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安全儀表系統(tǒng)在環(huán)氧乙烷乙二醇裝置的應(yīng)用

文檔作者：楊勇李宏吳衛(wèi)軍文檔來(lái)源： 1．中國(guó)石油撫順石化公司 2．中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月28日
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第41卷第12期
2012年12月
當(dāng) 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
Vo1．41．N0．12
December．201 2
安全儀表系統(tǒng)在環(huán)氧乙烷乙二醇裝置的應(yīng)用
楊 勇 ，李
(1．中國(guó)石油撫順石化公司，遼寧撫順113004；
宏 ，吳衛(wèi)軍
2．中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司， 遼寧撫順1 13008)
摘 要：主要對(duì)環(huán)氧乙烷乙二醇裝置原SIS系統(tǒng)改造必要性進(jìn)行了闡述，并介紹HIMA H51q—HRS SIS系統(tǒng)
的工作原理及環(huán)氧乙烷乙二醇裝置SIS系統(tǒng)配置應(yīng)用情況，著重對(duì)SIS系統(tǒng)的改造以及系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生
的問(wèn)題并怎樣解決問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：SIS；冗余；聯(lián)鎖
中圖分類號(hào)：TQ 214 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671—0460(2012)12—1369—03
Applications of the Safety Instrumented System (SIS)in EO／EG Plant
YANG Yong ， LIHomg~， WU Wei-jun
(1． PeSoChina Fushun Peuochemical Company，Liaoning Fushun 113004，China；
2．China Huanqiu Constructing&amp;amp; Engineering Corp．Liaoning Subcompany,Liaoning Fushun 1 1 3006，China1
Abstract：The necessity of modifying old SIS system in EO／EG Plant was discussed，and the principle of HIMA
H5 1Ⅱ一HRS SIS was introduced as well as its application in EO／EG plant．Some problems in the modification process
and application were analyzed，solutions were put forward．
Key words：SIS；Redundance；Interlock
SIS是safety instrument system的英文縮寫，意
思是安全儀表系統(tǒng)[11。石油化工行業(yè)是高危行業(yè)，
操作失誤會(huì)導(dǎo)致裝置超溫、超壓，輕則損壞設(shè)備，
重則發(fā)生火災(zāi)爆炸環(huán)境危害事故，給企業(yè)和國(guó)家造
成財(cái)產(chǎn)損失，給個(gè)人和他人造成人身傷害。也就是
說(shuō)，從安全角度出發(fā)，石油和化工生產(chǎn)過(guò)程自身存
在固有風(fēng)險(xiǎn)。SIS系統(tǒng)就是用于較低這種風(fēng)險(xiǎn)的安
全保護(hù)系統(tǒng)。6萬(wàn)婦環(huán)氧乙烷乙二醇裝置是我公司
重要裝置之一。裝置加工原料乙烯、氧氣、環(huán)氧乙
烷等都具有易燃和有毒性質(zhì)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及控制系
統(tǒng)要求很高，高可靠性的安全儀表系統(tǒng)十分必要。
1 HIMA公司及SIS系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1．1 HlMA公司及H51q系列SIS
HIMA公司創(chuàng)建于1908年，是世界著名的安全
控制系統(tǒng)專業(yè)制造商。自1970年HIMA公司生產(chǎn)出
世界上第一套TUV認(rèn)證的故障安全型控制系統(tǒng)起，
HIMA公司就一直處于安全控制領(lǐng)域的最前沿。本
次改造所有的HIMA H51q系統(tǒng)，是采用了當(dāng)前最先
進(jìn)的四重化冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)的故障安全型停車聯(lián)鎖系
統(tǒng)(圖1)。其主要特點(diǎn)：
(1)H5lq系統(tǒng)的各種插件都能在線插拔、更
換。系統(tǒng)擴(kuò)展性好，最多支持16個(gè)輸入輸出。
(2)按照行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制造卡件，并經(jīng)過(guò)高
溫、老化試驗(yàn)及機(jī)械l生能測(cè)試。
(3)系統(tǒng)的掃描周期短，為25 ms。
(4)具有事件報(bào)警、記錄功能，SOE會(huì)對(duì)聯(lián)
鎖導(dǎo)致的停車進(jìn)行聲光報(bào)警提示，并將信息記錄，
以便操作人員及維護(hù)人員對(duì)故障進(jìn)行分析處理。
(5)系統(tǒng)硬件具有自診斷功能。
上
卿站
現(xiàn)場(chǎng)縮母 現(xiàn)場(chǎng)信蛩
圖1 SIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
Fig．1 The System Composition of SiS
1．2 HIMA系統(tǒng)工作過(guò)程
HIMA 系統(tǒng)的工作過(guò)程是周期循環(huán)的，一個(gè)循
收稿日期： 2012-11—05
作者簡(jiǎn)介： 楊勇，男，遼寧撫順人，助理工程師，2005年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，研究方向：儀器儀表自動(dòng)化。E-mail
yyl 98201 01@1 63．com。
化 工 2012年1 2月
環(huán)過(guò)程有7個(gè)步驟：
(1)首先進(jìn)行系統(tǒng)自檢，包括硬件和軟件 則，
這個(gè)過(guò)程是伴隨著CU發(fā)出的連貫測(cè)試信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的；
(2)檢測(cè)并讀取輸入信號(hào)，完成過(guò)程變量對(duì)數(shù)
據(jù)的接收；
(3)系統(tǒng)接收的信息會(huì)通過(guò)DPR送到另一個(gè)
中央處理單元；
(4)把輸入變量的值賦予內(nèi)部變量，用戶程序
會(huì)對(duì)內(nèi)部變量進(jìn)行處理，處理結(jié)果被送至輸出變量，
并在系統(tǒng)內(nèi)存中進(jìn)行CPU的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)比較，如有錯(cuò)誤
則將對(duì)CPU切除；
(5)兩個(gè)CU的輸出進(jìn)行交換并比較；
(6)主CU會(huì)通過(guò)I／O BUS輸出處理結(jié)果；
(7)從CU會(huì)把輸出結(jié)果讀回來(lái)與下—個(gè)周期的
正確邏輯輸出比較，如果不相等則輸出模塊被切除。
對(duì)于冗余的系統(tǒng)中央處理單元在每個(gè)過(guò)程循環(huán)
完成后都進(jìn)行一次時(shí)鐘同步。
1．3 一體化安全停車
在HIMA安全系統(tǒng)中，一體化安全停車被分為
三個(gè)級(jí)別：
(1)整體安全停車：即CPU連續(xù)出現(xiàn)兩次故
障，QMR系統(tǒng)的兩級(jí)容錯(cuò)功能已不能滿足系統(tǒng)正常
運(yùn)行，操作系統(tǒng)通過(guò)DO通道獨(dú)立的第三方元件使
系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)安全釋放的狀態(tài)。 、
(2)部分功能切除：即一對(duì)CPU、一條BUS
總線、一塊I／O卡或一條WD信號(hào)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)
僅僅切除有故障的部分，其余部分不會(huì)受影響。
(3)安全組切除：不相關(guān)裝置的信號(hào)被分配在
不同的安全組，一個(gè)安全組的硬件故障僅僅造成本
組被切除，不會(huì)使問(wèn)題擴(kuò)大。
1．4 系統(tǒng)軟件
HIMA 系統(tǒng)軟件ELOPII是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)化軟件
包，提供可執(zhí)行邏輯運(yùn)算、PID、順序控制，該軟
件包語(yǔ)言是標(biāo)準(zhǔn)的功能塊語(yǔ)言，編程人員通過(guò)個(gè)人
計(jì)算機(jī)即可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、監(jiān)視、操作和文檔管
理、用戶程序輸入，且把它譯成機(jī)器碼，這些工作
在個(gè)人計(jì)算機(jī)上完成，不需要連接SIS。該軟件的
特點(diǎn)是允許在線修改，并支持無(wú)測(cè)試在線下裝。
2 SIS系統(tǒng)的在環(huán)氧裝置的配置應(yīng)用
2．1 環(huán)氧裝置SIS配置
環(huán)氧乙烷乙二醇裝置建廠時(shí)采用的是HIMA公
司的planar F ESD系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)屬于行業(yè)內(nèi)技術(shù)比較
領(lǐng)先的安全儀表系，運(yùn)行20余年沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)系統(tǒng)故
障導(dǎo)致的裝置停車。使用后期由于系統(tǒng)硬件老化，
備件停產(chǎn)，經(jīng)廠里研究決定對(duì)其進(jìn)行改造。并于
2008年大修時(shí)實(shí)施。系統(tǒng)采用HIMA當(dāng)前最先進(jìn)、
安全系數(shù)最高的H5 1q-HRS SIS系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包
括輸入輸出總線、模件及中央處理單元。每個(gè)中央
控制模件通過(guò)協(xié)處理器F8621A與DCS通訊 。
我廠環(huán)氧乙烷乙二醇裝置SIS系統(tǒng)只要配置有
(表1)：4個(gè)中央控制模件、6個(gè)電源卡、2個(gè)電源
監(jiān)視卡等組成。所用I／O卡為：32個(gè)DI卡，60個(gè)DO
卡，27個(gè)AI卡。系統(tǒng)通過(guò)工程師站進(jìn)行在線編譯，
系統(tǒng)軟件為ELOP 11，監(jiān)控軟件為WIZCONV9．0。
表1 SIS系統(tǒng)配置圖
Table 1 The System configure of SiS
配置 數(shù)量?jī)r(jià)
中央控制模件
電源卡
DI卡
DO卡
AI卡
4
6
32
60
27
環(huán)氧乙烷乙二醇裝置SIS系統(tǒng)在安全陛上為保
證安全生產(chǎn)在環(huán)氧乙烷乙二醇裝置和空分裝置設(shè)置
完善的聯(lián)鎖系統(tǒng)。主要聯(lián)鎖回路200余套，其中DI點(diǎn)
343點(diǎn)，DO點(diǎn)351點(diǎn)，AI點(diǎn)165點(diǎn)。該系統(tǒng)為全冗
余式設(shè)計(jì)，即CPU、輸入輸出卡件、電源都是冗余，
一個(gè)出現(xiàn)故障系統(tǒng)仍然可以正常運(yùn)行。系統(tǒng)硬件和
軟件采用容錯(cuò)技術(shù)，當(dāng)檢’鋇0到系統(tǒng)故障，特別時(shí)危
險(xiǎn)故障時(shí)可以使系統(tǒng)回到安全狀態(tài) 。為了滿足裝置
特殊情況要求，系統(tǒng)還設(shè)有旁路功能，即如果現(xiàn)場(chǎng)
儀表故障為了不耽誤裝置運(yùn)行可以將該儀表切除到
旁路運(yùn)行，旁路有硬旁和軟旁兩種，硬旁路設(shè)在控
制柜面板上，軟旁路則通過(guò)工程師站的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，
無(wú)論哪種旁路信息均在SOE站上報(bào)警提示。
2．2 系統(tǒng)改造方案
考慮到原來(lái)的SIS系統(tǒng)無(wú)論是硬件還是軟件都
已經(jīng)試用了20余年，廠家已經(jīng)不提供升級(jí)服務(wù)，為
了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行，環(huán)氧乙烷乙二醇裝置的SIS
改造只保留到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)線端子排，其他機(jī)架及部件全
部更換。系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)工程師站，通過(guò)冗余的通訊
方式在控制器的通訊接口上，用于控制器的離線和
在線組態(tài)、除錯(cuò)、修改、測(cè)試、軟件裝載、設(shè)置參
數(shù)等等。為確保SIS系統(tǒng)的安全運(yùn)行，用戶操作界
面只有有權(quán)限的工程師可以修改和摘除，以防止關(guān)
鍵操作參數(shù)如應(yīng)用程序、組態(tài)數(shù)據(jù)被意外改動(dòng)。系
統(tǒng)還設(shè)有一臺(tái)SOE站，用于在線紀(jì)錄系統(tǒng)的各類報(bào)
警及動(dòng)作事件，存入硬盤，供查詢、追溯和打印。
當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生時(shí)，主處理器將當(dāng)前狀態(tài)和時(shí)間標(biāo)
簽存儲(chǔ)在緩沖區(qū)內(nèi)，這個(gè)緩沖區(qū)是SOE塊的一部
第41卷第12期 楊 勇，等：安全儀表系統(tǒng)在環(huán)氧乙烷乙二醇裝置的應(yīng)用 1371
分。最多可以存65 000個(gè)事件。系統(tǒng)的通訊接口是 時(shí)在安全柵柜加設(shè)一臺(tái)大功率風(fēng)扇，加大空氣流動(dòng)，
通過(guò)冗余的RS485接口與工程師站和SOE站進(jìn)行冗 使安全柵補(bǔ)償電阻工作正常，避免波動(dòng)。并在2010
余的雙向數(shù)據(jù)通訊。以支持系統(tǒng)的編程、維護(hù)、硬 年5月小修期間，對(duì)安全柵柜內(nèi)布局進(jìn)行了調(diào)整，
件組態(tài)、過(guò)程歷史事件等，該系統(tǒng)具有良好的容錯(cuò) 將安全柵與安全柵之間增加5 cm左右的空間，便于
能力，可支持多種接口協(xié)議，保證與DCS系統(tǒng)設(shè)備 空氣流通，調(diào)整之后再?zèng)]出現(xiàn)過(guò)類似問(wèn)題。
通訊。系統(tǒng)供電為自帶的一套24 V冗余電源，功率 3．3 系統(tǒng)接地問(wèn)題
為1 600 W，安裝于機(jī)柜內(nèi)。系統(tǒng)接地分為系統(tǒng)地和 SOE操作站報(bào)錯(cuò)，信息顯示中斷與CU的通訊，
保護(hù)地，采用等電位接地方式，接地電阻為小于4 Q。 導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)警及復(fù)位功能失靈。通過(guò)對(duì)軟件、COM
3 運(yùn)行問(wèn)題及解決措施
3．1 系統(tǒng)接地問(wèn)題變送器超程問(wèn)題
HIMA H51q系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯功能塊設(shè)計(jì)之初帶
有現(xiàn)場(chǎng)變送器超上限和下限停車功能，系統(tǒng)在采集
到變送器超限情況時(shí)，輸出停車信號(hào)。環(huán)氧乙烷乙
二醇裝置設(shè)計(jì)之初選擇變送器時(shí)為了保證測(cè)量精
度，個(gè)別變送器存在超稱，如PDT一104、PDT一122
等選用低量程，但實(shí)際工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于量程，如果不
修改功能塊裝置就無(wú)法開(kāi)車，當(dāng)時(shí)為了開(kāi)車只能將
聯(lián)鎖旁路。后經(jīng)過(guò)與HIAM公司溝通，暫時(shí)將功能
塊超上下限停車功能取消，同時(shí)，在裝置允許的情
況下將超稱變送器進(jìn)行合理的更換。
3．2 安全柵補(bǔ)償電阻失效問(wèn)題
在系統(tǒng)投用初期，個(gè)別溫度點(diǎn)時(shí)常波動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)
300#環(huán)氧乙烷部分機(jī)泵經(jīng)常高溫聯(lián)鎖停車，尤其是
在夏季中午，該現(xiàn)象較頻繁。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量元件
檢查校驗(yàn)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題。經(jīng)過(guò)廠部及儀表維
護(hù)人員細(xì)心檢查找到了問(wèn)題所在：原HIMA SIS系
統(tǒng)溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換卡后進(jìn)入系統(tǒng)輸入卡件，新系
統(tǒng)使用的是本安型安全柵，現(xiàn)場(chǎng)輸出的毫伏和電阻
信號(hào)直接進(jìn)入HIAM 的安全柵(使用的是
MTL5074)。安全柵上有一塊補(bǔ)償電阻，各安全柵之
間過(guò)于緊湊，散熱不良，造成補(bǔ)償電阻失效，外界
環(huán)境溫度如發(fā)生變換，根據(jù)中間導(dǎo)體定律，現(xiàn)場(chǎng)溫
度測(cè)量結(jié)果將發(fā)生變化。為了不影響裝置運(yùn)行，臨
口、轉(zhuǎn)換器以及CU輸出的檢查后發(fā)現(xiàn)，CU的2個(gè)
輸出通訊接口其中一個(gè)損壞，結(jié)合當(dāng)天天氣后確認(rèn)
是雷擊造成。檢查系統(tǒng)接地發(fā)現(xiàn)接地電阻遠(yuǎn)大于相
關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按照化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，儀表系統(tǒng)接地電
阻不應(yīng)大于4 Q嗍，該系統(tǒng)的接地是利用的原系統(tǒng)的
接地，系統(tǒng)接地混亂，接地線及接地極老化是造成
該后果的直接原因。經(jīng)過(guò)專業(yè)人員對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行重
新接地，經(jīng)測(cè)試合格后投入使用，該問(wèn)題再?zèng)]出現(xiàn)。
4 結(jié)束語(yǔ)
本次改造的主要意義在于：新投用的安全儀表
系統(tǒng)具有行業(yè)最高級(jí)別的安全認(rèn)證，并帶有容錯(cuò)自
診斷功能，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性大大提高。系統(tǒng)自帶
的SOE歷史事件工作站能記錄所有聯(lián)鎖停車信息，
方便操作及維護(hù)人員及時(shí)查找、判斷停車原因。且
新系統(tǒng)備件充足，后續(xù)服務(wù)有保證，系統(tǒng)維護(hù)軟件
運(yùn)行環(huán)境為WINDOWS XP系統(tǒng)，便于維護(hù)。系統(tǒng)
投用至今未發(fā)生過(guò)因系統(tǒng)故障導(dǎo)致的停車事故。
參考文獻(xiàn)：
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20513—2000：1—4『S1．
云南創(chuàng)新磷酸生產(chǎn)技術(shù)
12月 14日 據(jù)從云南省科技廳獲悉，省化工研究院在國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的一整套熱法磷酸生產(chǎn)技術(shù)解決了傳統(tǒng)技術(shù)難題，熱
回收率超過(guò)65％并可提高生產(chǎn)力30％。目前，該項(xiàng)技術(shù)覆蓋國(guó)內(nèi)60％熱法磷酸生產(chǎn)企業(yè)，并推廣至東南亞國(guó)家。
云南是中國(guó)磷礦儲(chǔ)量最大的省份，也是國(guó)內(nèi)磷酸生產(chǎn)的主要產(chǎn)區(qū)。據(jù)該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人楊亞斌介紹，經(jīng)過(guò)數(shù)年的技術(shù)實(shí)施數(shù)
據(jù)表明，與傳統(tǒng)熱法磷酸生產(chǎn)技術(shù)相比，使用該技術(shù)每生產(chǎn)1噸85％濃度的熱法磷酸，可節(jié)約230千克標(biāo)煤，減少循環(huán)冷
卻水用量60％，減少循環(huán)酸量50％，水化塔五氧化二磷吸收率提高30％。此外，采用該技術(shù)新建同等規(guī)模生產(chǎn)裝置，可減
少投資20％，對(duì)原有傳統(tǒng)生產(chǎn)裝置進(jìn)行改造，可提高生產(chǎn)能力30％以上。
“目前在廣西、重慶、湖北、江蘇、四川、浙江等省市的熱法磷酸加工行業(yè)實(shí)施技術(shù)轉(zhuǎn)讓45項(xiàng)，企業(yè)每年可獲直接效
益超過(guò)23．5億元?！睏顏啽笳f(shuō)，該技術(shù)推廣覆蓋率達(dá)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力60％以上，并已拓展至印度等東南亞國(guó)家。

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