大型化工項(xiàng)目罐區(qū)SIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)精編版

1、最新資料推薦大型化工項(xiàng)目罐區(qū)SIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)近年來隨著技術(shù)的發(fā)展，化工項(xiàng)目和煉油項(xiàng)目的規(guī)模越來越大，其配套的罐區(qū)也越來越大，儲(chǔ)存的介質(zhì)也越來越復(fù)雜。而不同于一般的油庫(kù)，其操作比較頻繁，誤操作可能性較大，而誤操作引起的后果也比較嚴(yán)重，給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失、對(duì)環(huán)境造成破壞。因此罐區(qū)設(shè)計(jì)中對(duì)于可燃、毒害介質(zhì)的安全控制要尤其重視。本文主要介紹了某大型化工項(xiàng)目配套罐區(qū)，根據(jù)可燃、毒害介質(zhì)的特性和儲(chǔ)存量進(jìn)行重大危險(xiǎn)源的辨識(shí)，綜合考慮安全和投資，采用獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)（ S，進(jìn)行安全控制。關(guān)鍵詞：安全儀表系統(tǒng)；重大危險(xiǎn)源辨識(shí)；罐區(qū)0 引言一直以來，化工項(xiàng)目的罐區(qū)一般根據(jù)石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，而此規(guī)范，并沒有要

2、求設(shè)置安全儀表系統(tǒng)。 但是化工項(xiàng)目的罐區(qū)不同于一般的石油庫(kù)或者儲(chǔ)備庫(kù)， 它的特點(diǎn)是：?jiǎn)喂薰奕菪?、介質(zhì)種類復(fù)雜、毒害介質(zhì)多。由于儲(chǔ)罐容量一般較小，儲(chǔ)罐的儀表設(shè)置都比較簡(jiǎn)單，介質(zhì)本身的危險(xiǎn)性往往被忽視。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，充分考慮了介質(zhì)的危險(xiǎn)性并兼顧投資要求，對(duì)于屬于重大危險(xiǎn)源介質(zhì)的儲(chǔ)罐設(shè)置了獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)（SIS） ，用于防冒罐的高高液位聯(lián)鎖控制。1 設(shè)置 SIS 系統(tǒng)的必要性化工項(xiàng)目罐區(qū)的介質(zhì)種類復(fù)雜，可燃毒害介質(zhì)多，發(fā)生事故后危害巨大。罐區(qū)一旦發(fā) 生事故，將會(huì)對(duì)上下游的工藝都產(chǎn)生影響，連帶著相關(guān)裝置都需要停產(chǎn)，損失不小。減少罐區(qū)的安全事故可以更好的保證工廠的正常生產(chǎn)，提高效益。不因節(jié)省初次投入

3、而增大事故風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)行化工項(xiàng)目配套的罐區(qū)大多采用分散控制系統(tǒng)（ DCS） 進(jìn)行操作控制及連鎖。 DCS 系統(tǒng)具有控制功能完善多樣、 易操作、 易擴(kuò)展及維護(hù)方便等特點(diǎn)， 但是并不適用于安全控制。對(duì)于化工項(xiàng)目罐區(qū)要比一般油庫(kù)操作更加頻繁，誤操作的概率就更大。這時(shí)采用一套安全性更高的、容錯(cuò)能力強(qiáng)、具有故障自診斷功能、順序事件記錄功能（SO6的安全儀表系統(tǒng)（S，就十分必要了。2011 年 8 月 5 日， 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布第 40 號(hào)令， 要求 “涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級(jí)或者二級(jí)重大危險(xiǎn)源，配備獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)（SIS） ” 。2 確定 SIS 系統(tǒng)的設(shè)置原則2.1 對(duì)儲(chǔ)罐及

4、介質(zhì)分類本項(xiàng)目共有儲(chǔ)罐55座，儲(chǔ)罐規(guī)格從2萬(wàn)立到200立大小不等，其中球形儲(chǔ)罐24座, 立式圓筒形儲(chǔ)罐31座。主要介質(zhì)涉及甲醇、乙烯、丙烯、丙烷、丁烯、己烷、剩余碳四、 剩余碳五MTBE、正丁醇、異丁醇、2-丙基庚醇、雜醇油、堿液等 20余種。2.2 對(duì)于重大危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)（GB18218-2009）,重大危險(xiǎn)源的辨識(shí)依據(jù)是物質(zhì)的危險(xiǎn)性及其數(shù)量3。單元內(nèi)存在的危險(xiǎn)物質(zhì)為多品種時(shí)，則按（1）式計(jì)算，若滿足式a,則定為重大危險(xiǎn)源：芻 +為十+位之I（ j）Q %式中：q1,q2,qn每種危險(xiǎn)化學(xué)品實(shí)際存在量，t;Q1,Q2,Qn f 各危險(xiǎn)化學(xué)品相應(yīng)的臨界量， to罐區(qū)

5、分析結(jié)果見表1。表1危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源構(gòu)成Table 1 Hazard chemical significant dangerous source要it名全險(xiǎn),半.!-貯黑名掙W型黯品古構(gòu)gift化學(xué)量，工謾大,瓶9（國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局第40甲爵0040*)WI1刑軻余, 五如MNJ已馀一船140隼.用 石如ISA也十運(yùn).粒轉(zhuǎn)如13500 -T&Nl3 Pi 已己懦鈍1內(nèi)輔和、kb%相百大危受揖伊溫加3Kl法司1*40丁烯”褊240爾也強(qiáng) 一*泊Jlhl辱已償WI70正一茴稅加異丁一120空忸岫期浦12.3確定各種介質(zhì)的重大危險(xiǎn)源分級(jí)根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定號(hào)）的要求，

6、對(duì)重大危險(xiǎn)源進(jìn)行分級(jí)2。f1=用生+四生+戶生I 0L & QJ式中：q1,q2,qn每種危險(xiǎn)化學(xué)品實(shí)際存在（在線）量（單位：噸）；Q1,Q2,Qn f 各危險(xiǎn)化學(xué)品相對(duì)應(yīng)的臨界量（單位:噸）；3 1 3 2，3 n與各危險(xiǎn)化學(xué)品相對(duì)應(yīng)的校正系數(shù)；“一該危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源廠區(qū)外暴露人員的校正系數(shù)，本項(xiàng)目區(qū)外1000m范圍內(nèi)無常住人口，故取 0.5。對(duì)本項(xiàng)目危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的分級(jí)情況見表2。表2危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的分級(jí)情況Table 2 Classification of major dangerous source of dangerous chemicalsftM 3 中 循re重大

7、危險(xiǎn)號(hào)名稱.名韓 陽(yáng) g 011位文為 解分鰥i 強(qiáng)儂用曰附水1 強(qiáng)1刈制奈解五1 雙MiO巴烷1 皿L40精甲酹1 W1飛描目1 刖輕忸乙烯L5 501用區(qū) 內(nèi)端15 150柳陶 0,5291 T1丙院1.S200建口1S 福44(1TM-i.i 訕M氫衰彩1300HI汽電鹿二垸1 皿Tl三丁醉1*BOOO洋丁好1 5ooo業(yè)雜游灌1SOO根據(jù)計(jì)算結(jié)果及下表確定罐區(qū)構(gòu)成一級(jí)重大危險(xiǎn)源，其中涉及的介質(zhì)有甲醇、甲醇水等16種介質(zhì)。對(duì)于儲(chǔ)存這些介質(zhì)的儲(chǔ)罐安全聯(lián)鎖設(shè)置獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。3儲(chǔ)罐儀表的設(shè)置一般儲(chǔ)罐儀表的設(shè)置應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)成熟、可選擇范圍廣、維護(hù)及校驗(yàn)方便、 免維護(hù)或售后

8、服務(wù)優(yōu)良等方面。結(jié)合介質(zhì)特性項(xiàng)目的投資情況、全項(xiàng)目的自動(dòng)化水平等綜 合考慮。本項(xiàng)目首先通過進(jìn)行危險(xiǎn)與可操作性（HAZOP）分析結(jié)果，確定各罐組的SIL等級(jí),根據(jù)SIL分級(jí)確定儲(chǔ)罐儀表的設(shè)置。以 1臺(tái)SIL1級(jí)的乙烯儲(chǔ)罐為例，見圖1。X加出ti就G樣底凸&，/兄麟及牌九MmGf/l95MPaGh強(qiáng)墀希2網(wǎng)斯/4MV；幃陽(yáng)麗/電概曲幃姍利/口門九出蛤即一N2 I r圖1乙烯儲(chǔ)罐PID圖Fig.1 PID ethylene storage tank該儲(chǔ)罐共設(shè)置兩臺(tái)液位計(jì)：1臺(tái)為伺服液位計(jì)、1臺(tái)為雷達(dá)液位計(jì)、1臺(tái)外貼式超聲波液位開關(guān)、1臺(tái)熱電阻、1臺(tái)壓力變送器、1臺(tái)壓力表。2 臺(tái)液位計(jì)中伺服液位計(jì)選用

9、高精度計(jì)量及用來做儲(chǔ)罐計(jì)量，雷達(dá)液位計(jì)為控制及用于與高液位開關(guān)做聯(lián)鎖，關(guān)閉罐根閥。從 PID 圖中可以看出從PID 圖中可以看出雖然增加了 SIS 系統(tǒng)，但是接入其中的信號(hào)并不多，只有一點(diǎn) AI、一點(diǎn)DI、一點(diǎn)DO。其余信號(hào)仍然在 DCS系統(tǒng)中進(jìn)行檢測(cè)及報(bào)警。設(shè)計(jì)的 SIS 系統(tǒng)具體聯(lián)鎖控制如下：當(dāng)儲(chǔ)罐的液位計(jì)或液位開關(guān)任一液位高于設(shè)定值時(shí)， SIS 系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)鎖， 關(guān)閉儲(chǔ)罐罐根切斷閥， 防止儲(chǔ)罐罐液位繼續(xù)升高， 引發(fā)冒罐危險(xiǎn)1 。4 SIS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 SIS 系統(tǒng)的設(shè)置原則罐區(qū)SIS系統(tǒng)，作為全廠 SIS系統(tǒng)的組成部分，根據(jù)裝置的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)罐區(qū)內(nèi)重要的安全聯(lián)鎖保護(hù)、緊急停車系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)

10、備聯(lián)鎖保護(hù)。 SIS 系統(tǒng)設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，設(shè)置獨(dú)立的控制器，以確保人員及生產(chǎn)裝置、重要機(jī)組和關(guān)鍵設(shè)備的安全。 SIS 系統(tǒng)的安全綜合等級(jí)根據(jù)相應(yīng)的要求進(jìn)行考慮。SIS系統(tǒng)按照DIN V VDE0801和DIN V 19250標(biāo)準(zhǔn)，采用Tu V或 AK6 安全認(rèn)證的 SIL3 級(jí)的安全可編程序控制器(Programmable Logic Controller - PLC) 完成裝置的緊急停車(EmergencyShut-Down - ESD) 和緊急泄壓(EmergencyDepression - EDP)。 SIS系統(tǒng)按照故障安全型設(shè)計(jì)，與DCS系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。SIS系統(tǒng)設(shè)工程師站，SOE

11、站，相應(yīng)的報(bào)警及操作通過輔助操作臺(tái)上開關(guān)、按鈕、聲光報(bào)警裝置和 DCS 系統(tǒng)的操作站來完成。罐區(qū)SIS系統(tǒng)具有報(bào)警事件順序記錄功能(SOE),在中央控制室和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室各設(shè)置一套工程師站，用于SIS 系統(tǒng)的組態(tài)、下裝、調(diào)試和日常維護(hù)以及報(bào)警事件順序的記錄。中央邏輯控制器、輸入 / 輸出卡件、 SIS 系統(tǒng)內(nèi)部的安全網(wǎng)絡(luò)、供電單元、與 DCS 系 統(tǒng)通信的單元均采用冗余結(jié)構(gòu)。SIS 系統(tǒng)應(yīng)配有HART 信息采集器， 用于采集現(xiàn)場(chǎng)智能儀表HART 信息， 并通訊至 AMS系統(tǒng)。SIS與DCS通信卡必須是冗余配置，且冗余的兩個(gè)通信接口不應(yīng)在同一塊通信卡上。冗余數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)應(yīng)能夠自動(dòng)切換， 并可進(jìn)行系統(tǒng)

12、診斷報(bào)警。 在切換時(shí)不允許有數(shù)據(jù)丟失。通信系統(tǒng)為控制站與控制站之間、控制器與工程師站 /SOE 工作站提供可靠的高速數(shù)據(jù)傳輸。 傳輸速率不小于100Mbps。 SIS 系統(tǒng)支持標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議， 冗余容錯(cuò)串行通信方式。 SIS 與DCS 通信協(xié)議為 MODBUS RTU 或 TCP/IP。DCS系統(tǒng)為主站，SIS系統(tǒng)為從站。所有部件都應(yīng)抗每米10毫伏場(chǎng)強(qiáng)的電磁及無線電干擾。SIS 系統(tǒng)具有時(shí)鐘同步的性能， SIS 系統(tǒng)控制器的時(shí)鐘在系統(tǒng)上電和更換時(shí)鐘卡件后，能夠自動(dòng)進(jìn)行同步。 SIS 系統(tǒng)時(shí)鐘同步信號(hào)來自于DCS 系統(tǒng)。根據(jù)石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計(jì)。 SIL3 回路

13、的現(xiàn)場(chǎng)儀表側(cè)及控制室（現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室）側(cè)配置防雷電浪涌保護(hù)器。在工廠調(diào)試完成后，有20% 已經(jīng)接好線的輸入 / 輸出 （I/O） 點(diǎn)作為備用；在端子接線柜中，有 20% 的裕量端子作為備用；在系統(tǒng)機(jī)柜中，有20% 的裕量空間用于安裝I/O 卡件。在工廠調(diào)試完成后，處理器、數(shù)據(jù)存貯器和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載最高不超過40%；電源單元的負(fù)載最多達(dá)到其能力的50%；應(yīng)用軟件和通信系統(tǒng)有30% 的擴(kuò)展能力。4.2 SIS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本項(xiàng)目采用冗余、容錯(cuò)結(jié)構(gòu)的故障安全型SIS 系統(tǒng)，安全等級(jí)達(dá)到SIL3。根據(jù)圖 2 罐區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，可見：罐區(qū)單元主要硬件設(shè)備為： 1 臺(tái)系統(tǒng)柜、 3 臺(tái)輔助柜（端子柜、繼電器柜、安全柵柜） 、 2 臺(tái) SOE 工程師站、 2 臺(tái)交換機(jī)、 1 臺(tái)打印機(jī)。圖2 SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 SIS system network diagram4.3 SIS系統(tǒng)軟件要求1）軟件組態(tài)：編程語(yǔ)言應(yīng)符合IEEC 61131-3工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2）軟件組態(tài)的安全性：采用PROM或EPROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)應(yīng)用軟件，提供防止未被授 權(quán)人員修改程序的功能。軟件應(yīng)能在線修改及下裝。3）編程軟件：工程師站用于修改控制程序