乙烯生產過程的DCS系統報警分級管理

蔡云

（中國寰球工程公司大慶石化工程有限公司，黑龍江大慶163714）

對乙烯生產過程出現的各種DCS系統報警進行分類、顯示和報告，可以幫助操作員實現有效報警管理，識別報警區域，把精力集中在操作上，正確應對各種異常狀況；減少報警數量，可以緩解操作員的壓力，縮短操作員應對事故的時間；提高工廠安全，降低發生嚴重環境事故的風險；通過對各種KPI（關鍵性能指標）的分析［1］，找到改善提高的機會；通過各種報告，鞏固和加強對報警和過程信息的分析，可以為乙烯生產提供更多的信息。通過統計梳理關鍵報警和設備故障信息，可以為事故分析、隱患整改等提供有效的資料。

1 目前乙烯生產DCS系統存在的主要報警問題

某化工廠乙烯生產采用日本YOKOGAWA公司CS3000系列DCS系統，現狀是報警很多，經常出現報警泛濫狀況；有些關聯報警，一旦觸發報警就是幾個甚至十幾個報警同時報，有的是瞬閃報警，每次觸發只報短短幾秒鐘又恢復正常，有的陳舊報警，參數一直處于報警狀態，長時間沒有恢復正常，有的是間歇報警，一段時間內反復出現報警。

目前的DCS系統報警管理大多處于失控狀態，很多報警參數是否合理沒有專門的分析，報警優先級沒有劃分，不管輕重緩急，所有報警都是一樣的報警提示，報警擱置沒有進行專業的管理，多工況報警沒有設置，很多報警參數與工況不符。

該化工廠2套乙烯裝置在未引入報警管理系統實施報警分級管理時的單個月份的DCS系統的報警數量統計見表1。

表1 未引入報警管理系統時DCS系統的報警數量統計

大量的異常報警如不能加以有效控制，勢必導致乙烯生產的操作工負荷過重，頻繁的報警處理不過來，只能把報警忽略掉，或者擅自把報警非法抑制，這就導致真正發生危險的時候，重要的報警沒有報，或者是報警提示被忽視，從而造成非常嚴重的事故［2］。

2 實施DCS系統報警分級管理的要求及目標

2.1 DCS系統報警分級管理的指標要求

參照工業設備和材料用戶協會（EEMUA）于1998年發布的EEMUA191關于DCS系統報警管理的行業指南，美國儀表自動化協會（ISA）和國際電工協會（IEC）于2009年和2014年發布的ANSI/ISA 18.2和IEC62682關于流程工業的報警系統管理標準中明確了典型KPI指數：（1）平均報警數量不超60個/h；（2）報警數量最大不超600個/h［3］。

2.2 DCS系統報警分級管理的終極目標

DCS系統報警必須要引起操作人員的響應動作；不需響應的均不需要；報警分級管理解決的問題包括報警泛濫、報警設置管理失控、操作員負荷過重，錯過重要報警，導致非計劃停工［4］。

管理手段：報警統計分析（發現不合理報警）、報警歸并（減少關聯報警、重復報警）、報警擱置、多工況報警、報警審計（發現不合理的報警修改）。

3 DCS系統報警分級管理需要重點推進工作

（1）制訂、修改和完善DCS系統報警分級管理系統規范；（2）收集報警數據并評估控制系統的報警性能；（3）篩查不合理的報警組態和參數設置并制定出消除措施；（4）報警歸檔與合理化分析（D&R）；（5）報警分級管理系統實施報警審查和報警強制；（6）報警分級管理系統進行實時報警管理；（7）報警分級管理系統的變更管理與維護。

3.1 前期準備

組織編制各類報警設置、報警響應、管理、維護等管理內容與要求。（1）報警是指在生產過程中工藝偏離、設備故障或其它異常狀態下，通過視、聽感官形式或其它消息形式通知相關人員進行關注或響應的信息；（2）過程報警是指（壓力、流量、液位、溫度等）工藝參數超出裝置工藝包設計要求導致的報警；裝置運行過程中（振動、位移、溫度、壓力等）轉動設備關鍵參數超出設備良好運行狀態指標范圍導致的報警；環保監測數據等超出有關條文規定范圍導致的報警；（3）安全報警是指有毒氣體、可燃氣體、煙霧感測器、火焰檢測器等安全儀表的報警；（4）維護報警是指裝置儀表故障等原因導致的報警；（5）系統報警是指DCS系統出現的通訊錯誤以及系統軟、硬件故障等導致的報警；（6）提示性報警是指不會立即導致產品中斷、設備損壞、安全環保等事故的報警，只用來提醒操作人員進行參數調整；（7）預設報警值是指DCS系統的模擬變量超出某個變化范圍的報警；（8）報警泛濫是指報警率高，操作人員無法處理的情況。

3.2 報警分級

為實施乙烯生產DCS系統報警分級管理，避免工藝操作人員因報警泛濫無法及時進行工藝操作調整，按報警后果和響應時間，將乙烯生產DCS系統報警分為3級，見表2。

表2 DCS系統報警分級方法

1級報警是指嚴重事件報警，會影響裝置的正常運行，一旦報警出現，相關責任人員需立即采取應急處置措施。如不及時處置，將會造成嚴重后果。這些報警可觸發的事件諸如：封閉區域的火災、可燃有毒氣體報警、一級聯鎖保護報警等等。

2級報警是指重要事件報警。裝置正常運行時發生某些重要變化，同樣需要相關人員進行重點關注甚至采取必要的措施。如不能及時進行關注，有可能觸發2、3級聯鎖保護動作、引起重大設備損壞、環保指標超標報警等。

3級報警是指一般提示性報警。報警發生后，如果一直未確認或處理，也會對裝置正常運行產生一定影響。這些報警可觸發的事件諸如過濾器壓差高等工藝條件超出正常操作范圍的報警。

工藝、設備管理部門應綜合考慮裝置實際，組織對所有報警進行科學、合理、明確的等級劃分，編制裝置報警臺賬。臺賬的內容應包括儀表位號、儀表名稱、預設報警值及報警級別［5］。

3.3 報警顯示

為使報警更利于監控和識別，采取字體顏色及報警聲音將DCS系統給級別報警進行區分，每級報警采用唯一的字體顏色和唯一的報警聲音，各級報警顏色和聲音設置見表3。

表3 各級報警顏色和聲音設置

在報警信息未被確認前，報警信息會在DCS系統報警欄中一直閃爍，并發出相應的報警聲音；經過確認后，閃爍停止，同時，報警聲音消失。

3.4 預設報警值的設定

觸發聯鎖保護的DCS系統報警值應依據工藝操作原理或經審批后的變更文件進行設定；安全報警的預設報警值應根據相關安全要求設定；提示性報警的預設報警值根據裝置運行需求設定。各級各類報警的預設報警值應隨裝置操作規程、工藝卡片、內控指標等的修訂而進行動態修訂。

3.5 報警響應

DCS系統報警信息一經產生，操作人員應快速識別、確認并采取必要調整措施。無法確認、處理的，應立即通知班長、管理或技術人員及時處理。

4 DCS系統報警分級管理的實施方法

當DCS系統1、2級異常報警時，操作員應及時登記，與班長對報警原因進行初步分析，并采取處理措施；技術員下班前應對當日異常報警內容、報警原因分析及處理措施進行審查、答復；生產主任下班前應對異常報警登記表內容進行審核。

車間應指定專人統計、匯總當日發生的1、2級異常報警及其原因分析、處理措施，跟蹤異常報警問題的閉環管理情況。2級以下異常報警由車間掌握；1級異常報警必須向分廠調度室匯報；特別是對裝置安全生產影響較大的異常DCS報警應及時上報有關部門，再由有關部門及時組織進行專項分析、處理。異常報警管理流程見圖1。

圖1 異常報警管理流程

5 報警分級管理實施及效果評估

該廠2套乙烯生產的DCS報警分級管理利用YOKOGAWA報警報告和分析（Exaquantum/ARA）軟件來獲取警報和事件消息并處理來自ICSS的數據。數據存儲在單個數據庫中，通過web頁面來顯示和分析數據。Exaquantum/ARA作為ICSS的1個組成部分，獨立于連接的系統(如DCS、SIS、FGS等)運行。Exaquantum使用DCOM與進程層進行通信。業務IT需求指定是否允許從業務級連接到連接到流程級的系統。系統架構見圖2。

圖2 DCS報警系統架構

通過對1、2級報警狀況進行分析，按照報警情況及發生原因類型可以歸納為4類。（1）工藝操作問題，如工藝參數調整偏離報警設置值、工藝波動造成的報警等；（2）設備故障，如密封油壓力低、機組振動導致的報警；（3）儀表問題，如變送器故障、SIS通訊造成的信號失效等；（4）報警值設置問題，如報警優先級、上下限設置不當造成的報警等。

結合DCS系統報警分級管理的指標要求和分級管理方法，報警核心管理人員應與儀表相關技術人員對ARA報警管理系統內報警日報表中的TOP10報警組織進行分析，識別出報警相關的位號以及占總報警的比例，對排名靠前的優先解決，對于無法立即解決的，先按變更管理原則進行抑制，直至該報警得到解決。技術人員負責組織分析DCS系統頻繁報警發生的原因，由于報警參數設置不當造成的可通過上下限和優先級優化設置或調整報警延時、死區設置進行解決。

自2020年1月利用橫河ARA報警管理系統開展報警分級管理優化后，2套乙烯裝置的報警典型KPI指數得到了優化。至2020年7月，月報警總數量由58萬多個（約800個/h）降至15萬多個（約200個/h），降幅達74%，ARA報警管理系統投用成效顯著。而且，該ARA報警管理系統仍在持續優化中。

6 結論

引入ARA報警管理系統實施乙烯生產DCS系統報警分級管理，對各種報警進行分類，顯示和報告，可實現有效報警管理和識別報警區域：減少報警數量，可緩解操作員壓力，縮短應對事故的時間；提高工廠安全，降低發生嚴重環境事故的風險；通過對各種報警信息KPI（關鍵性能指標）的分析，采取相應手段，找到改善機會；通過各種報告，加強對報警和過程信息分析，為生產提供信息；通過統計梳理關鍵報警和設備故障信息，為事故分析、隱患整改等提供有效的資料。