先進報警管理系統在大型煤化工項目上的應用

吳德峰，楊衛強，馬 睿，韓 柳

（1.中安聯合煤化有限責任公司，安徽 淮南 232091；2.杭州和利時自動化有限公司，杭州 310016；3.中國石化工程建設有限公司，北京 100101；4.北京賽普泰克技術有限公司，北京 100012）

目前，煤化工企業廣泛使用DCS設置較多的報警點輔助生產，當異常工況發生時，會產生大量的滋擾報警，導致報警泛濫（Alarm deluge）現象的發生，致使操作員無法辨別關鍵報警，從而耽誤對異常工況的處理，導致事故發生的概率增大。

針對以上實際存在的報警管理，中安聯合、北京賽普泰克技術有限公司和杭州和利時自動化有限公司合作，在中安聯合煤制170萬噸/年甲醇及轉化烯烴項目上，對煤氣化、凈化、S-MTO、LLDPE、PP裝置，開發了報警管理系統軟件。以達到減少報警，保證裝置安全運行的目的。

圖1 流程工業典型多保護層結構Fig.1 Typical multi-protection layer structure of process industry

1 報警管理系統簡介

1.1 報警的定義

報警系統能夠對工業生產過程中的工藝類、儀表類、設備類和控制回路等進行實時監控，以此反應生產過程的運行情況，用于確保生產過程的安全性。流程工業典型多保護層結構如圖1所示。

過程報警及操作員干預層是當工藝操作偏離正常操作范圍或發生異常情況時，操作員通過采取必要的響應措施，使工藝過程返回正常范圍，避免引起安全儀表系統及其他安全保護設施動作。

1.2 實施步驟

報警管理是一個循序漸進的過程，可以參照圖2，給出報警管理生命周期各階段的活動內容，形成制度化、規范化的工程流程和考核機制，以使報警系統更高效。

2 報警管理系統架構

中安聯合報警管理系統采用兩層網絡架構：AAS DMZ網絡和AAS管理網絡。系統架構圖如圖3所示。

1）第一層AAS DMZ網絡

DCS至AAS客戶端之間，設置AAS DMZ專用網絡。AAS數據采集器通過OPC AE讀取DCS報警傳送至AAS服務器。數據僅限單向傳輸，以確保AAS系統安全。

2）第二層AAS管理網絡

AAS DMZ至AAS客戶端之間，通過防火墻傳輸信息，以確保AAS系統信息的安全。

3 報警分析功能

報警分析模塊包含非常豐富的參數定義設置，此功能允許用戶為每個報警進行單獨分析定義。參數設置允許用戶按照不同類型定義，比如按不同裝置、時間段、報警優先級、報警類型和其他類型，報警分析有定期自動生成報表和自動郵件發送功能。

圖2 先進報警管理生命周期活動Fig.2 Advanced alarm management life cycle activities

圖3 報警管理系統架構Fig.3 Alarm management system architecture

3.1 參數定義和性能分析

報警性能分析包含如下內容：

1）報警泛濫的統計

◇ 用戶定義的報警泛濫（例如，每10min10個報警）。

◇ 總體的統計數據，包括報警泛濫的時間比例、報警泛濫發生的時長、每個報警泛濫持續的時間，每次泛濫中出現的報警。

表1 D&R模塊主要內容Table 1 Main contents of D&R module

◇ 能夠排除報警泛濫中的間歇報警。

2）按報警類型的統計

報警類型一般分為高高報（HH）、高報（H）、低報（L）、低低報（LL）等。

3）按報警優先級的統計

報警優先級一般分為：第0級、第1級、第2級、第3級等。

4）按某個時間段的統計

用戶可以定義每小時、每天或每周報警數量，可以定義報警次數的上限。

5）間歇報警統計

一般1min內產生和消除3次以上的報警定義為間歇報警。

6）重復報警統計

能夠識別相關的報警；能夠排除與重復報警相關的間歇報警。

7）關聯報警統計

一般定義在15min前后，能以大于75%的概率出現的報警，稱之為關聯報警。

8）頻繁報警統計

列出最頻繁發生的報警，比如前10個報警，一般在報警削減過程中最為關注此類報警，解決TOP10報警，就能削減很大一部分報警。

4 歸檔和合理化分析功能

4.1 歸檔和合理化分析內容

報警管理軟件直接與DCS系統連接，可以直接將配置數據導出至歸檔與合理化分析模塊（簡稱D&R模塊）。D&R模塊可以給出報警的原因、后果和報警處理方法，也可以提供一個報警優先級的計算基準。D&R模塊將分析和審查每一個報警點在系統中的意義和設計的合理性。D&R模塊可以自定義部分功能，以方便靈活存儲文檔連接或者特殊設備等非標準信息。D&R模塊主要包含的內容見表1。

表2 報警優先級矩陣表Table 2 Alarm priority matrix

4.2 報警優先級的確定

報警優先級代表報警的嚴重程度，操作員應根據優先級的順序進行報警的響應操作，當多個報警同時發生時，操作員應優先響應高優先級的報警。不過，無論控制系統報出哪種優先級的報警，操作員都應關注并對其進行響應操作。報警優先級的確定需要以兩個指標為依據：后果嚴重程度和最大允許響應時間，如表2給出了報警優先級矩陣表。

綜上所述，報警優先級確定為第0～5級6個優先級，每個等級所屬的范圍如下所述：

◇ 第5級（緊急）：在輔助操作臺報出，工藝報警。

◇ 第4級（高）：在DCS顯示，工藝報警或設備停車的預報警。

◇ 第3 級（中）：在DCS顯示，工藝報警或設備停車。

◇ 第2 級（低）：在DCS顯示，工藝報警。

◇ 第1級：控制系統診斷報警。

◇ 第0級：控制系統日志記錄，不需要報出的報警信息。

5 結果展示

5.1 報警分析結果

以MTO裝置為例，給出了20190803～20190809期間，幾種分析類型的結果展示。

5.1.1 每天報警和按類型報警

圖4 展示了該時間段內每天報警數（左圖）和各個類型的報警數（右圖）。左圖可以了解每天的報警情況，有助于績效考核；右圖可以了解工藝報警、系統報警、開關量報警、聯鎖報警。操作員可以根據類型處理自己范圍內的報警，從而提高響應效率。

圖4 每天報警和按類型報警統計Fig.4 Daily alarms and alarm statistics by type

圖5 重復報警和瞬閃報警統計Fig.5 Repeated alarm and flash alarm statistics

5.1.2 重復報警和瞬閃報警

圖5 給出了兩種重要的報警（重復報警和瞬閃報警），它們均屬于滋擾報警。對于重復報警，例如7-150_LIC_4010.H和7-150_LT_4010.H，對于同一個液位檢測點，設了兩個報警，其中前者屬于控制回路報警，后者是檢測點報警，這樣就重復設置了報警，根據關注的側重點，可以取消其中一個報警，達到減少報警的目的。對于瞬閃報警，就是在很短的時間內頻繁報出的報警，這類報警極大地分散了操作員的注意力，可以通過一些延遲和死區的方法減少其報警數量，以減輕操作員的負荷。

5.2 D&R分析結果展示

煤氣化裝置和MTO裝置實施了歸檔和合理化分析，根據HAZOP報告及裝置工藝特點及運行情況，對部分報警的報警原因、驗證方法、響應動作、后果進行分析，并從經濟方面、人身方面、環境方面、最大相應時間等方面對每個報警的優先級進行了評估，實現報警管理在線化。通過歸檔和合理化分析，對在報警發生后，操作員如何響應報警提供在線操作指導功能，操作員通過報警管理系統界面可以看到報警的原因以及響應動作，極大地提高了操作員應對報警的能力。

圖6 MTO裝置每天報警數Fig.6 MTO device alarms per day

圖6 展示了該時間段內每天的報警量。MTO裝置現有操作臺是12個，達到了KPI中定義的目標。

6 總結與展望

報警系統是保障生產過程安全運行的重要環節，其核心是報警分析功能和D&R分析功能。先進報警管理系統在該大型煤化工項目實際生產中取得了明顯效果，提高了裝置的安全性和平穩性，增加了企業的效益。