大型化工项目罐区SIS系统设计

大型化工项目罐区SIS系统设计

近年来随着技术得发展，化工项目与炼油项目得规模越来越大，其配套得罐区也越来越大，储存得介质也越来越复杂。而不同于一般得油库，其操作比较频繁，误操作可能性较大，而误操作引起得后果也比较严重，给企业造成经济损失、对环境造成破坏。因此罐区设计中对于可燃、毒害介质得安全控制要尤其重视。本文主要介绍了某大型化工项目配套罐区，根据可燃、毒害介质得特性与储存量进行重大危险源得辨识，综合考虑安全与投资，采用独立得安全仪表系统（SIS）进行安全控制。

关键词：

安全仪表系统；重大危险源辨识；罐区

0 引言

一直以来，化工项目得罐区一般根据石油库设计规范进行设计，而此规范，并没有要求设置安全仪表系统。但就是化工项目得罐区不同于一般得石油库或者储备库，它得特点就是：单罐罐容小、介质种类复杂、毒害介质多。由于储罐容量一般较小，储罐得仪表设置都比较简单，介质本身得危险性往往被忽视。

本项目设计中，充分考虑了介质得危险性并兼顾投资要求，对于属于重大危险源介质得储罐设置了独立得安全仪表系统（SIS），用于防冒罐得高高液位联锁控制。

1 设置SIS 系统得必要性

化工项目罐区得介质种类复杂，可燃毒害介质多，发生事故后危害巨大。罐区一旦发生事故，将会对上下游得工艺都产生影响，连带着相关装置都需要停产，损失不小。

减少罐区得安全事故可以更好得保证工厂得正常生产，提高效益。不因节省初次投入而增大事故风险。

现行化工项目配套得罐区大多采用分散控制系统（DCS）进行操作控制及连锁。DCS 系统具有控制功能完善多样、易操作、易扩展及维护方便等特点，但就是并不适用于安全控制。对于化工项目罐区要比一般油库操作更加频繁，误操作得概率就更大。这时采用一套安全性更高得、容错能力强、具有故障自诊断功能、顺序事件记录功能（SOE）得安全仪表系统（SIS）就十分必要了。

2011 年8 月5 日，国家安全生产监督管理总局发布第40 号令，要求“涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体得一级或者二级重大危险源，配备独立得安全仪表系统（SIS）”。

2 确定SIS 系统得设置原则

2、1 对储罐及介质分类

本项目共有储罐55 座，储罐规格从2 万立到200 立大小不等，其中球形储罐24 座，立式圆筒形储罐31 座。主要介质涉及甲醇、乙烯、丙烯、丙烷、丁烯、己烷、剩余碳四、剩余碳五MTBE、正丁醇、异丁醇、2- 丙基庚醇、杂醇油、碱液等20 余种。

2、2 对于重大危险源进行辨识

根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2009），重大危险源得辨识依据就是物质得危险性及其数量[3] 。单元内存在得危险物质为多品种时，则按（1）式计算，若满足式a，则定为重大危险源：

式中：

q1,q2,…,qn —每种危险化学品实际存在量，t；

Q1,Q2,…,Qn —与各危险化学品相对应得临界量，t。

罐区分析结果见表1。

表1 危险化学品重大危险源构成

Table 1 Hazard chemical significant dangerous source

2、3 确定各种介质得重大危险源分级

根据《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》（国家安全生产监督管理总局第40 号）得要求，对重大危险源进行分级[2] 。

式中：

q1,q2,…,qn —每种危险化学品实际存在（在线）量（单

位：吨）；

Q1,Q2,…,Qn —与各危险化学品相对应得临界量（单位：

吨）；

β1，β2…,βn—与各危险化学品相对应得校正系数；

α—该危险化学品重大危险源厂区外暴露人员得校正

系数，本项目区外1000m 范围内无常住人口，故取0、5。

对本项目危险化学品重大危险源得分级情况见表2。

表2 危险化学品重大危险源得分级情况

Table 2 Classification of major dangerous source of dangerous chemicals

根据计算结果及下表确定罐区构成一级重大危险源，其中涉及得介质有甲醇、甲醇水等16 种介质。对于储存这些介质得储罐安全联锁设置独立得安全仪表系统（SIS）。

3 储罐仪表得设置

一般储罐仪表得设置应考虑经济合理、技术成熟、可选择范围广、维护及校验方便、

免维护或售后服务优良等方面。结合介质特性项目得投资情况、全项目得自动化水平等综合考虑。

本项目首先通过进行危险与可操作性（HAZOP）分析结果，确定各罐组得SIL 等级，根据SIL 分级确定储罐仪表得设置。以1 台SIL1 级得乙烯储罐为例, 见图1。

图1 乙烯储罐PID 图

Fig、1 PID ethylene storage tank

该储罐共设置两台液位计：1 台为伺服液位计、1 台为雷达液位计、1 台外贴式超声波液位开关、1 台热电阻、1台压力变送器、1 台压力表。

2 台液位计中伺服液位计选用高精度计量及用来做储罐计量，雷达液位计为控制及用于与高液位开关做联锁，关闭罐根阀。

从PID 图中可以瞧出从PID 图中可以瞧出虽然增加了SIS 系统，但就是接入其中得信号并不多，只有一点AI、一点DI、一点DO。其余信号仍然在DCS 系统中进行检测及报警。

设计得SIS 系统具体联锁控制如下：当储罐得液位计或液位开关任一液位高于设定值时，SIS 系统进行联锁，关闭储罐罐根切断阀，防止储罐罐液位继续升高，引发冒罐危险[1] 。

4 SIS 系统设计

4、1 SIS 系统得设置原则

罐区SIS 系统，作为全厂SIS 系统得组成部分，根据装置得特点，实现罐区内重要得安全联锁保护、紧急停车系统及关键设备联锁保护。SIS 系统设置在现场机柜室，设置独立得控制器，以确保人员及生产装置、重要机组与关键设备得安全。SIS 系统得安全综合等级根据相应得要求进行考虑。SIS 系统按照DIN V VDE0801 与DIN V 19250 标准，采用TüV 或AK6 安全认证得SIL3 级得安全可编程序控制器(Programmable Logic Controller - PLC) 完成装置得紧急停车(EmergencyShut-Down - ESD) 与紧急泄压(EmergencyDepression - EDP)。SIS 系统按照故障安全型设计，与DCS系统实时数据通讯。SIS 系统设工程师站，SOE 站，相应得报警及操作通过辅助操作台上开关、按钮、声光报警装置

与DCS 系统得操作站来完成。

罐区SIS 系统具有报警事件顺序记录功能(SOE)，在中央控制室与现场机柜室各设置一套工程师站，用于SIS 系统得组态、下装、调试与日常维护以及报警事件顺序得记录。

中央逻辑控制器、输入/ 输出卡件、SIS 系统内部得安全网络、供电单元、与DCS 系统通信得单元均采用冗余结构。

SIS 系统应配有HART 信息采集器，用于采集现场智能仪表HART 信息，并通讯至AMS 系统。

SIS 与DCS 通信卡必须就是冗余配置, 且冗余得两个通信接口不应在同一块通信卡上。冗余数据通信系统应能够自动切换，并可进行系统诊断报警。在切换时不允许有数据丢失。通信系统为控制站与控制站之间、控制器与工程师站/SOE 工作站提供可靠得高速数据传输。传输速率不小于100Mbps。SIS 系统支持标准通信协议，冗余容错串行通信方式。