報警管理在原油儲運SCADA中的應(yīng)用

練浩云(惠州市大亞灣華德石化有限公司， 廣東 惠州 516081)

報警管理在原油儲運SCADA中的應(yīng)用

練浩云(惠州市大亞灣華德石化有限公司， 廣東 惠州 516081)

SCADA作為控制系統(tǒng)已大量應(yīng)用在原油儲運行業(yè)中， SCADA針對設(shè)備和工藝設(shè)置了大量的報警，報警設(shè)計不合理以及報警管理不完善，大量和低效的報警給企業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的潛在風(fēng)險，報警管理是通過制定完整有效的報警設(shè)計流程和管理策略，或完善現(xiàn)有控制系統(tǒng)中已有的報警管理體系，來更好地預(yù)防財產(chǎn)損失以及環(huán)境、安全事故。本文探討了報警管理生命周期活動、報警的關(guān)鍵性能指標(biāo)、報警等級劃分及報警管理在SCADA中的應(yīng)用。

報警管理；SCADA報警；報警分級；報警性能指標(biāo)

0 引言

某原油儲運企業(yè)的SCADA系統(tǒng)隨原油罐、輸油管道、輸油泵等原油儲運設(shè)備建成投產(chǎn)近20年，由于建設(shè)前報警未分級、設(shè)置不合理、未進行報警管理，導(dǎo)致在日常運行中存在大量的報警，操作人員疲于應(yīng)對，對生產(chǎn)造成一定的安全風(fēng)險，因此該企業(yè)將SCADA報警按規(guī)范進行設(shè)計和管理，發(fā)揮報警在生產(chǎn)中應(yīng)用的作用，大大提高原油儲運的安全平穩(wěn)性。

1 報警管理生命周期活動[1]

ANSI-ISA18.2-2016ManagementofAlarmSystemsfor theProcessIndustries為用戶提供了報警管理系統(tǒng)全生命周期的框架，如圖1所示。

圖1 報警管理生命周期活動示意圖

各步驟說明如下：

(1)制訂報警管理規(guī)范。報警管理規(guī)范是確定報警管理的基本定義、原則、設(shè)計、實施、投用、維護、分析評估及變更等的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，是開展報警管理生命周期個階段活動的依據(jù)。

(2)報警辨識。報警辨識是對系統(tǒng)可能的報警或報警變更進行定義的階段，報警辨識可在不同階段通過多種方法開展，包括審核P&ID圖、PHA分析、HAZOP分析、LOPA分析、事故調(diào)查報告、環(huán)保規(guī)范等。

(3)報警歸檔與合理化分析。是定義報警和報警優(yōu)先級的主要方法，所有的報警都應(yīng)經(jīng)過合理化分析后確定。

(4)報警系統(tǒng)設(shè)計。在此階段，按照報警原則和報警歸檔與合理化分析階段的要求，進行具體的報警設(shè)計。

(5)報警系統(tǒng)實施。此階段將報警應(yīng)用于具體操作，包含組態(tài)、調(diào)試、功能測試。

(6)報警系統(tǒng)投用。投入使用并按照各項報警管理原則執(zhí)行、管理報警。

(7)報警系統(tǒng)維護。報警系統(tǒng)投用后，應(yīng)持續(xù)進行報警系統(tǒng)維護工作，如定期測試、維修以保證報警系統(tǒng)正常運行。

(8)報警系統(tǒng)監(jiān)測與評估。對報警系統(tǒng)的性能進行測量與監(jiān)視，將監(jiān)測指標(biāo)與報警管理規(guī)范制訂的KPI進行對比。

(9)變更管理。為保證報警系統(tǒng)的完整性和有效性，應(yīng)建立變更管理工作流程，有效管理報警系統(tǒng)的變更。

(10)報警系統(tǒng)審查。在日常監(jiān)測與評估的基礎(chǔ)上，定期綜合評價報警系統(tǒng)的性能及管理活動的有效性。

2 報警KPI及報警等級劃分

報警需要操作員進行響應(yīng)操作，只有需要操作員進行響應(yīng)操作的事件才有必要設(shè)置報警，那些不需響應(yīng)操作的事件，不需設(shè)置報警。根據(jù)獨立保護層模型[2]，報警及操作人員監(jiān)控是降低風(fēng)險的重要手段，合理的報警設(shè)置和及時正確的操作員響應(yīng)操作能有效地提高原油儲運的安全性和可操作性。設(shè)計合理的報警系統(tǒng)應(yīng)能持續(xù)有效地幫助操作員在正確的時間采取正確的行動，其典型的KPI指標(biāo)[3]見表1所示。

表1 報警系統(tǒng)KPI指標(biāo)(每個操作崗位基于至少30天的數(shù)據(jù))

報警優(yōu)先級通常根據(jù)后果嚴(yán)重程度和操作員進行響應(yīng)操作的最大允許時間確定，報警優(yōu)先等級通常劃分為3個等級(詳見表2)，操作員應(yīng)根據(jù)優(yōu)先級的順序進行報警的響應(yīng)操作[3]。

表2 報警優(yōu)先等級矩陣

3 報警設(shè)計原則[4]

有效的報警都具備兩個特征：第一，通知操作員需要采取響應(yīng)操作；第二，報警需要設(shè)定在從正常到異常的臨界點上，也就是說報警都設(shè)定正常操作范圍之外。

無論報警源是什么，每一個報警必須經(jīng)過辨識、合理化分析、合理設(shè)定并符合報警原則。每一個報警點需要單獨檢查評估，評估報警主要是確認(rèn)每個報警信號需要滿足下列特征：

a) 有意義：報警必須是真實的，有報警意義的。b) 獨特：報警需避免重復(fù)，一個單獨的事件不應(yīng)該對應(yīng)多個報警。c) 及時：報警需要提供足夠的響應(yīng)時間，同時也要避免在工藝變化超過邊界條件前太早發(fā)生報警。d) 報警等級劃分：設(shè)定了報警等級，可以幫助操作員高效地處理報警，優(yōu)先級要按照報警優(yōu)先級等級矩陣來劃分。e) 可理解性強：報警需要提供清晰的，容易理解的信息。f) 診斷：報警需要能幫助確認(rèn)問題。g) 聚焦：報警需要專注于最重要的問題。

3.1 報警論證

為確保控制系統(tǒng)報警設(shè)計、使用、管理的嚴(yán)謹(jǐn)性和一致性，需成立報警管理小組對報警進行辨識和論證，對報警管理小組各崗位人員包括生產(chǎn)負(fù)責(zé)人、工藝技術(shù)負(fù)責(zé)人、設(shè)備工程師、儀表工程師、操作員等的角色和責(zé)任進行明確。

報警系統(tǒng)的設(shè)計和管理要求均衡多個相關(guān)方面考慮，以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計均衡性和操作的平穩(wěn)性，對于每個報警下列問題必須有清晰的答案：

a) 該信號為什么需要設(shè)置報警？b) 該報警發(fā)生后所產(chǎn)生的危害是什么？c) 該報警發(fā)生后，要求操作員做什么樣的相應(yīng)操作？d) 該報警發(fā)生時，SCADA或SIS系統(tǒng)的動作是什么？

3.2 報警信息的來源

報警來源于以下幾個方面：

a) 在現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)中，為實現(xiàn)某些功能而定義專用報警以及實際操作中的經(jīng)驗。b) 設(shè)備廠商的建議。c) 事故原因分析(分析事故時，產(chǎn)生的有報警意義的中間變量)。d) 安全、環(huán)保建議。e) 相關(guān)設(shè)計、施工規(guī)范。f) 操作員經(jīng)驗。g) PHA、HAZOP、LOPA分析。

一個有效的報警系統(tǒng)，要保證每一個報警必須被論證是有充分理由的，設(shè)置是合理的，與總體的報警原則和風(fēng)險評估是一致的。

3.3 定義報警等級和類別

對所有通過論證的報警信息進行了分級、信號類別歸類和確定是否參與LOPA分析[2]，使操作員和管理者能夠有效地使用、管理和評估分析。

報警等級：區(qū)分報警對安全和生產(chǎn)的風(fēng)險程度。

信號類別：區(qū)分報警信息來源。

LOPA指示：區(qū)分報警信息是否參與了LOPA分析以及在LOPA分析中所處的保護層(BPCS、OPER或SIS)。

報警原則中使用以上3個參數(shù)對所有報警進行等級劃分、分類管理，報警等級(1-3)、類型級別(由優(yōu)先級表述1-999)和LOPA保護層說明，報警分級如表3所示，SCADA報警分級分類如表4所示。

表3 報警分級

表4 SCADA報警分級分類

3.4 報警禁用功能

規(guī)范要求報警要具備禁用報警的功能，在以下一些特殊工藝情況如因特殊工藝操作、設(shè)備維修、儀表或控制系統(tǒng)維修而產(chǎn)生的報警，可禁用報警。工藝狀況或設(shè)備恢復(fù)時，必須第一時間解除被禁用的相關(guān)報警，在控制系統(tǒng)操作的主界面上，必須對當(dāng)前系統(tǒng)被禁用的報警要有統(tǒng)計、報告和分析功能。

3.5 報警人機界面設(shè)計

報警在SCADA操作站上的人機界面上直觀顯示，報警在被操作員確認(rèn)前，依據(jù)報警嚴(yán)重度以紅色(1級)、黃色(2級)和青色(3級)閃爍顯示，確認(rèn)報警后在報警解除前顏色不變，停止閃爍；報警解除后顏色消失。報警可以被單個確認(rèn)，也可以被多個同時確認(rèn)，操作員可以在任何時間查看報警匯總。報警匯總包含當(dāng)前發(fā)生的報警、報警區(qū)域、設(shè)備標(biāo)記名、報警發(fā)生的日期和時間、報警等級、類別、LOPA指示、報警確認(rèn)時間、報警消除時間、當(dāng)前值和報警限等相關(guān)信息。操作員還可以根據(jù)報警級別、報警發(fā)生時間等條件查詢報警歷史。

3.6 確定報警其它相關(guān)參數(shù)

報警等級確定后，還應(yīng)確定報警的其它參數(shù)主要包括：報警設(shè)定值、報警緩沖區(qū)設(shè)定以及報警延遲時間。

4 報警系統(tǒng)維護

報警設(shè)置的修改、增加、刪除要按照企業(yè)制定的變更管理流程執(zhí)行，流程確保所有變更在相關(guān)人員中進行了交流和確認(rèn)，并且錄入數(shù)據(jù)庫，可以在報警管理系統(tǒng)中查詢，同時每年對報警進行全面評估。

5 應(yīng)用情況

某原油儲運企業(yè)將報警管理應(yīng)用在SCADA中，其中一中間加壓泵站的報警共315個，其中1級報警3個，2級報警46個，3級報警266個，于2015年運行至今近2年，運行穩(wěn)定可靠，對于改進報警管理、降低報警率、減輕操作員負(fù)荷、提高操作水平具有非常顯著的效果，對原油儲運裝置的平穩(wěn)操作和安全生產(chǎn)意義重大。

6 結(jié)語

本論文介紹了報警管理生命周期活動、報警KPI、報警優(yōu)先等級劃分，按照報警管理規(guī)范對某原油儲運企業(yè)實際生產(chǎn)中的SCADA報警進行了分級、分類等設(shè)計并成功應(yīng)用，對原油儲運、石油化工裝置控制系統(tǒng)的報警設(shè)計、管理具有很好的參考、借鑒價值。

[1]ISA.ANSI-ISA 18.2 Mannagement of Alarm System for the Process Industries[S].North Carolina: ISA,2016.

[2]美國化工過程安全中心編著；白永忠，黨文義，于安峰譯.保護層分析：簡化的過程風(fēng)險評估.北京：中國石化出版社，2010.5

[3]API RECOMMENDED PRACTICE 1167Pipeline SCADA Alarm ManagementSECOND EDITION,JUNE 2016.

[4]EEMUA.EEMUA 191 Alarm Systems A Guide to Design,Management and Procurement[S].Wilmslow: EEMUA,2013.

練浩云(1982- )，男，，2005年畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)自動化專業(yè)，現(xiàn)主要從事儀表自動化技術(shù)維護、管理工作。