安全儀表系統（SIS）在氯堿生產中的應用

許書明，趙永慧，荊營山，謝丹丹（東營華泰化工集團有限公司，山東東營257091）

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安全儀表系統（SIS）在氯堿生產中的應用

許書明，趙永慧，荊營山，謝丹丹
（東營華泰化工集團有限公司，山東東營257091）

摘要：介紹了安全儀表系統的結構形式和應用中的具體要求。

關鍵詞：安全儀表系統；氯堿生產；安全

東營華泰化工集團有限公司已先后在環氧丙烷項目、苯胺項目中投入了安全儀表系統（后稱SIS系統），并將SIS系統引入離子膜燒堿生產。

1　SIS系統簡介

安全儀表系統（簡稱SIS）又稱為安全聯鎖系統。主要為工廠控制系統中報警和聯鎖部分，對控制系統檢測的結果實施報警動作或停機控制，是企業自動控制的重要組成部分。

2　SIS系統應用的必要性及重要性

2014年11月13日國家安全監管總局頒布了《國家安全監管總局關于加強化工安全儀表系統管理的指導意見》（安監總管三〔2014〕116號），指導意見中明確指出要“充分認識加強化工安全儀表系統管理工作的重要性”，并要求“從2016年1月1日起，大型和外商獨資合資等具備條件的化工企業新建涉及‘兩重點一重大’的化工裝置和危險化學品儲存設施，要按照指導意見的要求設計符合相關標準規定的安全儀表系統”。

安全儀表系統獨立于過程控制系統，生產正常時處于休眠或靜止狀態，一旦生產裝置或設施出現可能導致安全事故的情況時，能夠瞬間準確動作，使生產過程安全停止運行或自動導入預定的安全狀態。

3　SIS系統的結構形式

SIS的主流系統結構主要有TMR（三重化）和2004D（四重化）2種。

（1）TMR結構。將三路隔離、并行的控制系統（每路稱為1個分電路）和廣泛的診斷集成在一個系統中，用三取二表決提供高度完善、無差錯，不會中斷的控制。TRICON、ICS、HollySys等均是采用TMR結構的系統。

（2）2004D結構。2004D系統由2套獨立并行運行的系統組成，通訊模塊負責其同步運行，當系統自診斷發現1個模塊發生故障時，CPU將強制其失效，確保其輸出的正確性。同時，安全輸出模塊中SMOD功能（輔助去磁方法），確保在2套系統同時故障或電源故障時，系統輸出1個故障安全信號。1個輸出電路實際上是通過4個輸出電路及自診斷功能實現的。這樣確保了系統的高可靠性，高安全性及高可用性。HONEYWELL、HIMA的SIS均采用了2004D結構。

4　SIS系統控制點的確定

4.1確定原則

首先，要對整個生產過程進行過程危險分析（HAZOP分析），通過HAZOP分析得知的離子膜電解法檢測與控制的要求見表1。

4.2控制點數的確定

在DCS系統檢測與控制表格中各項指標的情況下，再次對儀表聯鎖回路安全完整性等進行了分析（SIL等級分析），決定將以下聯鎖接入SIS系統。

（1）電解工序氯氣總管壓力高高聯鎖停所有整流器。

（2）電解工序氫氣總管壓力高高聯鎖停所有整流器。

（3）電解工序氯氣與氫氣壓差高高聯鎖停所有整流器。

（4）電解工序氯氣與氫氣壓差低低聯鎖停所有整流器。

（5）氯壓機全停聯鎖。

（6）電解工序緊急停車按鈕聯鎖停所有整流器。

（7）氯氣進鹽酸合成單元進口總管壓力高高或低低聯鎖關斷并氯氣去除害、或補氮氣。

（8）鹽酸合成爐入口氫氣管線設置壓力低低聯鎖切斷進料。

（9）鹽酸合成爐入口氯氣管線設置壓力低低聯鎖切斷進料。

具體控制點數為AI-89；DI-39；DO-38（含一進二出安全柵89個），要求余量按20%計算，帶與DCS通訊接口。

5　對SIS系統的要求

5.1SIS系統原則要求

（1）以IEC61508或TUV作為基礎標準，符合國際安全協會規定的儀表的安全標準規定，必須設計成故障安全型。

（2）應能實現時序控制、計算、脈沖調幅、積算、數據鍵入、操作、通信等功能。

（3）應能診斷和顯示系統的全部部件故障，并通過串行通信接口在DCS的操作站上顯示。

（4）各控制器必須為型號一致的主流產品。

（5）與DCS通信接口模件應是冗余配置，帶自診斷功能，在DCS的操作站上能顯示運行狀態。

（6）柜間接線應采用ELCO方式，不需在現場接線。

（7）SIS系統必須獲得國際權威機構的CE認證；SIS集成商必須獲得ISO 9000質量體系認證；SIS組態人員必須是持有認證資格的工程。

（8）冗余設備必須能在線自診斷，出錯報警，無差錯切換。

（9）響應速度快，從輸入變化到輸出變化的響應時間一般在10～50 ms。

（10）可實現從傳感器到執行元件所組成的整個回路的安全性設計，具有I/O短路、斷線等監測功能。

5.2SIS系統結構要求

（1）SIS系統必須采用經TUV安全認證的可編程控制器系統及其數據網絡連接。

（2）SIS系統的中央邏輯處理器、I/O模件、電源模件、內部通信模件等硬件設備安裝在SIS系統機柜中，獨立完成工藝裝置的安全保護和緊急停車。SIS輔助操作臺上緊急停車手動開關的信號和報警信號硬接線連接到SIS系統。

（3）SIS系統與DCS系統通信，在SIS操作員站顯示，并能在DCS操作站顯示報警。

（4）SIS系統有報警事件順序記錄功能（SER）。

（5）在機柜室設有工程師站。工程師站用于SIS系統的組態、下裝、調試和日常維護；并能進行順序時間事件的記錄、查詢。

（6）SIS系統與其DCS系統的連接采用硬接線和通訊的2種方式。

5.3SIS系統過程接口要求

（1）過程接口包括輸入輸出卡、事件順序輸入卡、配電器、開關、繼電器等關聯設備。

（2）中央邏輯控制器應采用四重化（QMR）結構，符合SIL3安全等級要求，并得到相應的TUV / AK等級認證。

（3）輸入輸出卡應帶光電或電磁隔離，通道應隔離，帶故障診斷。

（4）若采用三取二過程信號應分別接到3個不同的輸入卡。

（5）輸入輸出卡相連接的傳感器和最終執行元件應設計成故障安全型。

（6）SIS系統的旁路開關分工藝操作和儀表維護2種類型。

5.4其他要求

（1）直流電源選用菲尼克斯、魏德米勒品牌，使用母排分配和模塊化冗余方式。

（2）所有低壓斷路器使用施耐德或ABB產品，繼電器使用歐姆龍或和泉產品，端子排使用魏德米勒產品。

（3）安全柵采用P+F或MTL品牌產品，繼電器采用歐姆龍或和泉同等品牌。

6　SIS系統基本配置（見表2）

7　結語

在注重安全環保今天，安全儀表系統必將要求全面應用到離子膜燒堿裝置。其安全穩定、可靠性強，可以有效的保證裝置的安全穩定運行。

表2　Honeywell的SIS系統基本配置表

Application of safety instrument system（SIS）in chlor alkali production

XU Shu-ming，ZHAO Yong-hui，JING Ying-shan，XIE Dan-dan
（Dongying Huatai Chemical Co.，Ltd.，Dongying 257091，China）

Abstract：The structural form and specific requirements in application of safety instrumented system were introduced. In ionic membrane caustic soda production devices increased safety instrument system，can make the production equipment or facilities appear may cause safety accident happens instantly accurate action，make production process safety stop running or automatically scheduled import safety status.

Key words：safety instrument system；chlor-alkali production；security

中圖分類號：TQ086.3

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）05-0033-04

收稿日期：2016-02-22