某化工廠罐區SIS 安全儀表系統設計和優化

朱云朋*

（唐山首信自動化信息技術有限公司，河北唐山，063000）

某化工廠罐區SIS 安全儀表系統設計和優化

朱云朋*

（唐山首信自動化信息技術有限公司，河北唐山，063000）

當前自動化技術在各個領域都得到了廣泛的應用，安全儀表系統在工業控制中的優勢也得到了越來越多工廠的認可。某化工廠對本區域中構成重大危險源的儲罐區的液氨儲罐、氯甲烷儲罐、氯乙烷儲罐在DCS控制系統的基礎上增設安全儀表系統（SIS系統）；并由通訊接口接入DCS系統；本文主要介紹罐區SIS系統實現安全控制的方法，并對SIS系統的概述、安全儀表的選型、安全聯鎖設計、原DCS與SIS系統通訊等幾個方向作了簡要的分析。

DCS控制；安全儀表；SIS

引言

在危險化工系統設計過程中，除了生產控制DCS系統以外，還設有安全儀表系統SIS，其目的就是保證安全生產的穩定進行，以及當危險將要發生時提前進行相應動作，保證生產及生產設備安全，最大程度的避免危險發生。

某化工廠儲罐區涉及的易燃危險物質有：氯甲烷、氯乙烷、氨、其中氯甲烷、氯乙烷、的火災危險性為甲類；氨的火災危險性為乙類。除氨以外其余物質均重于空氣，涉及這些物品的場所均為爆炸危險域。表1為危險化學品重大危險源辨識表。

表1 危險化學品重大危險源辨識表

儲罐區液氨儲罐，氯甲烷儲罐，氯乙烷儲罐，乙醇儲罐在改造前只設置了DCS自動控制系統，安全性能比較低，為確保裝置的安全運行，本次設計增設了SIS系統，SIS系統的可靠性較DCS系統要求高，其獨立于DCS系統，獨立完成安全保護功能，SIS系統可以實現在緊急狀態下或事故狀態下對重大設備進行關斷（停車）。

1 SIS系統概述

SIS系統采用HiaGuard的控制器其三重化配置，三重化的控制器為三個獨立的模塊，并同步運行；I/O通道三重化配置，三重化的I/O通道物理上在一個模塊中。I/O模塊可單獨配置，也可冗余配置。不論對單個配置還是冗余配置，三重化的I/O通道均對應同一個端子模塊，端子模塊不支持冗余。三重化的控制器之間采用安全通訊協議交換數據，每系控制器與本系的I/O模塊之間也采用安全通訊協議交換數據，以使安全回路滿足 IEC 61508 SIL3的標準要求。

HiaGuard的工作原理是：三重化的AI和DI模塊分別通過端子模塊對現場傳感器信號進行采集，并將結果送給控制器。三重化的控制器交換輸入數據并分別進行2oo3表決，然后使用表決后的數據分別進行運算。三重化的控制器再次交換運算結果，并再次分別進行2oo3表決。表決結果被分別輸出到三重化的DO模塊。DO模塊三重化的通道再次進行2oo3表決后，通過端子模塊輸出到現場執行設備。

儲罐區新加SIS系統為獨立的控制系統，設置為故障安全型，安全完整性等級為SIL2級。SIS系統的現場測量儀表冗余設置，采用“或”邏輯結構，冗余設置的任何一個儀表檢測到有超限信號時，系統都執行安全聯鎖。控制閥的電磁閥采用冗余配置，采用“或”邏輯結構，冗余設置電磁閥任何一個接到動作信號時，系統都執行安全聯鎖。

2 安全儀表類型

根據本項目的特點，選擇技術先進、性能可靠、精度適當、價格合理，技術支持良好的儀表和控制系統。本次改造新增所有遠傳儀表全部按照隔爆儀表設計，防爆等級不低于ExdⅡBT4。

對液氨儲罐、氯甲烷儲罐增設了冗余液位測量，現有液位計為遠傳磁翻板，新增隔膜式差壓液位計。用不同測量原理完成儲罐重要參數--液位的測量。對液氨儲罐和液氨備用儲罐進料切斷閥由原來的電動切斷閥改為了冗余配置的雙電磁閥控制的氣動切斷球閥，保證了執行結構的動作迅速和準確。對氯甲烷儲罐和氯甲烷備用儲罐進料氣動切斷閥增設了雙電磁頭控制。

3 安全聯鎖設計

在DCS系統中，通常采用冗余技術來獲得系統可用性，安全儀表系統也不例外，本設計中增設了冗余液位測量，增加冗余雙電磁閥控制的氣動切斷球閥，增加儲罐超溫、氨泄漏聯鎖啟動噴淋系統對液氨儲罐和液氨備用儲罐進料切斷閥由原來的電動切斷閥改為了冗余配置的雙電磁閥控制的氣動切斷球閥，保證了執行結構的動作迅速和準確。對氯甲烷儲罐和氯甲烷備用儲罐進料氣動切斷閥增設了雙電磁頭控制，圖1為DCS系統液位聯鎖圖。

圖1 DCS系統液位聯鎖圖

根據圖1中所示在V14105A和V14105B液氨罐中分別實現冗余液位測量，液位測量采用兩種不同的測量方式，依據SIS系統設計規范測量儀表一種采用遠傳磁翻板液位計，另外一種采用隔膜式差壓液位計。輸入信號先進入SIS系統中，在SIS系統中設置聯鎖當任一個液位高于報警值后，都會發出關閉進料泵并切斷切斷閥命令，其輸出采用硬線串聯在DCS控制回路中，正常情況輸出結果是靜止的，保持為通路，出現事故狀態后發出斷開命令，實現關閉進料泵和切斷進料切斷閥。同時把V14105A和V14105B液氨液位通過通訊傳給西門子冗余S7-400系列DCS系統，圖3中在DCS系統中也有自己聯鎖控制的切斷閥，同時控制SIS系統中切斷閥。可以實現聯鎖雙重保護，氯乙烷儲罐和氯甲烷儲罐也做相同配置。

4 DCS與SIS系統通訊

DCS系統采用西門子冗余400CPU與SIS第三方設備進行通訊。DCS側采用CP341模塊，采用MODBUS通訊協議，SIS系統作為DCS的從站。DCS與SIS系統網絡架構圖如下圖2所示，SIS系統MODBUS通訊協議設置如下表2所示。

表2 SIS系統MODBUS通訊協議設置

圖2 DCS系統與SIS系統網絡架構圖

DCS側的硬件配置與之做相匹配的設置。DCS側編寫通信程序：本系統中以CP341作主站，MODBUS 用戶系統為從站。調用CP341 庫中的PCS7庫SND_341、RCV_341 功能塊。CP341通過發送塊P_SND_RK 或SND_341發送請求信息給MODBUS從站，在通過相應的接受塊P_RCV_RK 或RCV_341 得到信息。其中，MODBUS 系統中的數據類型的交換是由 FC(功能碼)決定。參數LADDR設為硬件組態的輸入起始邏輯地址如圖3所示2992。創建發送數據塊DB497，如圖4所示：從站地址為1，功能碼為3，起始地址為0，讀60個寄存器中的數據。

圖3 CP341的邏輯地址

圖4 接收數據塊

5 結束語

本次改造是在原有DCS控制系統的基礎上，對儲罐區、氯氣房增設了安全儀表系統（SIS）設計，從而很好的實現雙重聯鎖保護、安全泄壓、緊急切斷、事故排放、反應失控。為儲罐具有安全重大危險源的相似工藝安全控制系統設計和優化提供重要參考。

[1]王曉齋. SIS系統在精間苯二甲酸裝置的應用[J]. 化工管理,2013,(16)： 133.

[2]李德湘. 化肥裝置 SIS系統誤動作概率分析[J]. 機械工業標準化與質量,2016,(07)： 39-41.

[3]婁家駿. 180萬噸/年甲醇聯合裝置氣化爐的 SIS系統設計應用[D].華東理工大學,2016.

[4]蘭天. 基于外貼式液位開關的球罐 SIS安全儀表系統設計[J]. 自動化博覽,2016,(04)： 94-96.

[5]申琳. SIS安全儀表系統在大型乙烯裝置上的應用[J]. 自動化博覽,2013,30(02)： 102-105.

Design and Optimization of SIS Safety Instrument System in a Chemical Plant Tank Area

ZHU Yunpeng*
(Tangshan Capitel Automation Information Technology Co.,Ltd.,Hebei Tangshan,063000,China)

At present,automation technology has been widely used in all fields. The advantages of safety instrumented system in industrial control have also been approved by more and more factories. A chemical plant in the region constitute a major source of danger in the tank area of liquid ammonia storage tanks,methyl chloride storage tanks,chlorine storage tanks in the DCS control system based on the addition of safety instrumented system (SIS system); by the communication interface Access to the DCS system; This article describes the tank area SIS system to achieve safety control methods,and the SIS system overview,safety instrumentation selection,safety interlock design,the original DCS and SIS system communications in several directions made a brief analysis.

DCS control; safety instrument; SIS

TQ056

A

1672-9129(2017)06-0148-02

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.052

朱云朋. 某化工廠罐區SIS安全儀表系統設計和優化[J]. 數碼設計,2017,6(6)： 148-149.

Cite：ZHU Yunpeng. Design and Optimization of SIS Safety Instrument System in a Chemical Plant Tank Area[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 148-149.

2017-01-22；

2017-03-05。

朱云朋(1984-)，本科，從事PLC、DCS的編程調試及現場自控設備的維護及管理工作。

Email：407944271@qq.com