安全儀表系統(tǒng)(SIS)在焦?fàn)t煤氣制甲醇行業(yè)的應(yīng)用

張 凱

(山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司，山西 太原 030000)

引 言

以焦?fàn)t煤氣為原料生產(chǎn)甲醇時目前較為普遍的一種煤氣利用方式，且具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)可行的特點(diǎn)。為了保證焦?fàn)t煤氣制甲醇生產(chǎn)的安全性，必須設(shè)置獨(dú)立的SIS系統(tǒng)。

1 SIS系統(tǒng)的簡述

SIS是一套安全系統(tǒng)，它由檢測元件(如各類開關(guān)、變送器等)、邏輯運(yùn)算器、以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如電磁閥、電動門等)的組合組成。SIS系統(tǒng)是獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)設(shè)置的，在正常生產(chǎn)狀況下處于備用狀態(tài)，當(dāng)過程控制系統(tǒng)失效時，SIS系統(tǒng)會開始工作，并將化工反應(yīng)工況控制在安全的工藝指標(biāo)下，最大程度地降低事故的發(fā)生。

2 焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝

焦?fàn)t氣制甲醇生產(chǎn)工藝可分為：焦?fàn)t煤氣壓縮、H2、CO、CO2轉(zhuǎn)化、甲醇合成氣壓縮、甲醇合成、精餾。焦?fàn)t煤氣經(jīng)壓縮后，經(jīng)脫硫后送入轉(zhuǎn)化爐，與蒸汽混合反應(yīng)后生成甲醇合成氣，合成氣再經(jīng)過壓縮后送入甲醇合成塔，經(jīng)反應(yīng)合成粗甲醇，粗甲醇經(jīng)精餾工序除去各類雜質(zhì)后得到精甲醇，最終送至產(chǎn)品儲罐。

3 控制要求

3.1 焦?fàn)t氣壓縮機(jī)聯(lián)鎖

壓縮機(jī)的安全運(yùn)行是整個生產(chǎn)的關(guān)鍵，壓縮機(jī)設(shè)有獨(dú)立的聯(lián)鎖保護(hù)，包括對于壓縮機(jī)本體參數(shù)的檢查與判斷，設(shè)置聯(lián)鎖開關(guān)的目的。

3.2 甲醇合成塔汽包液位三沖量控制

鍋爐汽包水位控制的主要工藝控制指標(biāo)為：鍋爐汽包水位、鍋爐進(jìn)水流量、鍋爐蒸汽流量(三沖量)。此外為了提高控制的精度，將鍋爐蒸汽負(fù)荷和給水流量作為輔助沖量。

3.3 比值控制

甲醇生產(chǎn)中包含常用的一些比值控制，如燃料氣與空氣、焦?fàn)t氣與蒸汽、氧氣與蒸汽等，其中參考量為燃料氣、焦?fàn)t氣、氧氣，只有測量值沒有調(diào)節(jié)，被調(diào)量空氣和蒸汽分別組成調(diào)節(jié)回路。參考量與比值系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，得出相應(yīng)的被調(diào)量的回路給定值，回路以此來進(jìn)行被調(diào)量的調(diào)節(jié)，從而可以保持兩種氣體流量之比為K(比值系數(shù))。

對以上的比值控制，在程序設(shè)計時設(shè)定了個比值投入按鈕，當(dāng)按鈕投入時，進(jìn)行比值調(diào)節(jié)，當(dāng)未投入時，單回路控制。

4 SIL定級要求

4.1 LOPA分析

保護(hù)層分析(LOPA)必須滿足以下三個原則：有效性、獨(dú)立性、可審核性。

4.2 部分回路分析結(jié)果

見第134頁表1所示。

5 SIS系統(tǒng)配置

SIS系統(tǒng)實(shí)際的安裝使用中，應(yīng)當(dāng)保證SIS系統(tǒng)設(shè)置于現(xiàn)場機(jī)柜室內(nèi)，并配置獨(dú)立的控制器。同時，要在系統(tǒng)內(nèi)部配置輔助操作臺、實(shí)時數(shù)據(jù)通訊設(shè)備、聲光報警器等。完成調(diào)試后，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存儲器的負(fù)載穩(wěn)定在40%以內(nèi)；電源負(fù)載穩(wěn)定在50%以內(nèi)；通信系統(tǒng)擴(kuò)展能力穩(wěn)定在30%以內(nèi)[1]。

表1 回路分析結(jié)果表

5.1 控制站配置

為了保證控制的可靠性，控制器進(jìn)行冗余設(shè)計，并處于熱備狀態(tài)。

5.2 各工段操作站配置

轉(zhuǎn)化3臺、壓縮合成3臺、精餾3臺、公用1臺。

5.3 IO點(diǎn)配置原則

控制回路AI、AO、聯(lián)鎖輸入輸出信號均冗余，其余IO點(diǎn)不冗余。IO卡件采用了全智能化設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了控制站內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞的數(shù)字化。卡件采用專用的工業(yè)級、低功耗、低噪聲微控制器，負(fù)責(zé)該卡件的控制、檢測、運(yùn)算、處理、傳輸以及故障診斷等工作。

5.4 安全柵

對于有防爆要求的場所與無防爆要求的場所之間進(jìn)行信號傳遞，安全柵作為限制電路能量的有效方式，可解決爆炸危險場所對于電氣防爆等級的要求[2]。

根據(jù)隔爆原理分齊納柵和隔離柵，齊納柵采用冗余齊納管限能電路結(jié)構(gòu)將輸出電能量限制在規(guī)定范圍。而隔離柵通常是通過輸入/輸出及電源三端口的隔離，回路限能來限制回路電能量。

5.5 網(wǎng)絡(luò)

控制網(wǎng)冗余、操作網(wǎng)非冗余，系統(tǒng)采用光纖構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)。

5.6 數(shù)據(jù)策略

各工序之間數(shù)據(jù)可互相監(jiān)視但無權(quán)操作其它工序。

6 SIL驗(yàn)證

本次SIL驗(yàn)證采用馬爾可夫模型計算PFDavg(要求時的平均失效概率)及STR(誤動作停車概率)，收集相關(guān)元器件的SIL證書。

部分回路驗(yàn)算結(jié)果，如表2所示。

表2 回路驗(yàn)算結(jié)果表

7 結(jié)語

焦?fàn)t煤氣制甲醇裝置引入SIS系統(tǒng)，可有效地降低過程控制系統(tǒng)失效對甲醇生產(chǎn)過程的影響，一定程度上降低事故發(fā)生的可能性，可在甲醇生產(chǎn)和人們生命財產(chǎn)安全之間筑起一道防護(hù)墻。此外，應(yīng)在SIS系統(tǒng)的設(shè)計、施工、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等階段關(guān)注SIS系統(tǒng)的安全完整性等級。