中心控制室及操作站搬遷的設計探討

陳彥旭

(茂名瑞派石化工程有限公司，廣東茂名525011)

2013年茂名石化建成并投用了煉油全廠中心控制室，實現了茂名石化人力資源共享，提升了企業管理水平和硬件水平，提升了信息化和自動化水平，進一步改善了一線操作人員的工作環境，充分展現了茂名石化現代化企業的良好形象。

1 中心控制室的功能設置

中心控制室長為67.5m，寬為63m，總建筑面積約7100m2，按兩層結構設計。首層層高4.8m，二層層高5.4m，中間部分為主操作中心，使用面積約為1413m2。一層包括主操作中心、機柜間、工程師間、打印機室、生產調度室、調度會議室、前廳、餐廳、配電室、電信網絡間、消防控制室、空調機房、更衣室、值班室、辦公室、衛生間等。二層包括辦公室、會議室、會客休息室、空調機房、茶水間、衛生間等。主操作中心設置5排操作臺，每排安裝55個操作臺，共可安裝操作臺275個，目前安裝了4排操作臺，預留了1排操作臺位置。

在主操作中心前方設置DLP大屏幕系統，DLP大屏幕系統主要由顯示墻、多屏拼接控制器、控制管理軟件等部分構成，其中顯示墻由18臺170.18cm投影顯示單元以3行×6列的拼接組合而成。同時在大屏幕顯示單元上方安裝1塊0.5m高的LED顯示屏，寬度與大屏幕一致。大屏幕系統與各裝置的DCS的其中1臺操作站連接，裝置的操作畫面可在大屏幕上顯示。大屏幕系統與計算機網絡系統實現互聯，兼容了視頻會議、多媒體信息發布、流程畫面顯示、報警聯動的應用需要。

為預防中心控制室外可能存在的可燃、有毒氣體通過新風引入口進入中心控制室內的空調和通風系統，引起發生火災、爆炸以及對人員造成危害。在中心控制室新風口設置可燃氣體及有毒氣體檢測器，同時設置1套獨立的PLC系統，用于可燃氣體及有毒氣體的監測和聯鎖。當可燃或有毒氣體濃度超限時，PLC系統進行報警同時關閉排風機、新風機、進風管上的電動密封閥和排風管上的電動密封閥，使整個中心控制室處于全封閉的狀態，而室內的空調系統斷續運行，保證人員及設備安全。

2 中心控制室是否抗爆和爆炸負荷的確定

在項目初期，依據SH 3006—1999《石油化工控制室和自動分析器室設計規范》(項目建設時間在2012年，GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆設計規范》是在2013年3月發布實施)中規定聯合裝置的中心控制室應采用抗爆結構設計，同時調查了國內近年建成的規模較大石油化工裝置項目現場機柜間和控制室的設計原則，綜合中心控制室周邊工藝裝置的布置情況，為保護中心控制室內部人員的生命安全，保護內部設備在爆炸危險發生后不受損壞，實現安全有序的安全停車操作，保留事件記錄，決定按抗爆結構設計。

SH/T 3160—2009《石油化工控制室抗爆設計規范》中規定：“控制室抗爆設計采用的峰值入射超壓及相應的正作用時間應根據石油化工裝置性質以及平面布置等因素綜合評估確定，若沒有進行評估時，也可按照規范中的建議值取值，并在設計文件中說明。”由于設計單位沒有安全專業，不能提出峰值入射超壓及相應的正作用時間，為了有針對性地合理設計，以達到安全可靠、經濟合理的目的，請有資質的安全評估單位進行了評估工作。評估單位采用工藝危害分析軟件(PHAST)進行爆炸的模擬，計算得出周邊裝置危險設備發生蒸汽云爆炸時，作用在中心控制室的有效沖擊波超壓值： 前墻7.16kPa、后墻1.34kPa、側墻及屋頂1.34kPa；作用在中心控制室的有效沖擊波超壓升壓時間： 前墻52 ms、后墻190 ms、側墻及屋頂34 ms。安全評估單位出具了安全分析報告，建議建設單位參考該結果并依照相應規范規定進行中心控制室的抗爆設計。

3 控制系統操作站搬遷工作

中心控制室建成后，將管轄區域內各生產裝置的控制系統操作站從現場操作室搬遷至中心控制室，目前各生產裝置原有的控制室改造為現場機柜室和外操間，現場機柜室與控制室之間采用冗余光纜的方式通信連接，同時將內操和管理人員集中到中心控制室，進行集中操作和管理。在2013年煉油全停檢修期間，有37套生產裝置的控制系統操作站進行搬遷，其中31套裝置的控制系統操作站遷入新建中心控制室，5套裝置的控制系統操作站遷入煤制氫聯合控制室，1套裝置控制系統操作站遷入重整聯合控制室。37套裝置共有73套控制系統的操作站需要搬遷，分別是： 36套DCS；25套SIS或CCS；10套PLC控制系統；2套CCC控制系統；73套控制系統分為9個不同的系統廠商品牌。

3.1 全廠光纜路由選擇

各生產裝置的控制系統操作站集中搬遷至中心控制室后，現場機柜室與中心控制室之間需敷設冗余光纜。各裝置的現場機柜室遍布廠區，廠區內管廊和地面情況復雜，敷設方式非常復雜，因此光纜路由只有根據實地勘察，選擇2條不同路徑，優先選擇一天一地的敷設方式(天上電纜橋架，地下電纜溝)。在選擇光纜路由時，在確保光纜路由安全可靠的前提下，為了減少了電纜橋架和電纜溝的工程量節省安裝費用，盡量利用原有的儀表電纜橋架和儀表電纜溝，新增電纜橋架盡量利用現有管廊作為支撐。由于光纖信號不存在電磁干擾的影響，所以光纜路由也盡量利用電氣的電纜溝、電氣電纜橋架和電氣棧橋。

3.2 控制系統連接光纜設置原則

對光纜的設置原則，考慮過不同的方案，每套裝置的現場機柜間與中心控制室之間不同控制系統敷設2根總光纜(冗余配置)或每個控制系統各敷設2根光纜(冗余配置)。如每套裝置的不同系統敷設2根共用的總光纜(冗余配置)，在裝置有DCS、SIS和CCS 3套系統的情況下，光纖盒只能設在其中一套系統的機柜，則從光纖盒跨機柜到另一套系統的遠程I/O站的跳線很難保護,使其不受折斷損壞。如每套裝置的不同系統各敷設2根光纜(冗余配置)，則光纜數量多，光纜及敷設費用較高。為確保控制系統的安全，采用以下方案：

1) 裝置控制系統只有DCS時，敷設2根光纜(冗余配置)。

2) 裝置控制系統有DCS和SIS時，DCS與SIS共用2根光纜(冗余配置)，因SIS有遠程I/O站，光纖盒安裝在SIS的網絡柜內，在SIS網絡柜安裝DCS的光電轉換器，通過雙絞線與DCS交換機連接。

3) 裝置控制系統有DCS， SIS和CCS且CCS有遠程I/O站， DCS與SIS共用2根光纜(冗余配置)，因SIS有遠程I/O站，光纖盒安裝在SIS系統的網絡柜內，在網絡SIS柜安裝DCS的光電轉換器，通過雙絞線與DCS交換機連接；CCS單獨敷設2根光纜(冗余配置)，光纖盒安裝在CCS的網絡柜內。

4) 裝置控制系統有DCS，SIS和CCS且CCS沒有遠程I/O站，DCS， SIS與CCS共用2根光纜(冗余配置)；因SIS有遠程I/O站，光纖盒安裝在SIS的網絡柜內，在SIS網絡柜安裝DCS和CCS的光電轉換器，通過雙絞線與DCS和CCS交換機連接。

采用以上方案，保證了控制系統的安全，也解決了跳線難以保護的問題(該方案不采用鎧裝跳線)，節省了光纜及敷設費用。

3.3 對一套裝置中不同品牌控制系統的整合

一些裝置存在控制系統類型多、品牌多的問題，在確定遷移方案時統籌考慮進行系統優化、整合，減少遠程I/O站的費用。如2號催化的SIS目前是ICS的系統,主風機和氣壓機系統目前是TRICON的系統;3號催化的氣壓機系統目前是TRICON的系統,主風機和SIS目前是ICS的系統。該次操作站搬遷對系統進行優化改造，方案如下： 將2號催化的SIS(ICS系統)設備拆裝到3號催化，改造為主風機和氣壓機控制系統，將3號催化的氣壓機控制系統設備(TRICON系統)拆裝到2號催化,改造為SIS，這樣2號催化的SIS及主風機和氣壓機系統都是TRICON的系統，3號催化的SIS及主風機和氣壓機系統都是ICS的系統，同一個系統廠家的SIS及主風機和氣壓機系統可以掛接同一個遠程I/O站，這樣2號催化和3號催化各減少了1套系統遠程I/O站。通過以上方案，對控制系統進行了整合，方便工藝操作和儀表維護，減少了2套遠程I/O站的費用，同時節省了遠程I/O站的光纜敷設費用。

3.4 對聯合裝置中同一品牌多套控制系統的整合

在聯合裝置中，同一操作班組操作多套裝置的控制系統，盡管控制系統是同一品牌，但因出廠時間不同，硬件和軟件版本不一致，無法實現聯網操作。如聯合三車間的小六套(3號硫磺回收、4號硫磺回收、1號溶劑再生、2號溶劑再生、3號酸性水汽提、4號酸性水汽提)的DCS都是浙江中控技術股份有限公司的系統，但硬件和軟件版本不一致，原1號溶劑再生、2號溶劑再生和3號酸性水汽提都是JX-300X系統，3號硫磺回收、4號硫磺回收和4號酸性水汽提都是JX-300XP系統。改造方案為： 將1號溶劑再生、2號溶劑再生和3號酸性水汽提的JX-300X系統升級為JX-300XP系統。改造后6套裝置的DCS硬件和軟件版本統一為最新版本，合并為同一個系統網絡，實現相互聯網。優化后，每個操作站可對6套裝置中任何一套裝置進行操作，方便工藝人員聯合操作。同時現場機柜間至中心控制室的光纜數量由原來6對變為1對，節省了光纜及敷設費用。

3.5 可燃有毒氣體聲光報警獨立設置方案

操作站集中搬遷至中心控制室后，為實現可燃有毒氣體報警區別于其他工藝報警，采用以下方案：

1) 裝置有SIS遠程I/O站的，可燃有毒氣體報警信號從DCS現場機柜的DO卡輸出至SIS現場機柜的DI卡，再從中心控制室SIS遠程I/O站的DO卡輸出至驅動輔操臺的蜂鳴器和指示燈，實現獨立聲光報警。

2) 有些裝置只有DCS，沒有SIS，中心控制室沒有遠程I/O站和輔操臺，要實現可燃有毒氣體報警，只能通過DCS組態設置來實現，在DCS操作站中設置獨立的可燃有毒氣體報警畫面，設置獨立的報警級別的報警聲音，當可燃有毒氣體報警時，可燃有毒氣體報警畫面優先自動彈出顯示紅色報警并閃爍。

3.6 火災報警系統遷移及火災監控管理

生產裝置的控制系統操作站搬遷前，火災報警控制器就近安裝在裝置附近的控制室，火災報警控制器接收到報警信號，由操作人員確認后通知消防支隊出警。操作站搬遷后，火災報警控制器就近安裝在裝置的外操間，但外操間不保證操作人員24h值守。為解決火災報警的監控問題及方便統一管理，采用以下方案： 將煉油區域各裝置的火災報警控制器信號通過光纖引至消防支隊的現有接警室，在接警室設置火災報警主機，由消防支隊24h值守，同時在中心控制室生產調度室設置1臺監控電腦，由總調值班人員同時監控火災報警情況，在火警發生后總調負責通知到各生產裝置崗位及時處理事故。

4 結束語

全廠中心控制室是一個系統工程，包括中心控制室的建設、現場機柜間的改造、控制系統的操作站搬遷、無線對講系統的改造、火災報警系統的遷移、調度系統的搬遷、管理制度上的改變以及人員的調整等，項目建設過程中重要方案需要公司領導決策，各個部門互相溝通配合。筆者參與了項目設計及施工的整個過程，整理出項目建設的一些經驗體會，與大家探討，供同行人員參考。

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