SIS在液氯系统中的应用

SIS在液氯系统中的应用
孙继峰; 汪庆军
【期刊名称】《《氯碱工业》》
【年(卷),期】2019(055)008
【总页数】4页(P28-31)
【关键词】安全仪表系统; 安全完整性等级; 工艺流程; 控制方案; 网络拓扑
【作者】孙继峰; 汪庆军
【作者单位】中石化江汉盐化工湖北有限公司氯碱厂湖北潜江433121
【正文语种】中文
【中图分类】TQ028.2
中石化江汉盐化工湖北有限公司氯碱厂(以下简称“江汉盐化工总厂”)烧碱产能
20万t/a，副产氯气产能17万t/a左右。

副产的液氯一部分由液下泵升压输送给下游客户，一部分送充装台给槽车运走及包装成1 t的液氯钢瓶由客户运走，另一部分自用。

产品氯气经液化装置冷冻成液氯输送到4个储量为150 t的液氯储罐，每天自存80 t左右，整个液氯系统采用DCS进行过程控制。

依据GB 18218-2009《危险化学品重大危险源辨识》第4条危险化学品临界量界定：超过5 t氯
气为危险化学品重大危险源[1]。

按照国家安监总局下发的2014[116]号文第13条要求，需对“两重点一重大项目”设置安全仪表系统(SIS)。

1 原系统存在的安全问题
1.1 原工艺控制过程
从氯气处理岗位送来的干燥氯气，一部分送至漂粉精装置，一部分进入氯气液化器，在氯气液化器内与螺杆机压缩冷却的氟利昂间接热量交换，被冷凝成液氯，液氯和气相不凝气经气液分离器分离，液氯依靠位差流入液氯储罐，产生的尾氯(含不凝气)被送去盐酸或次氯酸钠装置。

液氯储罐中的液氯经过液下泵加压，供液氯充装
岗位进行液氯钢瓶充装和槽车充装，或输送到液氯用户。

其中，出入液氯储罐的液氯管线分别采用手动截止阀控制(如图1所示)。

当外部发生泄漏或者其他工艺参数不正常情况时，不能及时切断物料，引发事故扩大。

图1 改造前液氯储槽的管线控制图Fig.1 Diagram of original pipeline control
of liquid chlorine tank
1.2 DCS与SIS系统的区别
上述工艺控制过程采用DCS。

依据IEC61511标准的规定，DCS属于基本过程控
制系统的一种，用于实现过程系统的控制，简而言之，DCS的作用是确保过程受控，使过程系统的压力、液位、温度及流量等参数控制在预先设定的范围，确保超过界限影响工艺过程的稳定。

与DCS用于执行过程控制不同，在化工等过程装置中，为确保装置安全，还设置了用于确保紧急情况下装置安全的SIS。

SIS与DCS 一样，也是由传感器、逻辑求解器和最终执行机构的系统，但与DCS不同之处在
于SIS仅用于安全目的，正常情况下只要SIS所监控的参量未达到影响安全的水平，SIS一般不执行动作。

1.3 SIS应用的重要性
国家越来越重视安全生产，持续出台相关标准和意见。

2010年，国务院下发国发[2010]23号《关于进一步加强企业安全生产工作的通知》；2011年，国务院下
发国发[2011]40号《关于科学发展安全发展促进安全生产形势持续稳定好转的意见》；2013年、2014年国家安全总局分别下发了安监总管三[2013]88号和安监
总管三[2014]116号文《关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》，强调所
有涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施，要设计符合要求的安全仪表系统。

按照相关标准，液氯储罐应设置SIS。

2 SIS系统的SIL定级
根据国家安监总局116号文《关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》的要求，自2016年1月1日起，各地的安监局逐步对于“两重点一重大项目”要求
进行SIL定级与验证。

SIS的SIL功能分配，SIL的确定、设计、安装、验收和维护，涵盖了装置的生命周期。

江汉盐化工总厂请青岛安工院进行了危险与可操作性分析(简称“HAZOP”)，依据SIL划分方法将氯气系统定为SIL2级。

SIL等级划
分方法如表1所示。

表1 SIL等级划分方法Table 1 SIL rating methodANSI/ISA-S84.01SIL等级划分方法IEC61508SIL1几乎没有事故,很少有人员受伤或死亡,不会造成大的经济损失。

一旦事故发生,将轻微影响到设备或产品,但不会马上污染环境SIL1SIL2事故属于偶发,并有少量人员受伤或死亡,会造成较大的经济损失。

一旦事故发生,将较为明显地影响到设备和产品,并可能污染环境SIL2SIL3事故的发生频率较高,并造成一定的污染和人员的受伤或死亡会造成严重的经济损失。

一旦事故发生,将严重影响到设备
和产品,并有对环境造成严重污染的可能性SIL3IEC61508限定该等级应用于核工
业SIL4
3 实施方案
采用独立于DCS的SIS。

SIS包括安全联锁系统、紧急停车系统、有毒有害、可燃气体及火灾检测保护系统等。

江汉油田盐化工总厂液氯储罐系统主要采取了紧急停车系统和有毒气体检测保护系统。

目前国内只有3家安全仪表系统核心部件的安
全系统控制器获得TUV认证。

江汉油田盐化工总厂采用了浙大中控生产的TCS-900系统，可提供SIL3级的配置，完全满足系统的要求。

系统改造包括工艺流程
变更、硬件软件配置、网络配置、控制方案设计等相关工作。

3.1 工艺流程变更
改造后液氯储槽的管线控制如图2所示。

图2 改造后液氯储槽的管线控制图Fig.2 Diagram of improved pipeline control of liquid chlorine tank
如图2所示：在4台液氯储罐进口安装2台紧急切断阀(气动开关球阀)，出口安装1台紧急切断阀。

采用的气动开关阀为FC&带易熔元件自动切断装置，易熔元件
在环境温度达到(70±5) ℃时熔化，实现阀门自动关闭，仪表系统增设现场8个切断阀的手动操作开关及与原有压力、液位不同类型的传感器各4块。

3.2 仪表系统配置
仪表系统选用浙大中控生产的TCS-900。

3.2.1 系统硬件配置
TCS-900系统硬件由工程师站和安全控制站构成，控制站由控制器模块、安全输
入模块及其端子板、安全输出模块及其端子板、网络通信模块组成。

系统的控制器模块、网络通信模块和I/O模块都安装在机架中，TCS-900系统的机架分为主机
架和扩展/远程机架，主机架与扩展机架通过扩展通信模块和光纤电缆实现连接。

现场I/O信号接入与I/O模块配套的I/O端子板，再通过DB电缆接入到I/O模
块的3组通道中。

3.2.2 软件配置
安装有中控安全控制系统软件(SafeContrix 软件包)。

软件集成了硬件组态、变量
组态、控制策略开发、系统诊断等功能。

TCS-900系统通过组态软件端的用户权
限控制，并结合控制站端的操作权限(钥匙开关)限制，实现系统授权管理。

例如：用户只有同时具有SafeContrix软件的工程师操作权限、授权的软件狗、联机密码、且控制站的操作权限开关处于ENG或ADM模式时，才能对控制站进行下载、调
试、强制、切换控制器运行状态等联机操作。

3.2.3 网络拓扑图
SIS网络拓扑图如图3所示。

图3 SIS网络拓扑图Fig.3 SIS network topology
3.2.4 控制方案
根据现场控制点位，清点了详细的I/O点数(如表2所示)。

表2 SIS输入和输出点Table 2 SIS input and output points类型
AIAI(GDS)DIDODO(GDS)合计要求点数16301316277配置点数3264323216176卡点数3232321616N/A卡件数121217
按照停车要求提出了装置联锁控制策略及编制相关程序。

用于在储罐超过设定液位(95%)或储罐压力超过高高报警设定值(1.25 MPa)时，SIS发出联锁信号自动关闭进料阀。

每个储罐的联锁是独立的，联锁动作互不影响。

正常运行时，进口和出口切断阀都是打开的，现场限位开关也能在DCS上看到阀
门状态(CLOSE,红色，阀门关闭；OPEN，黄色，阀门开启)。

液位、压力、氯气检测仪检测值均能在SIS上监测。

当出现报警时，SIS操作台报警铃响、报警灯闪烁，SIS操作站报警信息栏也会出现报警信息。

只有在液位、压力高高报警时进料切断阀才会自动关闭，其他报警信息为提示性报警。

一旦超液位或超压，SIS联锁动作将该储罐入口紧急切断阀自动关闭，SIS操作台就会出现超液位(或超压)声光报警，操作人员须将SIS操作台上的报警确认按钮按下，消除声音报警。

此时，如果超液位(或超压)报警没消除，切断阀无法打开(只能在现场将该切断阀手轮转换手柄转
到手动位置，然后转动切断阀手轮将切断阀手动打开)。

只有当超液位、超压力报
警全部消除恢复正常值时，将操作台上的复位及SIS联锁流程图上的复位按键按下，然后在操作台上将阀门手动开关转到“开”位置才能将阀门打开。

现场8个切断阀的操作开关安装在储罐区外西北边管架立柱上，对应位号为KV-
1803-1、KV-1803-2、KV-1803-3、KV-1803-4：1#～4#罐进口进料阀KV-1803-5、KV-1803-6、KV-1803-7、KV-1803-8为1#～4#罐出口切断阀。

这8个现场开关的用途是：正常生产时开关在开的位置，在紧急情况下使用，一旦开关转到关的位置阀门将关闭。

正常情况下，这8个开关严禁操作，须作好防止误操作的防护措施。

3.2.5 有毒气体检测报警SIS
依据GB 50493—2009《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》的规定：在有毒气体的生产设施及储运设施的区域内，泄漏的可燃气体浓度可能达到报警设定值时，应设置可燃气体探测器和有毒气体探测器，沿生产区周边设置线型气体探测器，其所覆盖范围内的任一释放源的水平距离不宜大于2 m，采用UPS电源装置供电[2]。

依据规范要求液氯库装置共布置探测器21个，氯气检测仪监测值在SIS上显示和报警。

现场每个检测仪都有声光报警。

另外，在储罐区和充装厂房内各安装一个区域报警器。

当该区域内任意一个检测仪超标报警时，现场报警器也会报警，操作人员应该到现场检查是否有氯气泄漏，及时进行处置并在报警记录本上作好处置记录。

4 存在的问题
SIS设计和应用方面，也存在一些问题。

存在危险与风险分析不足、设计选型不当、冗余容错结构不合理、缺乏明确的检验测试周期、预防性维护策略针对性不强等问题，规范安全仪表系统管理工作亟待加强。

随着化工装置、危险化学品储存设施规模大型化、生产过程自动化水平逐步提高，同步加强和规范安全仪表系统管理，十分紧迫和必要。

5 应用效果
液氯储罐的进口管线和出口管线上只有手动截止阀，都是由人去手动关闭的，费时
费力，一但哪个储罐出现泄漏，要及时关闭阀门，使储罐进入预定安全状态是很难做到的；实现了氯气系统有毒气体检测报警的全覆盖，实现了生产装置的安全、稳定、长周期运转，创造良好的经济效益。

随着工业企业生产装置的日趋大型化，工艺过程的不断复杂化，生产过程中发生危险的可能性也呈增大趋势。

一旦生产过程出现异常且控制不当，将会给人身和财产安全造成严重后果。

近年来国家对安全工作愈来愈重视，出台了对重大危险源的定义和相关法规。

自动化安全仪表系统的概念更多地得到国家安全部门和企业的重视和认可。

为了及时响应生产装置和设备可能发生的危险，避免保护措施不当行为致使继续恶化的状态，使生产装置和设备进入一个预定义的安全停车工况，从而使风险降低到可以接受的最低程度，保障人员、设备和生产装置的安全，SIS应用势在必行。

参考文献
【相关文献】
[1] 中国国家标准化管理委员会. GB 18218-2009危险化学品重大危险源辨识[S].北京：中国标准出版社，2009:2.
[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50493-2009石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范[S]. 北京：中国计划出版社,2009：5-6。