SIS系統(tǒng)在苯加氫裝置中的應(yīng)用

石海蘭

摘 要：安全儀表系統(tǒng)（SIS）屬于生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化范疇，是用于保障安全生產(chǎn)的一種系統(tǒng)，是保障化工裝置安全運(yùn)行的重要技術(shù)措施，苯加氫裝置增設(shè)SIS系統(tǒng)提高了安全完整性水平、降低了生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，避免安全事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：安全儀表;“兩重點(diǎn)一重大”;危險(xiǎn)與可操作性;安全完整性;安全運(yùn)行

隨著化工業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)工藝變得異常復(fù)雜，必然使化工工藝裝置設(shè)計(jì)和操作更加困難和復(fù)雜。這給工人操作帶來(lái)了相當(dāng)大的難度，誤操作的概率越來(lái)越大，安全隱患愈發(fā)嚴(yán)重。這就需要一種安全裝置，在工人誤操作的時(shí)候，能夠及時(shí)報(bào)警或糾正誤操作，避免安全事故的發(fā)生。安全儀表系統(tǒng)（SIS）的安全性更高、容錯(cuò)能力更強(qiáng)、并具有故障自診斷功能、順序事件記錄功能，是生產(chǎn)過(guò)程中的一種安全保護(hù)系統(tǒng)，符合化工業(yè)安全生產(chǎn)的需要。

國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局〔2011〕第40號(hào)令，要求“涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級(jí)或者二級(jí)重大危險(xiǎn)源，配備獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)（SIS）”，《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》〔2014〕116號(hào)要求從2018年1月1日起，所有涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工裝置和危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施要設(shè)計(jì)符合要求的安全儀表系統(tǒng)，我公司按要求對(duì)10萬(wàn)/年苯加氫生產(chǎn)裝置進(jìn)行了增設(shè)安全儀表系統(tǒng)改造。

1 10萬(wàn)/年苯加氫裝置組成及工藝

山西焦化集團(tuán)有限公司10萬(wàn)/年苯加氫生產(chǎn)裝置于2009年8月建成，總投資2.4億元，占地面積為50976㎡，其中主裝置占地4324㎡，該裝置由加氫精制、芳烴萃取蒸餾、儲(chǔ)罐區(qū)、汽車火車裝卸站、PSA制氫和地面火炬組成。采用國(guó)際先進(jìn)的KK加氫法，工藝技術(shù)成熟，產(chǎn)品收率高。該項(xiàng)目以焦?fàn)t煤氣為原料，經(jīng)變壓吸附為加氫精制單元提供高純度氫氣，原料精苯首先脫除C9及以上重組分，再經(jīng)過(guò)三級(jí)蒸發(fā)后，進(jìn)行兩級(jí)氣相加氫處理（預(yù)加氫和加氫凈化），含H2S氣體通過(guò)穩(wěn)定塔分離后送出裝置。經(jīng)加氫處理后的三苯餾分送往萃取精餾單元，利用萃取劑將芳烴與非芳烴分離，非芳烴作為副產(chǎn)品送出裝置，芳烴分別經(jīng)苯塔、甲苯塔、二甲苯塔分離出產(chǎn)品純苯、甲苯、二甲苯，同時(shí)副產(chǎn)C8、C8+餾分，生產(chǎn)過(guò)程具有高溫高壓、易燃易爆、有毒有害等危險(xiǎn)。苯加氫生產(chǎn)裝置是我單位安全監(jiān)管的“兩重點(diǎn)一重大”對(duì)象：氫、硫化氫、苯（含粗苯）、甲苯、二甲苯等為重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，苯精制加氫工藝為重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝，苯精制裝置區(qū)和罐區(qū)為重大危險(xiǎn)源，一旦發(fā)生事故危害巨大，保證苯加氫的安全穩(wěn)定生產(chǎn)非常重要。

2 SIS安全儀表系統(tǒng)在苯加氫的應(yīng)用

2.1 SIS系統(tǒng)介紹

安全儀表系統(tǒng)（Safety Instrumented System），簡(jiǎn)稱SIS，

是一種經(jīng)專門機(jī)構(gòu)認(rèn)證、具有一定安全完整性水平、用于降低生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)的儀表安全保護(hù)系統(tǒng)。

SIS不僅能響應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程因超過(guò)安全極限而帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，而且能檢測(cè)和處理自身的故障，從而按預(yù)定條件或程序使生產(chǎn)過(guò)程處于安全狀態(tài)，以確保人員、設(shè)備及工廠周邊環(huán)境的安全。SIS獨(dú)立于過(guò)程控制系統(tǒng)（如DCS等），生產(chǎn)正常時(shí)處于休眠或靜止?fàn)顟B(tài)，一旦生產(chǎn)裝置或設(shè)施出現(xiàn)可能導(dǎo)致安全事故的情況時(shí)，能夠瞬間準(zhǔn)確動(dòng)作，使生產(chǎn)過(guò)程安全停止運(yùn)行或自動(dòng)導(dǎo)入預(yù)定的安全狀態(tài)，是安全等級(jí)高于DCS的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

SIS包括安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、緊急停車系統(tǒng)和有毒有害、可燃?xì)怏w及火災(zāi)檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)等。由儀表和控制設(shè)備構(gòu)成，主要包括現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表、邏輯控制單元、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行裝置三部分，其中邏輯控制單元是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。通過(guò)傳感器（如各類開(kāi)關(guān)、變送器等）、邏輯控制器、以及最終元件（如電磁閥、電動(dòng)門等）的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制保護(hù)。

2.2 應(yīng)用

2.2.1 苯加氫單元危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）

HAZOP分析目的是識(shí)別工藝或操作過(guò)程中存在的危害，識(shí)別過(guò)程偏差導(dǎo)致的不可接受的風(fēng)險(xiǎn)狀況，將不同工藝過(guò)程劃分為適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)，采用引導(dǎo)詞引導(dǎo)的方法，盡量找出偏離設(shè)計(jì)意圖的所有可能的偏差。根據(jù)工藝流程特點(diǎn)，本次HAZOP工作將苯加氫單元?jiǎng)澐譃?9個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行討論，節(jié)點(diǎn)與PID相對(duì)應(yīng)，共分析危害場(chǎng)景337個(gè)，整體裝置的初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)統(tǒng)計(jì)131個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)（L），120個(gè)中風(fēng)險(xiǎn)（M），86個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)（H），無(wú)極高風(fēng)險(xiǎn)。削減后風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)總數(shù)為343個(gè)，變?yōu)?13個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)，14個(gè)中風(fēng)險(xiǎn)，16個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于消減后仍為高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的場(chǎng)所，HAZOP分析小組提出了相應(yīng)的31條建議措施。安全（S）28個(gè)，操作（O）1個(gè)，財(cái)產(chǎn)（A）2個(gè)。

2.2.2 苯加氫單元安全完整性等級(jí)（SIL，Safety Integrity Level）定級(jí)分析

安全完整性等級(jí)根據(jù)安全性能不同共分為1、2、3、4四個(gè)等級(jí)，SIL4具有最高安全系統(tǒng)完整性要求等級(jí)。SIL定級(jí)分析是對(duì)功能安全系統(tǒng)SIS每一個(gè)功能安全回路SIF的安全完整性等級(jí)SIL進(jìn)行評(píng)定的過(guò)程。本次在HAZOP分析的基礎(chǔ)上分析了苯加氫單元的29個(gè)SIF回路，根據(jù) HAZOP分析或其他風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果，審查本項(xiàng)目安全相關(guān)系統(tǒng)的安全功能要求、安全完整性要求;確認(rèn)安全儀表功能，并將安全儀表系統(tǒng)的每個(gè)安全儀表功能進(jìn)行安全完整性等級(jí)評(píng)定分析;編制SIL定級(jí)分析報(bào)告，作為進(jìn)一步編制各個(gè)SIF回路的SRS功能安全規(guī)格書的輸入文件。共產(chǎn)生了29條建議，無(wú)SIL等級(jí)要求（A）8個(gè)，無(wú)特殊要求4個(gè)，11個(gè)SIL1，6個(gè)SIL2，無(wú)SIL3、SIL4，需特別關(guān)注的建議措施有兩條：如萃取塔進(jìn)料緩沖罐（V1201）增設(shè)SV安全閥，且安全閥泄放量滿足上游竄壓工況，則該SIF回路可由SL2降為一般DCS;如預(yù)蒸餾塔（C9201）上T9202增設(shè)TAH，則該SIF回路可由SIL1降為一般DCS控制。最終確定苯加氫裝置17條SIF回路要求SIL等級(jí)為SIL1以上（含SIL1），需進(jìn)行SIS改造。

2.2.3 苯加氫裝置SIL驗(yàn)算

為了提高危險(xiǎn)與可操作性分析及安全完整性等級(jí)評(píng)定項(xiàng)目苯加氫單元的運(yùn)行安全，對(duì)苯加氫單元中安全完整性等級(jí)需求在SIL1以上（含SIL1）的SIF回路進(jìn)行SIL驗(yàn)算工作。

根據(jù)各個(gè)SIF回路的配置，以及檢驗(yàn)測(cè)試等相關(guān)因素，對(duì)各SIF回路的平均失效概率進(jìn)行了計(jì)算，并考慮各SIF回路的可靠性，而且兼顧了誤動(dòng)作停車對(duì)生產(chǎn)的影響。這種方法不但可以減少因誤動(dòng)作停車而造成的經(jīng)濟(jì)損失，還可以避免因裝置頻繁跳車后重啟而引起的安全風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)與SIL定級(jí)分析的目標(biāo)等級(jí)進(jìn)行比較后，所有回路均達(dá)到SIL等級(jí)要求。

根據(jù)SIL驗(yàn)算和放感性分析的結(jié)果，因執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)于整個(gè)回路的平均失效概率貢獻(xiàn)率最大，本裝置中繼電器的使用量較多，應(yīng)選用具有SIL認(rèn)證的可靠性較高的繼電器，應(yīng)在定檢時(shí)對(duì)繼電器觸電及底座進(jìn)行檢查。在裝置的運(yùn)行過(guò)程中，SIF回路配置發(fā)生變更（如：新增SIS回路，新增檢測(cè)元件、增加或減少報(bào)警設(shè)定點(diǎn)、電纜敷設(shè)路徑變化、執(zhí)行機(jī)構(gòu)中新增電磁閥等），這些變更均會(huì)影響實(shí)際的SIL等級(jí)。因此裝置運(yùn)行后，應(yīng)在發(fā)生重大變更時(shí)對(duì)變更的SIF回路進(jìn)行再次定級(jí)并驗(yàn)證在役裝置經(jīng)過(guò)工藝改造、安全儀表系統(tǒng)的變更以及檢維修策略的變更等，其實(shí)際工藝風(fēng)險(xiǎn)也可能發(fā)生變化，因此，應(yīng)當(dāng)在運(yùn)行期間，每5年對(duì)SIS系統(tǒng)進(jìn)行再驗(yàn)證。以確保SIS系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)符合完整性要求。

2.2.4 苯加氫裝置增加SIS現(xiàn)場(chǎng)施工

經(jīng)苯加氫單元危險(xiǎn)與可操作性分析、安全完整性等級(jí)定級(jí)分析、SIL驗(yàn)算階段，進(jìn)入苯加氫裝置增加SIS建設(shè)階段，主要進(jìn)行了DCS系統(tǒng)改造、SIS機(jī)柜和汽車裝車站PLC系統(tǒng)移位，系統(tǒng)單回路調(diào)試、SIS機(jī)柜內(nèi)系統(tǒng)到繼電器聯(lián)調(diào)、39臺(tái)儀表更換接線調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)液位開(kāi)關(guān)安裝13套儀表保護(hù)箱，DCS系統(tǒng)SIS系統(tǒng)整體調(diào)試等工作。經(jīng)改造后的系統(tǒng)，已安全投入使用。

3 結(jié)束語(yǔ)

SIS屬于生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化范疇，是保障化工裝置安全運(yùn)行的重要技術(shù)措施，苯加氫裝置增設(shè)的SIS系統(tǒng)與基本過(guò)程控制系統(tǒng)并駕齊驅(qū)更好的保證人員、設(shè)備、生產(chǎn)和裝置的安全，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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