1 、设置SIS 系统的必要性
例如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:
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,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] 。
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的临界量(单位:吨); β1,β2?,βn— 与各危险化学品相对应的校正系数;
α— 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
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。
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] 。
4、SIS 系统设计 4.1 SIS 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。SIS 系统按照DIN V VDE0801 和DIN V 19250 标准,采用TüV 或AK6 安全认证的SIL3 级的安全可编程序控制器(Programmable Logic Controller - 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。