兩重點一重大自動化

1、.危險化學(xué)品兩重點一重大的自動化控制和緊急停車系統(tǒng)一、概述：眾所周知,化工生產(chǎn)、儲存過程中的介質(zhì),多為危險化學(xué)品,有著易燃、易爆、毒性、腐蝕性的特點；并且多在高溫、高壓條件下操作。特別是大型化工裝置,如：煉油廠、化肥廠等對自動化控制和安全聯(lián)鎖要求很高,一旦忽視此,即容易造成事故。例如：美國德克薩斯煉油廠3.23事故即為此例！1.美國德克薩斯煉油廠火災(zāi)爆炸事故概述：20XX3月23日中午1時20分左右,英國石油公司BP美國德克薩斯煉油廠的碳?xì)浠衔镘囬g發(fā)生了火災(zāi)和一系列爆炸事故。15名工人被當(dāng)場炸死,170多人受傷。許多裝置被毀,爆炸波及周圍8平方公里的范圍,造成重大損失。爆炸的發(fā)生是由于操作人

2、員向分餾塔中過量進(jìn)料并過度加熱分餾塔造成的,當(dāng)爆炸發(fā)生時,分餾塔內(nèi)的液位幾乎超過正常值的20倍,分餾塔上的兩套液位指示報警均失效！同時裝置開車時水蒸汽或N2使塔內(nèi)壓力突然升高,使大量液態(tài)烴進(jìn)入臨近放空塔,從塔頂泄出,遇到發(fā)動著的汽車點火源發(fā)生燃燒和爆炸！2.近年來國家安全生產(chǎn)監(jiān)管總局多次發(fā)布相關(guān)文件對危險化學(xué)品兩重點一重大自動化控制和緊急停車系統(tǒng)提出了嚴(yán)格要求,詳細(xì)敘述如下：二、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求1.安監(jiān)總管三201287號文關(guān)于開展提升危險化學(xué)品領(lǐng)域本質(zhì)安全水平專項行動的通知在其工作目標(biāo)中提到：全面完成涉及重點監(jiān)管危險化工工藝的化工裝置、涉及重點監(jiān)管危險化學(xué)品的生產(chǎn)儲存裝置和重大危險源以下統(tǒng)稱兩

3、重點一重大的自動化控制系統(tǒng)改進(jìn),本質(zhì)安全水平得到明顯提升；對未經(jīng)過正規(guī)設(shè)計的在役化工裝置進(jìn)行安全設(shè)計診斷,全面消除安全設(shè)計隱患。在其重點任務(wù)中要求加快涉及兩重點一重大企業(yè)的自動化控制系統(tǒng)改進(jìn)工作。2.第一個重點是：重點監(jiān)管的危險化工工藝。120XX安監(jiān)總管三2009116號文國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知中列出了15種重點監(jiān)管的危險化工工藝裝置要在20XX底前全面完成自動化控制系統(tǒng)改造。這15種重點監(jiān)管的危險化工工藝為：eq oac光氣及光氣化工藝；eq oac電解工藝氯堿；eq oac氯化項目；eq oac硝化工藝；eq oac合成氨工藝；eq oac裂解裂化工

4、藝；eq oac氟化工藝；eq oac加氫工藝；eq oac重氮工藝；eq oac氧化工藝；eq oac過氧化工藝；eq oac胺基化工藝；eq oac磺化工藝；eq oac聚合工藝；eq oac烷基化工藝。116號文中詳細(xì)地說明了這15種的典型工藝、重點監(jiān)控的工藝參數(shù)、安全控制的基本要求和宜采用的控制方式。對此,XX省安監(jiān)局、發(fā)改委、工信委、住建廳四單位聯(lián)合發(fā)出了關(guān)于印發(fā)XX省提升危險化學(xué)品領(lǐng)域本質(zhì)安全水平專項行動實施方案的通知黑安監(jiān)聯(lián)字20129號文。截止目前,我省59個在役重點監(jiān)管危險化工工藝裝置已全部完成了自動化改造工作。2今年安監(jiān)總管三20133號文國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布第二批重點

5、監(jiān)管危險化工工藝目錄和調(diào)整首批重點監(jiān)管危險化工工藝中部分典型工藝的通知中又補(bǔ)充了3個危險化工工藝：eq oac新型煤化工工藝；eq oac電石生產(chǎn)工藝；eq oac偶氮化工藝。調(diào)整了8個重點監(jiān)管的危險化工工藝。3號文中詳細(xì)地說明了這些典型工藝、重點監(jiān)控的工藝參數(shù)、安全控制的基本要求和宜采用的控制方式。文中要求涉及第二批重點監(jiān)管危險化工工藝的化工企業(yè)在20XX底前完成自動化改造工作。到目前需要重點監(jiān)管的危險化工工藝已達(dá)18個。3.第二個重點是：重點監(jiān)管的危險化學(xué)品名錄。120XX,安監(jiān)總管三201195號文國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化學(xué)品名錄的通知中列出了氯、氨等60個重點監(jiān)管的

6、危險化學(xué)品名錄,同時要求相關(guān)企業(yè)裝備功能完善的自動化控制系統(tǒng)。同年安監(jiān)總管三2011142號文中給出了首批重點監(jiān)管的危險化學(xué)品安全措施和應(yīng)急處理原則。2今年又公布了安監(jiān)總管三201312號文第二批重點監(jiān)管危險化學(xué)品名錄的通知。列出了氯酸鈉、氯酸鉀等14個重點監(jiān)管的危險化學(xué)品名錄,同時給出了安全措施和應(yīng)急處置原則。文件還要求相關(guān)企業(yè)積極開展涉及重點監(jiān)管危險化學(xué)品的生產(chǎn)、儲存設(shè)施自動化監(jiān)控系統(tǒng)改造提升工作,高度危險和大型裝置要依法裝備安全儀表系統(tǒng)緊急停車或安全聯(lián)鎖并確保20XX底前完成。4.一重大是：危險化學(xué)品重大危險源。120XX發(fā)表了危險化學(xué)品重大危險源辨識GB18218-2009。標(biāo)準(zhǔn)的全部

7、技術(shù)內(nèi)容為強(qiáng)制性的。220XX國家安監(jiān)總局第40號令做出了危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定,此規(guī)定第三章第十三條要求：一重大危險源配備溫度、壓力、液位、流量、組分等信息的不間斷采集和檢測系統(tǒng)以及可燃?xì)怏w和有毒有害氣體泄漏檢測報警裝置,并具備信息遠(yuǎn)傳、連續(xù)記錄、事故預(yù)警、信息存儲等功能；一級或二級重大危險源,具備緊急停車功能。記錄的電子數(shù)據(jù)的保存時間不少于30天。二重大危險源的化工生產(chǎn)裝置裝備滿足安全生產(chǎn)要求的自動化控制系統(tǒng)；一級或二級重大危險源,裝備緊急停車系統(tǒng)ESD。三對重大危險源中的毒性氣體、劇毒液體和易燃?xì)怏w等重點設(shè)施,設(shè)置緊急切斷裝置；毒性氣體的設(shè)施,設(shè)置泄漏緊急處理裝置。涉及毒性

8、氣體、液化氣體、劇毒液體的一級或二級重大危險源,配備獨立的安全儀表系統(tǒng)SIS。四重大危險源中儲存劇毒物質(zhì)的場所或者設(shè)施,設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)。以上措施可以有效地保證重大危險源的安全?；どa(chǎn)、儲存裝置中的自動化控制與緊急停車系統(tǒng)。下面就以上相關(guān)文件中對于兩重點一重大提出的自動化控制和緊急停車系統(tǒng)做個介紹：概述：1.自動化控制定義：利用自動化儀表對工藝過程中的參數(shù),如：溫度、壓力、物位、流量、成分等進(jìn)行監(jiān)測和控制。2.自動化是保證生產(chǎn)裝置生產(chǎn)安全操作、平穩(wěn)運(yùn)行、提高效率高產(chǎn)、低耗的基本條件和重要保證。工業(yè)自動化儀表技術(shù)包括生產(chǎn)工藝過程中各種工況的檢測、轉(zhuǎn)換、顯示和控制。3.自動化儀表的分類：自動化儀

9、表可簡單地分為檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、執(zhí)行器四大類。如圖所示： 檢 測 儀 表 流量 壓力 物位 溫度 成分分析 顯 示 儀 表控 制 儀 表指示儀記錄儀累計器信號報警器屏幕顯示器基地式調(diào)節(jié)器氣動單元組合儀表電動單元組合儀表集散型控制系統(tǒng)DCS可編程控制器PLC可編程調(diào)節(jié)器工業(yè)控制機(jī)IPC組裝式儀表計算機(jī)控制系統(tǒng)安全控制系統(tǒng)FSC執(zhí)行器氣動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥4.自動化儀表的主要品質(zhì)要求：eq oac精確度：測量值與實際值的誤差大小。eq oac靈敏度：表示儀表對被測介質(zhì)的參數(shù)變化的靈敏程度。eq oac變差等。5.工業(yè)控制儀表的發(fā)展：工業(yè)自動化儀表已從模擬儀表技術(shù)真正步入數(shù)字化和智能化技術(shù)

10、領(lǐng)域。1模擬儀表：包括基地式儀表,單元組合儀表氣動、電動和組裝式儀表。eq oac基地式儀表：此儀表是把測量、顯示、調(diào)節(jié)所有功能組裝在一塊儀表內(nèi)。是工業(yè)自動化儀表早期發(fā)展的產(chǎn)物,現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。eq oac單元組合儀表：國內(nèi)生產(chǎn)的單元組合儀表主要為電動單元組合儀表DDZ-型已淘汰,DDZ-型和氣動單元組合儀表QDZ-。2數(shù)字式控制儀表：包括智能數(shù)字化儀表、集散型控制系統(tǒng)DCS,可編程控制器PLC及工業(yè)控制計算機(jī)IPC等。eq oac智能數(shù)字化儀表：是利用微處理技術(shù)制成的一臺數(shù)字化儀表,可以對被測參數(shù)進(jìn)行測量、顯示及控制,多用于小型裝置或輔助生產(chǎn)裝置,如水處理裝置、換熱站等。eq oac集散型

11、控制系統(tǒng)DCS作為當(dāng)代先進(jìn)科技結(jié)晶的集散型控制系統(tǒng)DCS,自1975年問世以來,經(jīng)過30多年的改進(jìn)、發(fā)展,已經(jīng)成為一種相當(dāng)成熟的控制儀表。DCS的重要特點是把過程控制、監(jiān)視、信息管理有機(jī)地結(jié)合在一起,采用開放系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議,解決了不同廠家產(chǎn)品設(shè)備的互聯(lián)問題。由于采用了功能強(qiáng)大的工作站和32為微處理器,增加了程控、批量控制的能力。新一代的DCS更注重于信息網(wǎng)絡(luò)和管控一體化,技術(shù)特點體現(xiàn)在：a.單元結(jié)構(gòu)功能齊全；b.完善的控制功能；c.豐富的窗口技術(shù)；d.速度510Mbps的局域網(wǎng)通訊；e.采用通用化的UNIX或Windows操作系統(tǒng),資源共享,信息集中管理,管控一體化；f.采用冗余、容錯技

12、術(shù),故障自診斷技術(shù),可靠性高；g.組合靈活,擴(kuò)展方便?，F(xiàn)代DCS的基本設(shè)計思想是信息集中、控制分散、配置靈活、組態(tài)方便。eq oac可編程控制器PLC可編程控制器PLC是與DCS同期發(fā)展并取得廣泛應(yīng)用的數(shù)字式控制儀表。PLC早期開發(fā)的目的是為了取代繼電器,實施程序邏輯控制。通過編程進(jìn)行邏輯運(yùn)算,大大地提高靈活性。PLC進(jìn)行邏輯運(yùn)算速度非?？?在邏輯控制上明顯占有優(yōu)勢。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,PLC自身也在不斷提高技術(shù)性能,拓寬應(yīng)用范圍。多數(shù)PLC采用高性能處理器及實時多任務(wù)操作系統(tǒng),在更快速地進(jìn)行邏輯控制的同時也普遍增加回路控制功能,向DCS應(yīng)用領(lǐng)域滲透?，F(xiàn)代的PLC技術(shù)特點是：功能齊全邏輯控制

13、,回路控制；網(wǎng)絡(luò)通訊功能增強(qiáng)；具有豐富的圖形顯示功能；編程標(biāo)準(zhǔn)化有利于PLC系統(tǒng)開放化。eq oac工業(yè)PC機(jī)：近年來,工業(yè)自動化領(lǐng)域另一項發(fā)展很快的數(shù)字控制儀表是工業(yè)PC機(jī)控制IPC。IPC采用的是通用的微處理器CPU,可以具有很強(qiáng)的運(yùn)算功能和速度。通訊采用標(biāo)準(zhǔn)化總線,有豐富的圖形顯示及多媒體技術(shù),采用通用性強(qiáng)的UNIX或Windows實時多任務(wù)操作系統(tǒng),可提供方便、友好的人機(jī)畫面。IPC較之原來的PC機(jī)在可靠性、抗干擾能力、模板設(shè)計方面都有了很大改進(jìn)。由于PC機(jī)價格低廉,所以IPC具有很好的性能價格比。IPC采用的是模塊化結(jié)構(gòu),系統(tǒng)構(gòu)成,拓展十分靈活。由于它具備的優(yōu)點及性能,且可靠性在不斷

14、提高,在過程控制中會得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。6.工業(yè)過程安全控制儀表的發(fā)展隨著生產(chǎn)裝置大型化、生產(chǎn)操作復(fù)雜化,對生產(chǎn)過程安全控制的要求越來越高。安全控制的目的是：eq oac避免人員或生產(chǎn)設(shè)備的損傷；eq oac避免由于事故造成的環(huán)境污染；eq oac減少事故停車的損失。安全控制一般包括兩方面內(nèi)容：eq oac信號報警：這是警告操作人員,生產(chǎn)操作已偏離正常工況,應(yīng)引起警覺；eq oac聯(lián)鎖/停車系統(tǒng),這是當(dāng)生產(chǎn)將要發(fā)生事故時而采取的緊急措施,避免事故的放生,保障操作人員和相關(guān)設(shè)備的安全。在早期的石油化工裝置中,信號報警采用閃光報警器,聯(lián)鎖/停車系統(tǒng)則大多選用繼電器或固態(tài)邏輯插卡。由于DCS、PL

15、C的出現(xiàn),信號報警和聯(lián)鎖、停車系統(tǒng)的實施有了新的發(fā)展,微處理器為報警信息儲存、快速處理提供了良好的手段。在考慮信號報警和聯(lián)鎖、停車系統(tǒng)設(shè)計時,應(yīng)該遵循下列原則：eq oac系統(tǒng)的構(gòu)成可選用有觸點或無觸點回路,但必須動作可靠。eq oac信號報警節(jié)點可利用儀表內(nèi)部節(jié)點也可另外設(shè)置報警接點。重要的報警點和聯(lián)鎖、停車用的接點則應(yīng)單獨設(shè)置。eq oac聯(lián)鎖、停車系統(tǒng)動作前應(yīng)設(shè)置預(yù)報警信號。為確保安全,重要的聯(lián)鎖停車故障檢出器應(yīng)設(shè)置兩個或三個以上經(jīng)邏輯或門發(fā)出信號,即2取1或3取2系統(tǒng)。eq oac設(shè)置聯(lián)鎖停車投用和解除開關(guān)。對于安全性要求較高的生產(chǎn)裝置,常常要求設(shè)置單獨的緊急停車系統(tǒng)ESD。構(gòu)成ESD

16、的安全儀表系統(tǒng)有繼電器、固態(tài)邏輯電路、PLC系統(tǒng)。繼電器型ESD可靠性高,不受大多數(shù)干擾影響,一次費用也較低,缺點是體積大,修改、擴(kuò)展靈活性較差,在早期的ESD上使用較多。固態(tài)邏輯電路組件型ESD克服了繼電器諸多缺點,但價格偏高,程序不易修改。PLC型ESD由于具有方便靈活的編程功能,以采用冗余、容錯技術(shù)和故障自診斷技術(shù)大大提高了可靠性,已經(jīng)成為近期ESD主選系統(tǒng)。對于安全要求更高的生產(chǎn)裝置,則應(yīng)選擇硬件、軟件都可以冗余配置的專用故障安全控制系統(tǒng),它能做到：eq oac故障發(fā)生后,系統(tǒng)有足夠的時間進(jìn)行自診斷,發(fā)出故障信息,引起警戒,可及時排除故障；eq oac采用容錯技術(shù),將被動故障轉(zhuǎn)化為主動

17、故障；eq oac采用冗余技術(shù)實施故障隔離；eq oac軟件方面有充分的故障安全措施。7.安全儀表系統(tǒng)SIS：安全儀表系統(tǒng)國標(biāo)上通用的標(biāo)準(zhǔn)為：IEC 61508：主要用于安全儀表系統(tǒng)制造和供應(yīng)商。IEC 61511：主要用于安全儀表系統(tǒng)設(shè)計、集成和用戶。而我國此前有中石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：SH/T3018-2003 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范,目前已上升為國標(biāo)GB/T50770-2013,并在9月1日起實行。1定義：安全儀表系統(tǒng)SIS是用儀表實現(xiàn)安全功能的系統(tǒng),系統(tǒng)包括傳感器、邏輯運(yùn)算器,最終執(zhí)行元件及相關(guān)軟件。 安全儀表系統(tǒng)SIS也稱為緊急停車系統(tǒng)ESD、安全停車系統(tǒng)SSD、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)SIS或安

18、全保護(hù)系統(tǒng)SPS。安全儀表系統(tǒng)宜采用經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證的可編程控制系統(tǒng)PLC。2設(shè)計原則：包括可靠性原則、可用性原則、獨立型原則、故障安全原則、冗余原則、診斷與在線維護(hù)原則和聯(lián)鎖與復(fù)位原則。下面著重講3個主要原則：eq oac可靠性原則：為了保證工藝裝置的生產(chǎn)安全,安全儀表系統(tǒng)必須具備與工藝過程相適應(yīng)的安全度等級SILSafety Integrity Level的可靠度。對此,IEC 61508等標(biāo)準(zhǔn)有詳細(xì)地技術(shù)規(guī)定。對于安全儀表系統(tǒng),可靠性有兩個含義：一個是安全儀表系統(tǒng)本身的工作可靠性；另一個是安全儀表系統(tǒng)對工藝過程認(rèn)知和聯(lián)鎖保護(hù)的可靠性,還應(yīng)有對工藝過程測量、判斷和聯(lián)鎖執(zhí)行的高可靠性。評估安全

19、度等級SIL的主要參數(shù)就是平均危險故障率范圍PFD,按其從高到低依次分為14級,在石化行業(yè)中一般涉及到的只有1、2、3級,因為SIL4級投資大,系統(tǒng)復(fù)雜,一般只用于核電行業(yè)。而安全度等級SIL是基于對工藝過程進(jìn)行危險和可操作性研究HAZOP來評估的。eq oac獨立性原則：安全儀表系統(tǒng)應(yīng)獨立于基本過程控制系統(tǒng)BPCS,如DCS、FCS、CCS、PLC等,獨立完成安全保護(hù)功能,它的傳感器、邏輯表決器和最終執(zhí)行元件應(yīng)單獨設(shè)置。如果工藝要求同時進(jìn)行聯(lián)鎖和控制,安全儀表系統(tǒng)和BPCS應(yīng)設(shè)置獨立的傳感器和取源點特殊情況除外,如配置3取2傳感器,進(jìn)行DCS信號3取中,進(jìn)安全儀表系統(tǒng)3取2,經(jīng)過信號分配器公

20、用傳感器。安全儀表系統(tǒng)應(yīng)能通過數(shù)據(jù)連接以只讀方式與DCS通信,禁止DCS通過該通信連接向安全儀表系統(tǒng)寫信息；還應(yīng)配置獨立的通信網(wǎng)絡(luò),包括獨立的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器、工程師站和順序事件記錄SER站等；另外應(yīng)采用冗余電源,由獨立的雙路配電回路供電并避免安全儀表系統(tǒng)和BPCS的信號接線出現(xiàn)在同一接線箱、中間接線柜和控制柜內(nèi)；同時閥門不應(yīng)配備手輪。SIS與基本過程控制系統(tǒng)的區(qū)別：基本過程控制系統(tǒng)BPCS與SIS是流程工業(yè)中廣泛應(yīng)用的兩種類型的系統(tǒng),在功能上有著明確的分工,其區(qū)別見下表所示：表：BPCS與SIS的區(qū)別內(nèi)容BPCSSIS基本控制功能執(zhí)行常規(guī)正常生產(chǎn)調(diào)節(jié)控制功能：PID和過程順序控制監(jiān)視生產(chǎn)過

21、程的狀態(tài),判斷危險條件,發(fā)生危險時將生產(chǎn)過程自動帶入安全狀態(tài)目的保證生產(chǎn)過程正常、平穩(wěn),以及產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量防止風(fēng)險的發(fā)生或者減輕風(fēng)險造成的后果運(yùn)行狀態(tài)和作用方式主動的、動態(tài)的和連續(xù)的被動的、休眠的和瞬間的系統(tǒng)狀態(tài)診斷控制系統(tǒng)自診斷,檢測和控制回路在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)故障系統(tǒng)及回路通信的自診斷和安全控制回路的定期測試eq oac故障安全性原則當(dāng)安全儀表系統(tǒng)的元件、設(shè)備、環(huán)節(jié)和能源發(fā)生故障或者失效時,系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)使工藝過程能夠趨向安全運(yùn)行或者安全狀態(tài),即系統(tǒng)設(shè)計的故障安全性原則。能否實現(xiàn)故障安全取決于工藝過程及安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計。例如：安全儀表系統(tǒng)的傳感器、邏輯表決器和最終執(zhí)行元件應(yīng)為失電/非勵磁聯(lián)鎖；

22、用于報警/停車的接點在正常操作過程中應(yīng)當(dāng)處于閉合狀態(tài),在報警/停車時打開。四、下面介紹兩個自動控制和緊急停車系統(tǒng)ESD的實例：一甲醇氧化生產(chǎn)甲醛裝置中的自動化控制與緊急停車系統(tǒng)ESD,此裝置為重點監(jiān)管的危險化工工藝氧化工藝裝置。1.工藝簡介：由原料泵來的甲醇進(jìn)入蒸發(fā)器,被加熱成甲醇?xì)怏w,與羅茨風(fēng)機(jī)送來的空氣O2,再與蒸汽按一定比例混合進(jìn)入氧化反應(yīng)器,再觸媒作用下生成甲醛氣體；經(jīng)吸收塔由水吸收后成為甲醛水溶液產(chǎn)品。2.利用集散控制系統(tǒng)DCS對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控：甲醛生產(chǎn)中的空氣質(zhì)量流量、甲醇質(zhì)量流量、配料蒸汽質(zhì)量流量給定值與測量值差閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；氧化溫度走勢與理想反應(yīng)溫度曲線逐點氧化過程記錄和溫度調(diào)控曲線記錄；采用甲醇濃度法跟蹤記錄氧化反應(yīng)溫度；由熱水變頻泵實現(xiàn)蒸發(fā)器甲醇蒸發(fā)量的恒定；廢熱鍋爐汽包液位自動調(diào)節(jié)、報警等。3.ESD應(yīng)用之一：當(dāng)氧化