报警管理在乙烯裂解装置上的应用

1、报警管理在乙烯裂解装置上的应用作者:魏剑萍石油化工企业普遍采用的分散控制系统(DCS 系统,为操作人员监控工艺 过程提供了有力保障, DCS 在报警方面的强大功能,为生产过程的安全运行起到 了重大的作用。在 DCS 中,几乎每一个组态点都可以设置多个报警(一个 PID 回路通常可设置测量报警、偏差报警、 BADPV 等 10多个报警,通常,一个普 通操作员在操作波动的情况下, 每一分钟只能处理一个报警, 报警点的过度设置, 不仅起不到应有的预警作用,有时反而会干扰操作人员的正常判断和合理处置, 甚至导致重大事故的发生,因此,对报警进行有效管理,显得十分迫切,虽然目 前的 DCS 已经具备一定的

2、报警管理功能, 如可以对报警添加注释、 对报警点进行 分组管理, 有的 DCS 系统还可对报警进行屏蔽, 但是, 这些功能远远不能满足用 户对实时报警进行管理的需求, 用户需要有更为有效的采集、 储存、 测量和分析 手段,以持续改进报警系统, Matrikon Alarm Manager正是这样一款工具软件, 它能实时、自动生成遵循标准的 KPI (Key Performance Index关键性能图表, 通过 WEB 服务器, 还可使管理人员在办公室了解 DCS 中正在发生的报警状况, 报 警管理对于类似乙烯这样仪表设备数量众多的装置,效果比较明显。一、裂解装置实施报警优化前后的效果在完成对

3、某裂解装置各单元的报警优化工作后,装置的总报警数由 21564 (统计自 2012/7/15至 2012/8/15减少了约 51%,至 10673(统计自 2012/9/5至 2012/10/05;操作工对报警的干预率从 276268减少了约 38%,至 171565。 二、报警管理的性能指标(KPI EEMUA 191关于报警系统设计、管理和采购导则 >,对报警性能指标 提出了一些指导意见, 下面结合在乙烯裂解中报警管理中的应用, 对目标和执行 情况进行对比。1 最大报警率定义:在某一时间段内,把报警日志(Log 分成连续的 10分钟时间片来计 算,计算工厂在有波动时的报警数量(也就是

4、在工厂操作糟糕情况下,任何 10分钟操作员被通知的报警数量。 EEMUA 建议:每个操作工在装置扰动状态下,10分钟内接收到的报警数量小于 10个是易于处理的(predictable ,报警数 量大于 20个是很难应付的。乙烯裂解装置报警优化项目确立的目标是 <15个 /10Min。2 平均报警率定义:在某一时间段内,报警总数除以时间间隔数的值。 EEMUA 建议:每个 操作工每 5分钟平均接收到 1个报警是易于处理的,每 10分钟少于 1个是可接 受的。乙烯裂解装置报警优化项目确立的目标是 <2个 /10Min。3 扰动报警百分比(%Upset or%burst定义:在某一时间段

5、内, 若把报警日志分成连续的 1小时时间片段, 计算报 警数量超过 30个的报警时间片段数占总时间片段数的百分比。 EEMUA 建议扰动 报警百分比应在 1%3%之间。乙烯裂解装置报警优化项目确立的目标是 <2%。 4 静态报警负荷指标这是衡量 DCS 中在组态阶段所设置的报警数量是否合理的指标, 一个好的报 警系统, 既要避免某区域所发生的报警数量过多, 也要避免报警数量太少, 在设 计阶段,就应该考虑报警数量的合理性。 EEMUA 建议:每个 PID 回路控制器回路 平均设 4个报警值,而每个模拟量和数字量信号平均设 10.4个报警。5 报警优先级分布确定优先级的目的是使操作员在 D

6、CS 报警在出现大量报警时, 能易于辨别重 要的报警, 一个良好的报警系统应具有这样一个特点:报警优先级越高报警发生 的频率越低。 EEMUA 建议:报警级别在静态(指在设计或 DCS 组态时情况下, 基本应符合下列比例,即:紧急报警占 5%10%、高级占 15%35%、低级报警占 55%80%;而在装置运行阶段(“实时”报警,动态的报警优先级分配应大致 服从以下比例:紧急报警占 1%5%;高级报警占 15%20%;低级报警占 75% 80%。事实上,在报警系统的设计阶段,很难使静态优先级报警比例控制在 EEMUA 所建议的指标内,也没有必要严格控制静态报警优先级比例控制,因为动态 KPI 指

7、标才是我们关心的, 许多在静态时设置为紧急优先级的报警在投入运行后很少 会发生,例如,可燃气体检测器报警、事故停车和安全系统的报警,这些都会影 响动态指标; 但另一方面, 如果静态报警分布严重偏离基准, 也会导致动态指标的偏离。在乙烯裂解装置中,由于项目执行深度欠缺及 DCS 组态中存在的一些不足, 整个装置的静态报警优先级指标偏离了 EEMUA 建议的目标, 再加上装置上在运行 阶段,小组成员讨论出来的 DCS 修改内容需要在装置上在合适的机会予以实施, 故整个装置的动态优先级性能不是很理想,但主要区域裂解区域离 EEMUA 建议更近了, 这得益于对裂解炉的报警优化讨论比较充分并且炉子有单独

8、停炉修 改 DCS 组态的机会。三、乙烯裂解装置的报警优化实施这是整个报警优化工作是否能够达到预定效果的关键步骤。 项目实施前, 应 成立由操作工、工艺工程师、 DCS 工程师和 Honeywell 报警管理专家组成的报警 管理项目组,该小组人数以 35人为好,小组成员应集中时间办公,以排除干 扰。 小组成员应参加报警系统优化的培训课程, 接受报警管理的理念, 如报警不 是越多越好、 必须将操作人员的注意力集中到最重要的报警上面、 应抑制没有意 义的报警、报警描述必须清楚和容易理解等。1 静态报警优化在这个阶段, 首先需收集乙烯裂解装置的报警策略设计文档及报警台帐, 小 组成员利用 HAZOP

9、 (危险与可操作分析 方法, 对每一个设计的报警点进行分析, 以判定报警优先级或修改报警值等。 在这个分析阶段, 我们发现了 DCS 系统在报 警组态上的不合理问题,譬如, PKS DCS中“ DACA ”块中的“ ROCNEGALM ”(PV 值负向变化率报警 和 “ ROCPOSALM ” (PV 值正向变化率报警 , 均被赋予了 “ LOW ” 级别的报警,但报警参数一栏却是“ NAN ”。2 动态报警优化利用 Matrikon Alarm Manager数据采集器,通过 OPC A&E接口收集 DCS 系 统的报警和事件数据, 生成相应的报警汇总报告, 以对动态报警活动和事件进

10、行 统计分析和改进, Matrikon Alarm Manager提供了多种工具用以分析改进动态 报警,典型的有:最为频繁的报警因果报警 定义:当某个“父”报警发生时,某个“子”报警也同时发生, 在 1分 种 内 有 2次 这 样 的 现 象 , 则 定 义 为 1次 关 联 。 建 议 当 预 测 度(predictability 大于 40%时,必须对父、子报警的关系进行审阅,以决定报 警取舍。持续不断的报警(Chattering Alarms定义:以 10s 为时间片断,片断 内发生的报警次数占总时间片断的百分比。 这种报警多发生在当某个报警值设定 在报警临界状态时, 报警总是 “喋喋不

11、休” 地在报警上下限或死区附近来回波动。 解决这个问题的方法有:对于数字量信号, 可以采取加延时的办法予以处理, 对 于模拟量信号除了加延时外,还可以通过设置报警死区的方式实现。长时间的持续报警(STANDING ALARMS定义:持续超过 24小时的报警。 对持续很长时间的报警, 报警优先级的设置非常重要, 需要对其重新评估, 一般 地, 长时间持续的报警其优先级不应该设的太高, 大量出现持续报警表明工厂运 行糟糕或者这些报警根本不需要操作员的关注, 对后一种情况, 这些报警应予以 设法处理。 在乙烯裂解装置中, 我们针对裂解炉在不同工况下的报警设置进行了 “智能化处理”,乙烯裂解炉有四种运

12、行状态:“运行”、 “热备”、 “烧焦”、 “停炉”,在“热备”、“烧焦”和“停炉”时,有很多过程参数会偏离正常运 行区域而报警, 为了减少这种无意义的报警, 通过在 DCS 中做顺控逻辑, 把这三 种模式下对应的报警信号予以抑制。 通过这个方式, 分别屏蔽了在 “停炉” 、 “烧 焦”、“热备”状态下共 115个、 23个和 8个报警信号。四、存在的问题乙烯裂解装置的报警优化后,在静态报警负荷方面,由于“ DI ”、 “ DO ”等 数字量类型的报警数偏离 KPI 性能指标较多,再加上“ AI ”和“ PID ”控制器类 型的报警数也接近了 KPI 指标的上限, 故导致整个装置的静态报警设置

13、数量指标 不理想。这影响了动态负荷特性,譬如:每天有接近几百个报警被操作工暂时挂起或屏蔽, 这些被屏蔽的报警应进 一步研究其原因,如果考虑这些被屏蔽的报警,则动态报警负荷超出了 EEMUA 目标值。在报警优先级比例方面,尽管在裂解区域的报警级别比例已经基本接近 EEMUA 目标,但整个装置的报警优先级指标离目标还有很大距离,特别是有大量 的报警集中在高优先级,这意味着在过程 /装置波动期间,操作员须查看所有的 报警。这些问题的造成, 主要原因是静态报警优化做得还不够深入, 项目小组成员 都是临时从生产中抽出来进行讨论的, 在项目后期, 甚至在个人办公室独自开展 分析工作, 因此缺乏共同论证; 另外, 对于动态报警的日常分析和处理力度不够 大, 如每天分析最为频繁的报警、