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的发展，化工项目和炼油项目的规模越来越大，其配套的罐区也越来越大，储存的介质也越来越复杂。而不同于一般的油库，其操作比较频繁，误操作可能性较大，而误操作引起的后果也比较严重，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、毒害介质的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、毒害介质的特性和储存量进行重大危险源的辨识，综合考虑安全和投资，采用独立的安全仪表系统（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，化工项目的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。但是化工项目的罐区不同于一般的石油库或者储备库，它的特点是：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，储罐的仪表设置都比较简单，介质本身的危险性往往被忽视。本项目设计中，充分考虑了介质的危险性并兼顾投资要求，对于属于重大危险源介质的储罐设置了独立的安全仪表系统（SIS）,用于防冒罐的高高液位联锁控制。1设置SIS系统的必要性化工项目罐区的介质种类复杂，可燃毒害介质多，发生事故后危害巨大。罐区一旦发生事故，将会对上下游的工艺都产生影响，连带着相关装置都需要停产，损失不小。减少罐区的安全事故可以更好的保证工厂的正常生产，提高效益。不因节省初次投入而增大事故风险。现行化工项目配套的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，误操作的概率就更大。这时采用一套安全性更高的、容错能力强、具有故障自诊断功能、顺序事件记录功能（SOE）的安全仪表系统（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、剧毒液体的一级或者二级重大危险源，配备独立的安全仪表系统（SIS）”。2确定SIS系统的设置原则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）,重大危险源的辨识依据是物质的危险性及其数量[3]。单元内存在的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：2+金冬* ⑴&&2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的临界量，to罐区分析结果见表1。表1危险化学品重大危险源构成Table1Hazardchemicalsignificantdangeroussource序号険■化学■比序号険■化学量，£462m1^(114fi2.3确定各种介质的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）的要求，对重大危险源进行分级[2]。

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的临界量（单位:吨）；B1,B2../n—与各危险化学品相对应的校正系数;a—该危险化学品重大危险源厂区外暴露人员的校正系数，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的分级情况见表2。表2危险化学品重大危险源的分级情况Table2Classificationofmajordangeroussourceofdangerouschemicals序也冒亡晖區如Qi2帰&持竄丈血阶甲和1.獅46师1500剌余碳五15001河IW15£M11血石弟柚/摘金柚F1网1.57200-1建区丙姬].;和6^00-CL5 2^3.丙烷1.5SD2001.55014<1一烯-】].5加24012£»1500154X1711正T附15W0异F150«)珈15000swt根据计算结果及下表确定罐区构成一级重大危险源，其中涉及的介质有甲醇、甲醇水等16种介质。对于储存这些介质的储罐安全联锁设置独立的安全仪表系统（SIS）。3储罐仪表的设置一般储罐仪表的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。结合介质特性项目的投资情况、全项目的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，确定各罐组的SIL等级，根据SIL分级确定储罐仪表的设置。以1台SIL1级的乙烯储罐为例，见图1。

Fig.1PIDethylenestoragetank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图中可以看出从PID图中可以看出虽然增加了SIS系统，但是接入其中的信号并不多，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。设计的SIS系统具体联锁控制如下：当储罐的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］。4SIS系统设计4.1SIS系统的设置原则罐区SIS系统，作为全厂SIS系统的组成部分，根据装置的特点，实现罐区内重要的安全联锁保护、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，设置独立的控制器，以确保人员及生产装置、重要机组和关键设备的安全。SIS系统的安全综合等级根据相应的要求进行考虑oSIS系统按照DINVVDE0801和DINV19250标准，采用TuV或AK6安全认证的SIL3级的安全可编程序控制器(ProgrammableLogicController-PLC)完成装置的紧急停车(EmergencyShut-Down-ESD)和紧急泄压(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，相应的报警及操作通过辅助操作台上开关、按钮、声光报警装置和DCS系统的操作站来完成。罐区SIS系统具有报警事件顺序记录功能(SOE),在中央控制室和现场机柜室各设置一套工程师站，用于SIS系统的组态、下装、调试和日常维护以及报警事件顺序的记录。中央逻辑控制器、输入/输出卡件、SIS系统内部的安全网络、供电单元、与DCS系统通信的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通信卡必须是冗余配置,且冗余的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工作站提供可靠的高速数据传输。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oSIS与DCS通信协议为MODBUSRTU或TCP/IP。DCS系统为主站，SIS系统为从站。所有部件都应抗每米10毫伏场强的电磁及无线电干扰。SIS系统具有时钟同步的性能，SIS系统控制器的时钟在系统上电和更换时钟卡件后，能够自动进行同步。SIS系统时钟同步信号来自于DCS系统。根据《石油化工仪表系统防雷工程设计规范》进行仪表系统防雷工程设计。SIL3回路的现场仪表侧及控制室（现场机柜室）侧配置防雷电浪涌保护器。在工厂调试完成后，有20%已经接好线的输入/输出（I/O）点作为备用；在端子接线柜中，有20%的裕量端子作为备用；在系统机柜中，有20%的裕量空间用于安装I/O卡件。在工厂调试完成后，处理器、数据存贮器和数据通信网络的负载最高不超过40%；电源单元的负载最多达到其能力的50%；应用软件和通信系统有30%的扩展能力。4.2SIS系统网络结构本项目采用冗余、容错结构的故障安全型SIS系统，安全等级达到SIL3。根据图2罐区网络结构图，可见：罐区单元主要硬件