1.項目背景

      2017年11月安監總局發布了安監總管三〔2017〕121號文件《化工和危險化學品生產經營單位重大生產安全事故隱患判定標準（試行）》中的第5條明確要求指出：“涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級、二級重大危險源的危險化學品罐區未配備獨立的安全儀表系統”。罐區通過配置獨立的SIS，增加聯鎖保護控制系統的可靠性，有效防止因聯鎖保護回路失效導致危險的事件或發生事故。由于是舊罐區增加SIS的改造項目，所以在項目設計的初期，需要提前考慮兼顧的因素更多，設計方案更需慎重和全面。

 

2.SIS工程項目前期準備

(1)危險與風險分析

      針對涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級、二級重大危險源的危險化學品罐區組織了危險與風險分析，我們采取的技術方法是危險與可操作性研究HAZOP，確認風險因素和導致的嚴重后果。在重大危險源罐區生產應用中，一般都會采取不同的安全措施來防止危險事情的發生或者降低其后果，這樣單一保護層的失效不會導致嚴重的后果。通過HAZOP分析，如果現有保護層不能滿足安全生產的要求，導致發生事故出現企業不能承受的嚴重后果概率較大，此時，則有必要增加多一層來降低風險。

 

      此次屬于舊罐區改造，我們具體的操作辦法是在原來HAZOP分析的結果基礎上，結合后來相關變更，重新組織討論，形成新的HAZOP分析報告，以作為罐區增加配置獨立的SIS系統的依據。

 

(2)風險等級評估

      根據HAZOP分析報告，針對需要增加保護層的罐區，在設計SIF回路前，首先要確認罐區風險等級評估。一般情況，會根據國家的標準或企業的標準來計算所需的風險等級。現階段很多企業沒有應用的經驗，所以一般沒有明確的計算標準，此時大多數是根據國家的標準進行計算評估。有些企業有明確標準的，原則上一般要求都高于國家標準。此計算的過程較為復雜，而且有些因數采取的是設備在工業大量及長期應用得出的經驗數值，計算的團隊需要豐富的工廠應用經驗。

 

(3)SIS的設計及選型

      SIS系統是由現場傳感器、變送單元、邏輯控制單元、執行器等主要儀表設備構成。從項目投資的成本、施工周期和兼顧日常生產等因素考慮，SIS設計方案需考慮滿足多方面的要求。結合這些要求先完成安全要求規格書，相當于SIS基礎設計文件，具體包含安全功能、安全完整性的設計要求，以及軟件的安全要求等。

 

      SIS設備的選型一般采取兩個原則：基于經驗使用和相關標準認證。一般情況下，對于現場單一儀表選型，采用經驗使用的原則具有可行性，但是對于較為復雜的邏輯控制器等設備，采用經驗使用的原則并不可行，一般基于IEC61508認證[1]。

 

(4)SIF的SIL評估

      SIS工程項目中非常基本的單位是SIF（安全儀表功能），大概示意圖如圖1。

      每個SIF至少包含傳感器、控制器和執行器組成。非常終的SIF是否達到預期的SIL要求，則需要對SIL進行評估計算。SIF的SIL評估，通常須滿足兩個要求：

 

      ①評定SIS子系統滿足了“結構約束”要求，即子系統或設備的容錯能力對所能達到的SIL水平的限制，原則上可通過兩個參數去判定：硬件故障裕度（HFT）和安全失效分數（SFF）。

 

      ②對每一個SIF進行PFD avg的值計算，確認PFD avg的值低于安全要求規格書中指定的目標值。對于PFD avg值的計算方法，在工程應用上，常采用故障樹分析、馬爾可夫分析等[2]。

 

3.SIS系統應用的配置

(1)SIS系統的硬件配置

      例如某煉廠目前液態烴球罐現有的主要儀表配置是1臺球罐配套1臺、1臺伺服液位計、2臺超聲波液位開關和1臺緊急切斷閥。現有的伺服液位計采用的是總線通訊信號方式，其余儀表采用的是硬接線4-20mA或開關量信號。如果在新建的液態烴罐區，安全儀表聯鎖回路一般建議采取3取2的聯鎖控制回路，但由于本次的應用是在舊罐區基礎上改造，受現場儀表信號傳輸等限制，安全儀表聯鎖回路采用利舊現場超聲波液位開關和緊急切斷閥，高高超聲波液位開關聯鎖觸發關斷緊急切斷閥，起到保護罐的作用。控制系統則采用Tricon控制系統，其控制系統主要包含：Tricon主系統、工程師/SOE站、操作站、輔助操作臺和報警器等。具體的系統硬件架構圖如圖2。

SIS控制系統的硬件主要特點如下：

      ①SIS系統獲得TUV AK5/AK6級安全認證，可靠性高。

      ②采取了三重模件冗余結構（TMR），提高系統容錯能力，相對于DCS和PLC等其它的生產控制系統，SIS系統具備更加高的安全性、可靠性和靈活性。

 

      ③每一I/O模塊都有三條獨立的分電路，相對于常規DCS系統配置，消除因硬件故障造成的誤停車，即使存在任何單一故障也不影響整體，真正意義上實現無需系統停車可在線維修。

 

(2)SIS系統的軟件配置

      SIS系統采用的是TriStation 1131軟件，支持TRICON/TRIDENT各個版本控制器。該軟件按IEC1131標準開發，TriStation 1131程序支持四種語言：函數方塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、結構文本（ST）、因果矩陣(CEM)。其中上面三種語言（FBD，LD和ST）完全符合IEC1131國際標準。SIS控制系統的軟件主要特點如下。

 

      ①支持離線仿真與監控。

      ②支持在線程序監控和修改。

      ③對系統中的每一個硬件進行循環診斷。

      ④符合IEC 1131標準的系統支持軟件。

 

4.SIS的現場管理

SIS系統正常投用后，并不代表確保安全儀表功能yongjiu安全，也是需要現場管理。

(1)SIS的現場管理大體內容

      ①SIS的現場操作和維護。

      ②SIS開車前的安全審查。

      ③SIS的功能安全審核，確保系統能力，周期性（一般3-5年）的系統性和獨立性的審查。

      ④SIS的檢驗測試和巡檢。

      ⑤SIS的變更管理。

      ⑥SIS的信息和文檔備份存檔工作。

      ⑦其它相關儀表保護措施管理。

      ⑧在役SIS的安全完整性評估和改進。

      ⑨SIS的停用。

 

(2)SIS現場操作和維護的核心工作

SIS現場管理的總體目標應該是確保在操作和維護期間，每個SIF所要求的SIL持續保持。總體要求如下：

      ①制定操作和維護計劃。不同的SIL等級，應有不同的維護策略。

      ②建立操作和維護規程，規程應包括由于維修和測試等旁路或降級狀態時的補償措施，非常大允許的旁路或降級的時間，操作限制等。

      ③所有的旁路狀態應留存記錄和狀態顯示，獲得審批手續后方可執行旁路動作。

      ④建立定期檢驗測試規程，規程應包括對檢驗測試有效性的評估。檢測的頻率應根據各種因素（例如歷史測試數據、工程經驗等）有所調整。

      ⑤建立和不斷完善SIS相關儀表設備的安全性能監控體系，做好預防性維護工作。

      ⑥建立備品備件管理規程。

      ⑦操作人員和維護人員應完成相關培訓。

 

5.結論

      本次改造是在罐區原有儀表配置的基礎上，企業首次在重大危險源罐區配備獨立的安全儀表系統，在液態烴球罐實現了成功的推廣應用。從2018年底投用至今，系統運行安全、穩定、可靠，確保了安全儀表聯鎖回路起到了至關重要的一層保護作用。此成功的工程應用案例，將會為其它企業后期的罐區改造或者改擴建項目提供很好的工程經驗借鑒。