化工油品儲運罐區安全儀表聯鎖控制方案探討

伊飛, 賈玉明

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100)

化工油品儲運罐區安全儀表聯鎖控制方案探討

伊飛, 賈玉明

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100)

化工油品罐區的安全是近年來石油化工行業關注的焦點。以某罐區為例，從工程設計角度，探討了罐區幾類與安全相關的聯鎖控制方案。按照罐區聯鎖控制方案的原則，并根據罐區聯鎖回路安全完整性等級評定的結果，合理地將聯鎖回路設置在SIS、DCS中。通過邏輯框圖的形式，簡單地比較了聯鎖控制方案在SIS、DCS中的不同配置，從而安全實現生產操作及要求，便于生產企業日常的安全生產管理，減少罐區安全事故的發生。

安全完整性等級 安全儀表系統層 基本過程控制系統層 冗余控制閥

近年來，中國化工油品儲運罐區事故頻發，給國家、人民生命財產造成重大損失。國家安全生產監督管理總局第40號文《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》明確提出:對重大危險源中的毒性氣體、劇毒液體和易燃氣體等重點設施，設置緊急切斷裝置；毒性氣體的設施，設置泄漏物緊急處置裝置。涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級或者二級重大危險源，配備獨立的安全儀表系統(SIS)[1]；國家安全生產監督管理總局第116號文《加強化工安全儀表系統管理的指導意見》中規定：自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，設計符合相關標準規定的安全儀表系統[2]。SIS是罐區安全隱患治理方案中的一個重要組成部分，使危險降低到可以接受的最低程度，保證人員、設備和環境的安全。本文總結了化工油品儲運罐區幾類安全聯鎖控制方案，并按照實際工況要求，討論其可行性。

1 罐區聯鎖控制方案原則

化工油品儲罐流程工藝相對簡單，其涉及的聯鎖控制類型較少，一般重要聯鎖包含:低低液位聯鎖、高高液位聯鎖。根據不同的工況、操作要求，聯鎖輸出與聯鎖類型略有不同。

1) 高高液位聯鎖。儲罐設高高液位開關，當某種物料的儲罐達到高高液位時，應聯鎖關閉儲罐進料閥門。

2) 低低液位聯鎖。儲罐設低低液位開關，當某種物料的儲罐到達低低液位時，應設置聯鎖停泵。若停泵會對下游裝置或站場造成停工再啟動等重大影響的儲罐，其液位低低聯鎖時應采取二次報警，聯鎖關閉出料閥；若停泵不會對下游操作造成停工再啟動等重大影響的儲罐，其液位低低聯鎖則可采取聯鎖關閉出料閥、停泵及關閉泵出口閥。

2 罐區安全儀表SIL等級

在確定罐區的安全完整性等級(SIL)之前，要對罐區流程進行危險和風險評估，提出需設置報警和聯鎖的所有回路，針對每個回路分析危險發生的概率和危害程度進行排序，得出需要設置SIL等級的安全儀表回路才能使風險降低到可接受的狀態水平[3]。常用的方法包含:危險與可操作性分析(HAZOP)、what if/Checkist分析、事件樹分析、故障樹分析等[4]，把降低危險和風險的機制稱為保護層，將安全功能分配到個保護層，確定SIS的安全儀表功能(SIF)及SIL等級。

SIS的SIL等級常用定量或定性的方法確定。根據經驗或主觀評斷，稱之為定性分析；通過建立風險評估模型，比較實際風險值與可接受風險值，確定SIL等級，稱之為定量分析[5]。本文中罐區危險和風險評估方法選用HAZOP分析[6]，SIL等級要求不低于SIL2。

3 應用案例

罐區的SIL等級具體體現在各個控制回路中，具有不同安全功能的控制回路的聯鎖方案也不同。

3.1 高高液位聯鎖控制方案

以某罐區的苯罐為例，如圖1所示，當液位達到高高液位報警時，需要關閉儲罐的進料閥，經過HAZOP分析，確定SIF的保護層面是SIS層，要求控制回路SIL等級不低于SIL2。 SIS的檢測儀表、邏輯控制器、執行元件均要滿足設定的SIL2等級要求。

圖1 某化工產品儲罐區苯罐報警聯鎖設置示意

1) “1oo1”邏輯控制。高高液位檢測儀表選用SIL2等級的儀表，如音叉液位開關；執行元件選用帶電磁閥和閥位開關的氣動閥門，控制閥應具有較高的密閉性，不低于Class Ⅴ級，且須冗余設置，可以達到SIL2要求。根據罐區實際工況，不宜設置冗余控制閥，可采用冗余電磁閥設計方案，即雙電磁閥氣動控制閥，電磁閥有串聯和并聯2種形式[7]，聯鎖邏輯如圖2所示。

2) “2oo3”邏輯控制。實際生產中，罐區液位開關的可靠性成為影響控制回路安全的關鍵因素，為了增加檢測儀表的可靠性，采取“2oo3”邏輯控制，提高SIL等級。檢測儀表可采用音叉液位開關、雷達液位計、伺服液位計；執行元件為雙電磁閥氣動控制閥，聯鎖邏輯如圖3所示。

3.2 低低液位聯鎖控制方案

3.2.1停泵對裝置設施有影響

以某化工產品罐區石腦油罐為例，儲罐給乙烯裝置供料，當儲罐低低液位時，停泵會對乙烯裝置正常生產造成重大影響，因此在儲罐低低液位時，只關閉儲罐出料口閥門，同時打開備用儲罐出料閥；乙烯裝置供料泵也應冗余設置，若泵電機出現故障，應當及時開啟備用泵。經過HAZOP分析，確定低低液位聯鎖關閉出料閥的SIF保護層面為基本過程控制系統(BPCS)層，為生產安全聯鎖，低低液位聯鎖關閥不停泵邏輯如圖4所示。泵出口去乙烯裝置管線壓力低低，開備用泵，確定為SIF保護層面為SIS層，要求控制回路SIL等級不低于SIL2，泵出口管線壓力低低聯鎖啟泵邏輯如圖5所示。

圖2 高高液位“1oo1”聯鎖邏輯示意

圖3 高高液位“2oo3”聯鎖邏輯示意

圖4 低低液位聯鎖關閥不停泵邏輯示意

3.2.2停泵對下游操作無影響

某化工產品罐區的甲苯儲罐，經由甲苯裝船泵外輸，當儲罐低低液位時，聯鎖關閉罐出料閥及停泵、關泵出口閥。經過HAZOP分析，確定低低液位聯鎖關閉出料閥的SIF保護層面為BPCS層，為生產安全聯鎖，低低液位聯鎖停泵關閥DCS聯鎖邏輯如圖6所示。如果要SIF保護層面為SIS層，要求控制回路SIL等級不低于SIL2，根據GB/T 5070—2013《石油化工安全儀表系統設計規范》[8]的要求，要求SIL2級回路的測量儀表宜與BPCS分開，邏輯控制器應與BPCS分開，宜采用冗余控制閥[8]，低低液位聯鎖停泵關閥SIS聯鎖邏輯如圖7所示。根據HG/T 20511—2014《信號報警及聯鎖系統設計規范》[9]的要求，安全聯鎖系統的傳感器宜采用4～20 mA+HART信號傳輸的智能變送器，輸出信號宜帶故障模式輸出，最終元件為閥門時，宜采用氣動執行機構[9]。不同聯鎖控制方案的儀表配置見表1所列。

表1 不同聯鎖控制方案的儀表配置

圖5 泵出口管線壓力低低聯鎖啟泵邏輯示意

圖6 低低液位聯鎖停泵關閥DCS聯鎖邏輯示意

圖7 低低液位聯鎖停泵關閥SIS聯鎖邏輯示意

4 結束語

聯鎖回路設置在DCS與SIS中，其控制方案與最終聯鎖發揮的作用不同，SIS對安全要求相對更高，保證系統在故障狀態下是安全的，把安全性放在第一位[10]。DCS用于日常的生產操作，兩者相對獨立，對于罐區的聯鎖回路在進行SIL等級評定后，將安全聯鎖的回路設置在SIS中，日常生產聯鎖的控制回路設置在DCS中，合理地配置不同控制方案，選擇合適的自控儀表，便于企業的日常運營及維護，同時也會降低風險、事故發生的頻率。

[1] 安監局.第40號文《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》[EB/OL].(2015-08-27)[2017-08-10].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_5351/2011/0921/149181/ content_149181.htm.

[2] 安監局.第116號文《加強化工安全儀表系統管理的指導意見》[EB/OL].(2014-11-19)[2017-08-10].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_21111/2014/1119/243090/content_243090.htm.

[3] 張達.石油化工裝置SIL等級劃分及相應儀表配置探討[J].科技創新導報，2013(21)：54-55.

[4] 夏太武，袁樹海，宋彬，等.SIL在天然氣凈化廠控制系統安全分析中的應用[J].天然氣工業，2011，31(03)：92-96.

[5] 張建國.安全儀表系統在過程工業中的應用[M].北京:中國電力出版社，2010.

[6] 青島安全工程研究院.HAZOP分析指南[M].北京:中國石化出版社，2008.

[7] 翟仲曦，李俊杰.石油化工工藝包安全儀表系統設計探討[J].石油化工自動化，2017，53(03)：21-23.

[8] 黃步余，葉向東，范宗海，等.GB/T 50770—2013 石油化工安全儀表系統設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2013.

[9] 徐繼榮，馬恒平，高生軍，等.HG/T 20511—2014 信號報警及聯鎖系統設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2014.

[10] 劉安琪，王效天，董梅，等.DCS與SIS在功能安全領域的對比分析[J].石油化工自動化，2017，53(02)：36-37.

DiscussiononInterlockControlSchemeofSafetyInstrumentinStorageandTransportationTankFarmforChemicalOilProducts

Yi Fei, Jia Yuming

(CNOOC Petrochemical Engineering Co.Ltd., Qingdao,266100, China)

s：Safety on chemical oil tank farm is the focus for petrochemical industry in recent years.Taking a tank farm as an example, several kinds of interlock control scheme for safety related are discussed from the perspective of engineering design.Based on principle of interlock control scheme of the tank farm and results of SIL of tank farm interlock loops, the interlock loops are set up in SIS and DCS reasonably.Through logic block diagram, different configurations of interlock control scheme in SIS and DCS are compared simply.Production operation and requirements are realized safely.Daily safety production management of enterprise is facilitated.The occurrence of safety accidents in tank farm is reduced.

safety integrity level；SIS layer；BPCS layer；redundant control valve

稿件收到日期：2017-08-10，修改稿收到日期2017-09-20。

伊飛(1988—)，男，山東淄博人， 2014年畢業于青島科技大學檢測裝置與自動化儀表專業，獲碩士學位，現就職于海工英派爾工程有限公司自控室，從事石油化工自動化設計工作，任工程師。

TP273

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1007-7324(2017)06-0012-05