shè)計(jì)、采購(gòu)期就進(jìn)行限制，否則其后造成的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)大于投資節(jié)省的費(fèi)用。

（2）部分工藝聯(lián)鎖項(xiàng)目整體照搬工藝包，實(shí)際操作與原工藝包不符，聯(lián)鎖項(xiàng)目無(wú)法投用。如制氫裝置轉(zhuǎn)化爐F-1901預(yù)熱段爐膛壓力低低停爐，開(kāi)工不久后就永久摘除。煤油加氫裝置K 1501AB新氫入口壓力低低停機(jī)項(xiàng)目，因新氫壓力不穩(wěn)定，有時(shí)候低于聯(lián)鎖值，A票摘除。某些機(jī)組的開(kāi)機(jī)條件設(shè)置為潤(rùn)滑油溫度大于30℃，冬天開(kāi)機(jī)前設(shè)備員拿蒸汽帶對(duì)溫度測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行加熱，強(qiáng)制其達(dá)到開(kāi)機(jī)條件等。

應(yīng)核實(shí)實(shí)際裝置的運(yùn)行情況，區(qū)分工藝聯(lián)鎖和安全聯(lián)鎖，保證合理的系統(tǒng)配置，安全功能是安全生產(chǎn)的一道有效保護(hù)墻，但不恰當(dāng)?shù)呐渲脛t會(huì)因高頻度的誤動(dòng)作而引起頻繁停車，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

（3）溫度測(cè)量?jī)x表相對(duì)其他類儀表而言故障率較高，為了防止溫度儀表的故障而導(dǎo)致停車，廠內(nèi)裝置里很多此類聯(lián)鎖都是摘除狀態(tài)。如加氫裂化反應(yīng)器床層溫度高高停止進(jìn)料、高壓系統(tǒng)緊急泄壓，未投用，避免儀表故障造成聯(lián)鎖意外動(dòng)作。

圖1 三選二聯(lián)鎖流程圖

經(jīng)過(guò)近十年的技術(shù)整改，廠內(nèi)主要停機(jī)、停裝置的聯(lián)鎖元件都改為三選二或二選二型，以避免出現(xiàn)單個(gè)元件故障而導(dǎo)致的誤停現(xiàn)象。但是部分裝置的一些項(xiàng)目還沒(méi)有整改，如上所述的加氫裂化反應(yīng)器床層溫度高聯(lián)鎖，如果該聯(lián)鎖項(xiàng)目在工藝條件上來(lái)說(shuō)還沒(méi)有達(dá)到安全等級(jí)控制的程度，那么就永久摘除聯(lián)鎖，只在DCS上設(shè)置報(bào)警功能即可，反之，建議增加測(cè)量元件，改為三選二型。

（4）大機(jī)組軸瓦溫度傳感器基本上都是安裝于機(jī)殼內(nèi)的埋入式鉑電阻，其引線極易斷。若引線開(kāi)路，其輸出超過(guò)報(bào)警值，將引起聯(lián)鎖、誤動(dòng)作停機(jī)。在十年前根據(jù)機(jī)動(dòng)處統(tǒng)一管理要求，廠內(nèi)老裝置的機(jī)組的軸承溫度等不再列入停機(jī)聯(lián)鎖條件里，但是目前新區(qū)的機(jī)組仍然還保留了溫度停機(jī)項(xiàng)目，如220萬(wàn)重整裝置K1401 、K1402，機(jī)身的溫度聯(lián)鎖條件通過(guò)辦理A票摘除。就管理而言，建議管理部門(mén)保持聯(lián)鎖原則的一致性。

（5）隨著儀表自動(dòng)化的發(fā)展，各種電機(jī)都增加了在線的溫度監(jiān)控，但是這些電機(jī)定子溫度、軸承溫度高停機(jī)聯(lián)鎖項(xiàng)目的檢測(cè)元件只有一個(gè)，所以也同樣存在上述問(wèn)題，從電氣專業(yè)的角度來(lái)說(shuō)，強(qiáng)調(diào)其聯(lián)鎖的必要性，但是同樣強(qiáng)調(diào)的還有可靠性，建議改成三選二方式，保證儀表和電氣兩個(gè)專業(yè)的設(shè)備都能正常運(yùn)行，也避免了兩個(gè)專業(yè)的矛盾。

（6）在生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)“旁路”臨時(shí)切除聯(lián)鎖條件。因安全聯(lián)鎖和工藝聯(lián)鎖項(xiàng)目混淆，目前部分聯(lián)鎖項(xiàng)目由工藝控制，建議管理部門(mén)確定現(xiàn)有的聯(lián)鎖項(xiàng)目哪些可由工藝控制，哪些由儀表控制，是否都是按照聯(lián)鎖管理等。另外，對(duì)部分容易發(fā)生誤操作的聯(lián)鎖投用和恢復(fù)按鈕建議改為開(kāi)關(guān)控制，如電廠操作臺(tái)上的停爐按鈕。

（7）聯(lián)鎖的執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本都設(shè)置為故障安全型，但是如加熱爐的風(fēng)機(jī)及風(fēng)門(mén)聯(lián)鎖的執(zhí)行機(jī)構(gòu)在正常生產(chǎn)階段，該閥長(zhǎng)期處于靜止?fàn)顟B(tài)，容易出現(xiàn)聯(lián)鎖時(shí)不動(dòng)作的現(xiàn)象。包括四催化備機(jī)的電液轉(zhuǎn)換器，都出現(xiàn)過(guò)“備機(jī)不備”的現(xiàn)象。就是因?yàn)檫@樣的設(shè)備日常是無(wú)法監(jiān)控其功能情況的，所以今后這類設(shè)備也需要增加日常保運(yùn)中的動(dòng)作試驗(yàn)檢查，技術(shù)員可將其列為技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目。

一個(gè)典型的安全聯(lián)鎖功能（SIF）通常由三部分組成，即傳感器子系統(tǒng)、邏輯控制器及最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，包括傳感器（壓力、溫度、流量、液位等測(cè)量）及最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)（閥門(mén)、電氣控制邏輯）在整個(gè)聯(lián)鎖回路中所占的事故比例可達(dá)85%以上。而在這兩個(gè)子系統(tǒng)中，最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)的失效概率比傳感器子系統(tǒng)大得多。現(xiàn)在的聯(lián)鎖最終的執(zhí)行部分：控制閥及電氣設(shè)備，其性能的完好性尤其重要。還是前面說(shuō)的一句話：投資的節(jié)省并不能代表整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)節(jié)省。

3 結(jié)束語(yǔ)

SIS系統(tǒng)的配置是一把雙刃劍，合理的系統(tǒng)配置（安全功能）是安全生產(chǎn)的一道有效保護(hù)墻，但不恰當(dāng)?shù)呐渲脛t會(huì)因高頻度的誤動(dòng)作而引起頻繁停車，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。不合理的SIS系統(tǒng)聯(lián)鎖配置不但增加了SIS系統(tǒng)的成本，而且也因誤動(dòng)作而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，提高了系統(tǒng)投資與維護(hù)成本。

對(duì)以上問(wèn)題的解決可以提高聯(lián)鎖項(xiàng)目的投用率，力爭(zhēng)2013年達(dá)到聯(lián)鎖投用目標(biāo)的98%，2014年達(dá)到聯(lián)鎖投用目標(biāo)的100%。

[1] 王秉義. SIS安全聯(lián)鎖功能可用性分析[J]. 石油化工自動(dòng)化, 2012, (2) .

[2] 周華, 左信, 鄭加平. 安全儀表系統(tǒng)可靠性影響參數(shù)的敏感性分析[J]. 化工自動(dòng)化及儀表, 2010, 37 (03) : 66-68.

[3] 張建國(guó). 安全儀表系統(tǒng)在過(guò)程工業(yè)中的應(yīng)用[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社,2010.