仪表自动化与工艺安全.ppt

仪表自动化与工艺安全,提纲,一、背景及引言二、安全仪表系统三、雅克拉采气厂仪表自动化管理经验介绍四、几点体会和建议,2005年12月11日6时许，英国邦斯菲尔德油库发生火灾爆炸，烧毁油库20座，受伤43人，直接经济损失2.5亿英镑。储罐罐体的结构设计不合理。防火堤的密闭性不好储罐计量系统存在故障，液位报警系统未能启动自动联锁切断进油，导致大量油料从储罐顶部人孔、通气孔等溢出。,案例分析,石油石化行业事故原因分布,什么是自动化（Automation）？,生产过程不依赖或少量依赖人的干预而主要依靠预设指令和程序自动完成工作的过程。,一、背景及引言,1、自动检测系统（如SCADA）：利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示或记录的系统称为自动检测系统。,2、自动测控系统（如DCS）：利用各种检测仪表及自动控制装置对主要工艺参数进行自动控制，使其在受到外界干扰后仍能回到规定数值范围内的系统称为自动控制系统。,3、安全控保系统（如ESD）：在生产过程中，当工艺参数超出允许范围时，为保护人员及设备安全而自动采取紧急措施以防止事故发生或扩大的系统为安全控保系统。,自动控制系统分哪些种类？,一、背景及引言,过程控制层（PCS）,PCS（过程控制系统）为基础自动化层。主要解决工艺设备、装置的生产流程控制，保证生产过程安全平稳，产品质量合格。,制造执行层（MES）,管理决策层（ERP）,MES（制造执行系统）为生产过程运行优化层。主要制定生产作业计划，数据挖掘与数据校正等，对整个生产运行过程进行动态优化管理。,ERP（企业资源计划）为生产经营管理层。主要制定企业经营决策、发展规划和生产大纲、负责市场销售、企业电子商务平台等。,石油石化行业自动化系统发展趋势是什么？,信息技术与自动化技术相结合（工业IT）管控一体化,一、背景及引言,自动化能为安全生产做些什么？,降低人工劳动强度，减少操作风险；提高测量检测的准确度和信息传输的实时性，保证装置、设备的安全运行；对整个工艺生产过程进行实时监测、精确控制、应急处理，为生产过程提供安全保障；为管理者、决策者提供更准、更快、更全面、更有效的信息资料，方便统一管理和调度指挥。自动化技术已成为确保安全生产的极其重要的科技手段。,一、背景及引言,提纲,一、背景及引言二、安全仪表系统三、雅克拉采气厂仪表自动化管理经验介绍四、几点体会和建议,石油化工安全保护级别,1.Process,2.DCS-集散控制系统,3.AlarmOperators-操作员报警,4.SIS安全仪表系统,5.ReliefDevices释放设备,6.Physicalprotection物理保护,7.EmergencyResponse紧急响应,工艺过程,安全仪表系统（SIS）,自动控制系统中影响工艺安全的因素自控系统中仪表本质安全（防爆、防辐射等）测量信号的准确性（过程参数、报警）控制器（结构、冗余度、快稳准）连锁逻辑控制（回路灵敏度、稳定性）安全保护控制系统（让仪表发挥更大的安全作用）随着对安全的重视，对安全仪表系统要求越来越高。如何命名？安全仪表系统SIS(SafetyInstrumentedSystem)安全控制系统SCS(SafetyControlSystem)安全保护控制系统SGCS(SafeguardControlSystem)安全监测与控制系统SrCS(SafetyRelatedControlSystem),安全仪表系统有关标准1994年，德国标准DINV192501996年，美国标准ISA84.011998年，国际标准IEC61508-1:1998IEC61508-7:20002003年，国际标准IEC61511-1:2003IEC61511-3:20032006年前中国标准SH/T3018:2003,SY/T10045:20032006年，中国标准GB/T20438:2006,2007年1月1日实施2007年，中国标准GB/T21109:2007,2007年12月1日实施,安全仪表系统（SIS）,DCS用于生产过程的连续测量、常规控制（连续、顺序、间歇等）、操作控制管理，保证生产装置的平稳运行；SIS用于监视生产装置的运行状况，对出现异常工况迅速进行处理，使危害降到最低，使人员和生产装置处于安全状态；DCS是“动态”系统，它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程进行动态控制，确保产品的质量和产量；SIS是“静态”系统，正常工况时，它始终监视生产装置的运行，系统输出不变，对生产过程不产生影响，非正常工况下时，它将按照预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或停车；SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更严格，IEC61508、IEC61511、ISAS84.01、GB/T21109强烈推荐SIS与DCS硬件独立设置。,SIS的特点以及与DCS的区别,安全功能SafetyFunction针对特点的危险事件，为达到和保持过程的安全状态，由SIS、其他技术安全相关系统或外部设施实现的功能(21109-1:p13)功能安全FunctionalSafetySIS本身的安全性（如仪表的本质安全，防爆等）SIS的安全功能是完整的、可靠的（功能是安全的）(21109-1:p8)安全仪表功能SIF(SafetyInstrumentedFunction)SIS系统所实现的安全功能。21109译为“仪表安全功能”,安全仪表系统的相关概念,安全完整性SafetyIntegrity在规定的时间内、在所有规定的条件下,成功实现所要求的安全功能的平均概率(21109-1:p14)安全完整性等级：SIL(SafetyIntegrityLevel)简称：安全度等级定义：一种离散的等级，用于规定分配给SIS的安全仪表功能的完整性要求（传感器、控制器、执行器）短板效应(21109-4:p14)作为衡量安全功能重要因素，是安全系统的核心.可理解为整体可靠性要求时平均失效概率：PFDavg(averageProbabilityofFailureonDemand)在要求时就执行其设计功能要求的平均失效概率。连续时危险失效概率：PDFperhour(ProbabilityofDangerousFailure)连续操作模式下每小时危险失效概率。,安全仪表系统的相关概念,安全度等级（SIL）确定,根据工艺条件确定危险因素（C、F、P、W）,根据危险因素确定SIL,根据SIL确定SIS的各个部件,例：普光气田SIS系统,工艺：高压、高产、高含硫化氢周围居民点多、住户分散风险：风险高、会造成多人死亡，避免事故发生的可能小SIL：第4级SIS：德国HIMA冗余Rosemount智能检测仪表双光缆（地下、地面）+5.8G无线网桥高性能SDV/BDV阀线路ESD阀分段泄漏关断,SIS用户应注意的问题,注意选择在行业中选择使用业绩佳，限制少，拒动率、误动率低的SIS系统。注意安全仪表系统（SIS）知识的培训。加强现场巡检，仪表进水、短路、意外损坏、雷电冲击等均会造成SIS系统故障。在SIS系统日常运行中，定期导出事件顺序记录SOE（SequenceOfEvent）以便及时发现存在的隐患。检维修及测试维护。,提纲,一、背景及引言二、安全仪表系统三、雅克拉采气厂仪表自动化管理经验介绍四、几点体会和建议,雅大两站自动化设备占全厂90%以上，从井口采出到天然气处理站处理都集成了高度自动化控制。雅大两站生产过程控制都采用了DCS,站内包含大型机组有：透平式膨胀增压机、天然气外输压缩机组、热媒炉、冷水机组、仪表风空压机组、稳定气压缩机组等等，机组撬块儿分别采用PLC独立控制，选用MODBUSRS485通讯协议与DCS通讯。雅大凝析气田井口使用了井口液压控制柜和RTU，数据远传通过无线数字电台与中控室进行通讯。,（一）自控仪表现状,雅克拉集气处理站目前站内同时使用了3套控制系统，用于生产过程控制的HoneywellPKS系统、用于安全保护的FSC紧急停车系统，以及用于西气东输生产控制的安控PLC系统。其中PKS有320个过程控制点，750个SCADA点。设置6个操作站，1个工程师站，服务器冗余配置。,PKS系统,FSC系统,安控系统,（一）自控仪表现状,大涝坝集气处理站DCS系统采用FOXBORO公司I/ASeries系统。配置1对冗余CP60控制器，3对FCM10E冗余通信模块，52个FBM输入输出模块。I/O点数共计395个，SCADA点719个。,I/ASeries机柜,I/ASeries操作站,（一）自控仪表现状,雅大两站各类调节阀120余台，气控两位阀、电动阀150余台，可编程逻辑控制器40余个，各类温度、压力、流量、液位、火气等检测仪表1000余台。,ORBIT轨道球阀,FISHER调节阀,DANIEL超声波流量计,压力变送器,露点分析仪,火焰探测器,（一）自控仪表现状,雅大凝析气田井口采用RTU采集生产数据并控制井口控制柜，RTU将信息通过数传电台无线传输到DCS系统。,不是标准的SCADA,（一）自控仪表现状,（二）自控仪表管理经验介绍,目前该采气厂专职仪表技术人员11人，采处一队5人（含中原待运行人员两名），采处二队4人，采处四队1人。采气厂坚持以人才培养为重点，甲方人员必须掌握核心技术；甲方（采气厂仪表技术员）+乙方（中石天马、中原待运行）维护模式逐渐转为甲方独立维护模式，特别是自控系统维修维护工作，一直以来由甲方自控技术人员自行开展；,1、重视仪表自控技术人员培养,有效的人才培养=理论培养+实践锻炼（1）建立选送派学培训机制选派技术人员去Honeywell（天津）和Foxboro（上海）厂家学习。（2）建立引进助学培训机制利用新装置投产、老设备维修保养、产品售后回访等机会，邀请厂家人员开展现场培训。服务期间，技术人员全程跟踪并协助处理。,（二）自控仪表管理经验介绍,技术人员一起研究膨胀机结构及控制原理,（3）建立导师带徒培训机制首先学习工艺安全。处理现场故障是成长的最佳方法。（4）建立内部交流合作机制各分队间相互邀请，一同解决疑难问题，相互交流学习。（5）建立岗位成长成才机制流程改扩建、技改的DCS画面和过程组态均由仪表技术员完成。（6）建立一岗多能成才机制“强电弱电”一体化。,总之：领导重视团队氛围,（二）自控仪表管理经验介绍,2、强化仪表自控系统运行管理,DCS报警记录查询,ESD控制卡件运行状态检查,（1）强化控制系统巡检维护管理查看DCS报警信息，填写巡检记录；对控制器卡件运行状态进行检查，定期切换主从服务器交替运行；定期对机柜内卡件、端子板以及服务器、操作站电脑主机箱进行除尘；定期清理磁盘，做好系统备份,（二）自控仪表管理经验介绍,（2）强化现场仪表故障分析管理结合工艺状况，加强现场和中控参数对比；建立“病历卡”制度，总结仪表故障规律；根据工艺案例，编写仪器仪表故障案例汇编，保障工艺安全。,（二）自控仪表管理经验介绍,（3）强化自控仪表检维修管理依据石油化工设备维护检修规程仪表部分标准要求，编写检修管理手册；DCS系统点检维护；ESD回路测试；机组仪器仪表拆检校验；系统软硬件升级、扩容维护（厂家指导）。,（二）自控仪表管理经验介绍,3、强化仪表自控技术管理，提高工艺安全水平,采气厂仪表技术人员通过不断摸索装置运行规律，发现工艺流程、机组设备上存在的问题，运用HAZOP分析方法，开展了一些列隐患治理和仪表自动化优化改造工作，解决了一系列难题。为天然气处理装置和高压气井的安全、平稳生产运行提供了可靠的技术保障。采气厂仪表自动化技术改造项目多次获得分公司技术革新奖项，部分改造设计获得过国家实用新型专利。,（二）自控仪表管理经验介绍,（1）解决雅站PKS系统隐患，消除安全大隐患存在问题：主从控制器不同步；I/OLINK通道A屡次出现通讯故障，使DCS单通道运行；风险分析：2007年2月，因控制器不同步，主从控制器切换失败造成全站停车。DCS通道B故障，同样会造成全站停车。问题原因：I/OLINK电缆模块损坏。解决方法：2011年9月，雅站检修期间，由厂家人员来现场更换了I/OLINK电缆，并更新了所有卡件firmware文件后，控制系统运行正常。,（二）自控仪表管理经验介绍,（2）改进设计缺陷，减小安全风险1）雅站分子筛干燥塔切换程序优化：泄压阶段时间完成后，立即执行下一步打开再生气进出口阀门再生；干燥塔压力与再生气压力差值过大将造成再生气对分子筛干燥塔填料床层的冲击，损坏分子筛，影响干燥塔脱水效果，造成装置冻堵；程序中增加干燥塔压力与再生气压力的差值P0.15MPa的条件。2）大站关键操作点增加“二次确认”：原设计中没有“二次确认”画面；对系统中的关键操作点（切断阀的开关、泵的启停等）增加二次确认。在操作后需点击“确定”键，现场设备才会动作。减少了中控误操作。,（二）自控仪表管理经验介绍,（3）排除机组故障，提高安全可靠性1）雅站稳定气压缩机通讯故障：压缩机与中控室进行经常中断，无法监控压缩机运行参数，存在安全隐患。仪表信号与交流电缆同槽铺设，因交流干扰造成RS485信号通讯不良。采取对信号电缆隔离敷设后，通讯正常。2）雅站膨胀机高转速故障停机：膨胀机冬季夜间运行中，频繁出现高转速停机现象。查找原因后发现频率转换模块受低温影响，工作不正常。在控制柜内安装电加热器，该现象得到了解决。,频率转换模块增加电加热器,膨胀机组,频率转换模块,电加热器,（二）自控仪表管理经验介绍,（4）实施技术改造，消除安全隐患存在隐患：大涝坝气田金石液控柜无远程关断功能，工艺存在缺陷