基于SIS与DCS集成的罐区安全控制技术及应用

基于SIS与DCS集成的罐区安全控制技术及应用
随着炼化装置的大型化，储罐无论是单罐容积还是成组布置的罐区日趋向大型化发展，对罐区的控制系统要求也越来越高，由于液化烃的物料特性，液化烃储罐的安全风险也在增大，国内液化烃罐区的安全事故近几年也时有发生，损失惨重。

本文将主要探讨基于SIS与DCS集成的罐区安全控制技术及其应用。

标签：SIS DCS；罐区安全；控制
1 前言
液位是储罐主要的控制参数，形式不同的储罐液位测量要求也不尽相同，本文根据外贴式液位开关的工作原理分析了其在实际使用中的优势。

在化工生产中，为防止和降低石油化工工厂或装置的过程风险需设置SIS安全仪表系统，该系统的合理设计以及运行情况直接影响到装置的安全运行。

2 SIS与DCS集成技术原理
超声波液位检测有脉冲回波法、共振法、频差法以及声衰减法等，其中应用较广的是脉冲回波法。

超声波在罐壁内环绕及反射不受介质气泡、压力等因素的影响。

外贴式超声波液位开关及其探头产生高频超声波脉冲可穿过容器壁，此脉冲在容器壁和液体中传播以及被反射回来，通过对这种反射特性的检测和计算，判断出检测点处容器内是否有液，对液位进行检测报警。

同时液位开关输出继电器信号送入DCS系统或其他过程控制系统，实现对液位的联锁控制。

罐区生产过程主要使用DCS系统进行控制，对储罐的压力、液位等参数设置声光报警和联锁系统。

因罐区涉及“两重点一重大”（即重点监管危险化学品、重点监管危险化工工艺和危险化学品重大危险源），经过对罐区内危险化学品重大危险源进行辨识和计算，确定丁二烯球罐属于一级重大危险源；通过进行危险与可操作性（HAZOP）分析，确定丁二烯球罐的安全危险等级为SIL2级，为了进一步提高罐区的本质安全性水平、保证安全生产，防止事故发生，设置了安全仪表系统（SIS，Safety Instrumented System），正常生产时SIS系统处于休眠或静止状态，一旦球罐出现可能导致安全事故的情况时，系统能够瞬间准确动作，进行紧急事故切断和联锁控制，使生产过程安全停止运行或自动导入预定的安全状态，作为工业过程中更为重要的安全控制措施。

SIS系统整体包括现场仪表和执行器，按照故障安全型设计；系统独立于DCS系统设置，采用经过SIL认证的PLC系统进行联锁控制；可与DCS进行通讯，但DCS系统不能向SIS系统写入数据。

为避免SIS系统和DCS系统的信号接线出现差错，SIS系统配置独立的控制机柜、工程师站、操作员站和独立的通信网络、冗余电源等。

SIS系统中使用的软件、硬件和仪表必须遵守正式版本并已商业化，同时必须获得国家有关防爆、计量、压力容器等强制认证。

严禁使用任何试验产品。

3 罐区安全仪表功能的SIL 级别分析
根据人员安全、环境安全和经济损失三方面的后果影响，得出安全仪表功能应达到的SIL 级别。

①安全仪表功能失效导致的人员伤亡3～5人，根据人员风险控制矩阵表，得出从人员安全方面考虑，该安全仪表功能需达到SIL2；②安全仪表功能失效导致的一次环境污染可能造成公司级事故，根据环境风险控制矩阵表，得出从环境安全方面考虑，该安全仪表功能需达到DCS 级；③安全仪表功能失效导致的经济损失可达2000 万元以上，根据经济风险控制矩阵表，得出从经济损失方面考虑，该安全仪表功能需达到SIL2。

综合上述3 个方面对安全仪表功能的要求，选择最高的SIL，即SIL2，对该压力仪表安全功能进行风险控制。

4 基于SIS与DCS集成的罐区安全控制技术与应用
设计的SIS系统由于采用外贴式超声波液位开关这种非接触式液位报警仪表，减少了在承压球罐上的开口和动火，降低了重大危险源危险物料泄漏和燃烧爆炸的概率，仪表的维护和检修强度降低；控制系统运行可靠，使用比较方便，维护量小，安全性能得到提高。

SIS系统设计完成投入使用后，丁二烯球罐的安全性明顯增高，罐区生产的可靠性提高，生产过程中没有一次因SIS系统误动作造成丁二烯球罐紧急停车及无法继续向罐内打料而影响装置生产。

当丁二烯球罐外贴液位开关或磁致伸缩液位计任一液位高于设定值时，SIS 系统进行声光报警，同时送出两路开关量联锁信号，送至执行器上的电磁阀，联锁关闭球罐进料切断阀，停止向球罐内打料，防止球罐液位继续升高，引发冒顶危险；也可手动拍下丁二烯球罐紧急停车按钮，联锁关闭球罐进料切断阀，紧急停车。

由于仪表行业的发展，在化工项目生产设计中，特别是在罐区储罐液位测量中，非接触液位仪表使用越来越多。

SIS安全仪表系统由于其在工业生产中重要的特殊安全性，系统在设计、选型、使用和维护中需要严格遵循安全标准和设计规范，设计选用的仪表需要充分考虑现场的安全性、仪表使用的可靠性以及系统的稳定和操作性。

现场二次仪表是安全仪表系统中最薄弱的环节，在仪表选型时应尽量选用带危险自诊断及平均危险失效率小的仪表。

球罐区压力变送器宜选择冗余设置，尽量不设置安全栅，取消报警设定器，使安全仪表系统的中间环节尽量简化。

紧急切断阀宜冗余配置，且要与控制系统分开，突出其安全功能的重要性。

同时SIS 系统运行期间，SOE 软件要开启，SOE 事件要到期导出，要定期对终端执行机构、传感器进行PST 测试，以便消除未检测到的故障，确保SIS 系统安全运行的时效性。

5 结束语
目前，化工行业正在向装置大型化、集约化方向发展，一旦发生事故，将会造成人员重大伤亡，给经济、环境、社会造成重大损失。

当前，社会各界对化工
事故的容忍度很低，任何一次事故，都会对化工行业持续健康发展造成深远影响。

SIS 系统是现阶段保证化工行业安全的最后一道防线，化工行业务必要意识到加强SIS 系统应用和管理的重要性及迫切性。

参考文献：
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[2]翟羽鹏，张冬梅，王金昭. SIS系统在丙烯罐区装置中的应用[J].吉林化工学院学报，2014（03）：10-13.
[3]王书惠，宋学民，张闯. LNG气化站安全仪表系统设计探讨[J].自动化博览，2013（08）：94-96.
卢永慧（1982- ），女，土家族，籍贯：湖南省慈利县，助理工程师，2002年6月毕业于广东石油学校工业仪表及其自动化专业，2006年1月在职毕业于大连理工大学电气工程及其自动化专业，现就职于大榭机械动力部仪表技术员岗位，主要从事仪表专业管理工作。