SIS系統在苯加氫裝置中的應用

石海蘭

摘 要：安全儀表系統（SIS）屬于生產過程的自動化范疇，是用于保障安全生產的一種系統，是保障化工裝置安全運行的重要技術措施，苯加氫裝置增設SIS系統提高了安全完整性水平、降低了生產過程風險，避免安全事故的發生。

關鍵詞：安全儀表;“兩重點一重大”;危險與可操作性;安全完整性;安全運行

隨著化工業的快速發展，生產工藝變得異常復雜，必然使化工工藝裝置設計和操作更加困難和復雜。這給工人操作帶來了相當大的難度，誤操作的概率越來越大，安全隱患愈發嚴重。這就需要一種安全裝置，在工人誤操作的時候，能夠及時報警或糾正誤操作，避免安全事故的發生。安全儀表系統（SIS）的安全性更高、容錯能力更強、并具有故障自診斷功能、順序事件記錄功能，是生產過程中的一種安全保護系統，符合化工業安全生產的需要。

國家安全生產監督管理總局〔2011〕第40號令，要求“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）”，《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》〔2014〕116號要求從2018年1月1日起，所有涉及“兩重點一重大”的化工裝置和危險化學品儲存設施要設計符合要求的安全儀表系統，我公司按要求對10萬/年苯加氫生產裝置進行了增設安全儀表系統改造。

1 10萬/年苯加氫裝置組成及工藝

山西焦化集團有限公司10萬/年苯加氫生產裝置于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、儲罐區、汽車火車裝卸站、PSA制氫和地面火炬組成。采用國際先進的KK加氫法，工藝技術成熟，產品收率高。該項目以焦爐煤氣為原料，經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，再經過三級蒸發后，進行兩級氣相加氫處理（預加氫和加氫凈化），含H2S氣體通過穩定塔分離后送出裝置。經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，非芳烴作為副產品送出裝置，芳烴分別經苯塔、甲苯塔、二甲苯塔分離出產品純苯、甲苯、二甲苯，同時副產C8、C8+餾分，生產過程具有高溫高壓、易燃易爆、有毒有害等危險。苯加氫生產裝置是我單位安全監管的“兩重點一重大”對象：氫、硫化氫、苯（含粗苯）、甲苯、二甲苯等為重點監管的危險化學品，苯精制加氫工藝為重點監管的危險化工工藝，苯精制裝置區和罐區為重大危險源，一旦發生事故危害巨大，保證苯加氫的安全穩定生產非常重要。

2 SIS安全儀表系統在苯加氫的應用

2.1 SIS系統介紹

安全儀表系統（Safety Instrumented System），簡稱SIS，

是一種經專門機構認證、具有一定安全完整性水平、用于降低生產過程風險的儀表安全保護系統。

SIS不僅能響應生產過程因超過安全極限而帶來的風險，而且能檢測和處理自身的故障，從而按預定條件或程序使生產過程處于安全狀態，以確保人員、設備及工廠周邊環境的安全。SIS獨立于過程控制系統（如DCS等），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，是安全等級高于DCS的自動化控制系統。

SIS包括安全聯鎖系統、緊急停車系統和有毒有害、可燃氣體及火災檢測保護系統等。由儀表和控制設備構成，主要包括現場檢測儀表、邏輯控制單元、現場執行裝置三部分，其中邏輯控制單元是整個控制系統的核心。通過傳感器（如各類開關、變送器等）、邏輯控制器、以及最終元件（如電磁閥、電動門等）的組合來實現自動控制保護。

2.2 應用

2.2.1 苯加氫單元危險與可操作性分析（HAZOP）

HAZOP分析目的是識別工藝或操作過程中存在的危害，識別過程偏差導致的不可接受的風險狀況，將不同工藝過程劃分為適當的節點，采用引導詞引導的方法，盡量找出偏離設計意圖的所有可能的偏差。根據工藝流程特點，本次HAZOP工作將苯加氫單元劃分為19個節點進行討論，節點與PID相對應，共分析危害場景337個，整體裝置的初始風險等級統計131個低風險（L），120個中風險（M），86個高風險（H），無極高風險。削減后風險等級風險總數為343個，變為313個低風險，14個中風險，16個高風險。對于消減后仍為高風險等級的場所，HAZOP分析小組提出了相應的31條建議措施。安全（S）28個，操作（O）1個，財產（A）2個。

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

安全完整性等級根據安全性能不同共分為1、2、3、4四個等級，SIL4具有最高安全系統完整性要求等級。SIL定級分析是對功能安全系統SIS每一個功能安全回路SIF的安全完整性等級SIL進行評定的過程。本次在HAZOP分析的基礎上分析了苯加氫單元的29個SIF回路，根據 HAZOP分析或其他風險分析的結果，審查本項目安全相關系統的安全功能要求、安全完整性要求;確認安全儀表功能，并將安全儀表系統的每個安全儀表功能進行安全完整性等級評定分析;編制SIL定級分析報告，作為進一步編制各個SIF回路的SRS功能安全規格書的輸入文件。共產生了29條建議，無SIL等級要求（A）8個，無特殊要求4個，11個SIL1，6個SIL2，無SIL3、SIL4，需特別關注的建議措施有兩條：如萃取塔進料緩沖罐（V1201）增設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;如預蒸餾塔（C9201）上T9202增設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等級為SIL1以上（含SIL1），需進行SIS改造。

2.2.3 苯加氫裝置SIL驗算

為了提高危險與可操作性分析及安全完整性等級評定項目苯加氫單元的運行安全，對苯加氫單元中安全完整性等級需求在SIL1以上（含SIL1）的SIF回路進行SIL驗算工作。

根據各個SIF回路的配置，以及檢驗測試等相關因素，對各SIF回路的平均失效概率進行了計算，并考慮各SIF回路的可靠性，而且兼顧了誤動作停車對生產的影響。這種方法不但可以減少因誤動作停車而造成的經濟損失，還可以避免因裝置頻繁跳車后重啟而引起的安全風險。

通過與SIL定級分析的目標等級進行比較后，所有回路均達到SIL等級要求。

根據SIL驗算和放感性分析的結果，因執行機構對于整個回路的平均失效概率貢獻率最大，本裝置中繼電器的使用量較多，應選用具有SIL認證的可靠性較高的繼電器，應在定檢時對繼電器觸電及底座進行檢查。在裝置的運行過程中，SIF回路配置發生變更（如：新增SIS回路，新增檢測元件、增加或減少報警設定點、電纜敷設路徑變化、執行機構中新增電磁閥等），這些變更均會影響實際的SIL等級。因此裝置運行后，應在發生重大變更時對變更的SIF回路進行再次定級并驗證在役裝置經過工藝改造、安全儀表系統的變更以及檢維修策略的變更等，其實際工藝風險也可能發生變化，因此，應當在運行期間，每5年對SIS系統進行再驗證。以確保SIS系統在整個生命周期內符合完整性要求。

2.2.4 苯加氫裝置增加SIS現場施工

經苯加氫單元危險與可操作性分析、安全完整性等級定級分析、SIL驗算階段，進入苯加氫裝置增加SIS建設階段，主要進行了DCS系統改造、SIS機柜和汽車裝車站PLC系統移位，系統單回路調試、SIS機柜內系統到繼電器聯調、39臺儀表更換接線調試、現場液位開關安裝13套儀表保護箱，DCS系統SIS系統整體調試等工作。經改造后的系統，已安全投入使用。

3 結束語

SIS屬于生產過程的自動化范疇，是保障化工裝置安全運行的重要技術措施，苯加氫裝置增設的SIS系統與基本過程控制系統并駕齊驅更好的保證人員、設備、生產和裝置的安全，取得了很好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]危洋，鄭玉時.SIS系統在大型化工裝置上的應用探討[J].自動化博覽，2016（01）：112-113.

[2]王接煥.SIS系統在化工生產裝置中的應用[J].海峽科學， 2009（7）：45-46.