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煤制烯烴項目安全儀表系統(tǒng)評估工作的探討

文檔作者：楊紹軍文檔來源：神華包頭煤化工有限責(zé)任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月09日
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第23卷第5期
2016年5月
儀器儀表用戶
NSTRUMENTATl0N
EIC Vo1．23
2016 No．5
煤制烯烴項目安全儀表系統(tǒng)評估工作的探討
楊紹軍
(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭014010)
摘要：本文介紹了煤制烯烴項sis的配置情況，進行了sIs與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的符合性分析。根據(jù)分析結(jié)果并結(jié)合相
關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，對在役裝置的SIS進行評估。通過評估，對不符合要求的安全聯(lián)鎖回路進行改造，可以合理、有
效、有針對陸地配置各裝置的SIS，解決目前裝置存在的各種sIs問題，保證各裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：安全儀表系統(tǒng)；符合性分析；SIL等級；過程危險分析；風(fēng)險評估
中圖分類號：TH 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10．3969／j．i ssn．1671—1041．2016．05．008
文章編號：1 671-1 041(201 6)05—0025—03
Discussion on Safety Instrumented System Assessment Work
of Coal to Olefins Project
Yang Shaojun
fShenhua Baotou COal chemical Co．，Ltd．，Neimenggu， Baotou，014010，China)
Abstract：Introduced the configuration of SIS in coal to clefin project．Analyzed compliance between SIS and current standard
specification．According to the analysis of the results combined with requirements of the relevant standards，in service units in
SIS of assessment．Through the assessment，transformation does not conforIfl to the requirements of the safety interloek circuit，
can be reasonable，effective and the configuration of each device SIS，solve various SIS problems existing in the current device，
ensure the safe and stable production of the device．
Key words：SIS；analyzed compliance；SIL；PHA；RA
某煤制烯烴項目是世界首套、國家級煤制烯烴示范工
廠，是以煤為原料，通過煤氣化制甲醇、甲醇制烯烴、烯
烴生產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯的煤化工項目。該煤制烯烴工藝在
世界范圍內(nèi)開創(chuàng)了煤基能源化工產(chǎn)業(yè)的新途徑，對我國石
油化工原料替代、保障國家能源安全、推進低碳經(jīng)濟發(fā)展
具有重要的示范意義。該項目于2010年10月一次建成投產(chǎn)，
有熱電、甲醇、烯烴和公用工程等4個生產(chǎn)中心；包括氣化、
變換凈化、合成、硫磺回收、甲醇罐區(qū)、MTO、烯烴分離、
MTBE、2PH、聚丙烯、聚乙烯、烯烴罐區(qū)、污水回用水、
裝卸站臺、火炬等15套化工裝置。
1 煤制烯烴項目安全儀表系統(tǒng)配置情況
1．1安全儀表系統(tǒng)
安全儀表系統(tǒng)(Safety Instrumented System～ SIS)
根據(jù)美國儀表協(xié)會(Instrument Societv of America—ISA)
對安全控制系統(tǒng)的定義而得名，也被稱為緊急停車系統(tǒng)
(Emergeney Shutdown Device—ESD)、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)(Safety
Interlocking System—SIS)或儀表保護系統(tǒng)(Instrument
Protection System一一IPS)。
SIS是指能實現(xiàn)一個或多個安全功能的儀表系統(tǒng)Ⅲ，用
于監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運行狀態(tài)，對裝置的生產(chǎn)、設(shè)備、人員
健康及環(huán)境提供安全保護。無論是人為因素導(dǎo)致的危險，
還是生產(chǎn)裝置本身故障出現(xiàn)的危險以及一些不可抗因素引
發(fā)的危險，SIS都可以按預(yù)先設(shè)定的程序立即做出正確的反
應(yīng)(聯(lián)鎖動作)并給出報警信息，使生產(chǎn)裝置進入安全狀態(tài)，
阻止危險的發(fā)生和擴散，使危害降到最低。
1．2 SIS的簡單構(gòu)成
SIS由傳感器、邏輯控制器和最終元件及相應(yīng)的軟件等
組成，如圖1所示。
俸臻器卜———_1巷篙釜 囂
圖1安全儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
Fig．1 SnuctIlre of safety instrument system
收稿日期：2016—03—07
作者簡介：楊紹軍(1966-)，男，黑龍江省伊春市人，碩士，機電儀中心副經(jīng)理，高級工程師，從事公司儀表自動化管
理工作。
26 儀器儀表用戶INSTRUMENTATION 第23卷
1-3生產(chǎn)中心各裝置SIS配置情況
1．3．1 甲醇中心各裝置SIS配置情況
表1 甲醇中心各裝置SIS的配置情況
Table 1 M ethanol center unit SIS configuration
序號裝置名稱 蠢衾 翠 sIs配置情況 備注
1．3．3 公用工程中心各裝置SIS配置情況
表3 公用工程中心各裝置SIS的配置情況
Table 3 Public works center unit SIS configuration
2 在役SIS與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的符合性分析
2．1 與“石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范SH／T3018．
2003”的符合性分析
該項目是在2009年底完成設(shè)計的，當(dāng)時SIS的設(shè)計應(yīng)
該參照執(zhí)行“石油化T安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范SHfF3018—
2003” 。對照SH／T3018，各裝置的SIS主要存在以下兩項
問題。
1)現(xiàn)場氣化、MTO等主要生產(chǎn)裝置均按設(shè)計規(guī)范設(shè)
置了SIS，部分裝置f如硫磺回收裝置、甲醇罐區(qū)、烯烴罐
區(qū)等裝置)雖然有安全聯(lián)鎖回路，但沒有設(shè)置SIS的情況 。
2)個別裝置雖然有SIS，但是有個別的安全聯(lián)鎖回路
設(shè)計在DCS內(nèi)(如PP裝置的反應(yīng)殺死邏輯)。
2．2 與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)“石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范
GB／T50770．2013” “信號報警及聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范
HG／T20511．2014”的符合性分析
對照GB／T50770和HG／T20511，各裝置的SIS主要存在
以下幾項問題。
1)所有裝置的SIS均未進行安全完整性等級評估。
2)硫磺回收等6個裝置的安全聯(lián)鎖回路均是在DCS
中實現(xiàn)的，沒有單獨設(shè)計SIS。
3)氣化、烯烴分離等裝置，存在DCS內(nèi)部指令通過
通訊方式傳輸?shù)絊IS中參與邏輯運算的情況，不符合“基
本過程控制系統(tǒng)(BPCS)不應(yīng)介入安全儀表系統(tǒng)的運行或
邏輯運算” 、“除旁路信號和復(fù)位信號外，基本過程控制
系統(tǒng)不應(yīng)采用通信方式向安全儀表系統(tǒng)發(fā)送指令”、“BPCS
的失效不應(yīng)危及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能安全”的規(guī)定。
4)除PP擠壓造粒系統(tǒng)的SIS中使用的安全柵有功能
安全認(rèn)證標(biāo)識以外，該項目其他裝置的SIS使用的安全柵
均是沒有獲得功能安全認(rèn)證的產(chǎn)品，不符合“用于安全聯(lián)
鎖的安全柵、信號隔離器等應(yīng)使用獲得功能安全認(rèn)證的產(chǎn)
品” 。
5)存在幾個裝置的多套SIS共用中央控制室的一套
SIS控制器在輔操臺實現(xiàn)投切、急停、指示燈等操作及指示
的情況。不符合GB／T 50770—2013石油化工安全儀表系統(tǒng)
設(shè)計規(guī)范中“5．0．21在大型石油化丁項目中設(shè)置多套安全
儀表系統(tǒng)時，每套系統(tǒng)應(yīng)能獨立工作。”的原則要求。
6)個別裝置的安全聯(lián)鎖回路在DCS內(nèi)(如PP裝置的
反應(yīng)殺死邏輯)，還有個別裝置在進行技術(shù)改造(如MTO
裝置的富氧再生項目技術(shù)改造)時把安全聯(lián)鎖回路設(shè)計在
DCS內(nèi)了，沒有設(shè)計到SIS中。
7)近幾年經(jīng)常出現(xiàn)因儀表故障造成裝置聯(lián)鎖停車的事
故，經(jīng)過事故分析認(rèn)為，有很多情況是因為個別安全聯(lián)鎖
回路配置的傳感器、最終元件不符合相應(yīng)的冗余設(shè)置原則，
存在聯(lián)鎖不足的問題，比如，應(yīng)該通過1002或2003實現(xiàn)聯(lián)
鎖功能，在實際設(shè)計中卻設(shè)計成了lool。當(dāng)然了，實際的
聯(lián)鎖回路也許還存在聯(lián)鎖過度的情況，比如應(yīng)該通過lool
實現(xiàn)聯(lián)鎖功能，在實際設(shè)計中卻設(shè)計成了1002或2003，這
需要對相應(yīng)的安全儀表功能的安全完整性等級進行評估才
能判斷出來，聯(lián)鎖過度的設(shè)計會造成設(shè)計浪費，并增加運
行維護成本。
3 安全儀表系統(tǒng)評估
通過分析可知，煤制烯烴項目在原始設(shè)計期間和投人
生產(chǎn)后的技術(shù)改造中，關(guān)于SIS的設(shè)計還有許多不符合相
關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的問題。這些問題的存在，是因為當(dāng)時是基
于T程慣例并考慮具體工藝應(yīng)用的特殊性設(shè)計的，并沒有
按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，明確提出安全儀表功能(Safety
第5期 楊紹軍·煤制烯烴項目安全儀表系統(tǒng)評估工作的探討 27
Instrumented Function—SIF)的安全完整性等級(Safety
Integrity Level_¨．SIL)l4’ 的要求。
根據(jù)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和“國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加
強化1二安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見一安監(jiān)總管三[
2014]116號” 要求，依據(jù)GB／T20438和GB／T21109的指
導(dǎo)原則，要對在役裝置的SIS進行評估，確定這些SIS是否
滿足了所需要的風(fēng)險降低要求。如果達不到根據(jù)風(fēng)險評估
確定的風(fēng)險降低要求，就應(yīng)該再適當(dāng)?shù)臅r機(比如裝置停
工檢修時期)對SIS進行改造完善。
依據(jù)GB／T20438和GB／T21 109， SIL等級是衡量SIS
功能安全的綜合指標(biāo)，他們把SIL等級分為4級(SILl—
SIL4)，所以對SIS的評估實際上就是對SIL等級的評估。
3．1 SIL等級評估的原則
基本的評估原則如下：
1)確認(rèn)進行了危險和風(fēng)險分析，以定量或定性的方式
確定SIS中每～個SIF所對應(yīng)的目標(biāo)SIL等級。
2)確認(rèn)對已經(jīng)存在的SIF進行了評估，計算對應(yīng)的
SIL值，并確定是否滿足了所需要的目標(biāo)SIL等級要求。
3．2 SIL等級評估流程
遵循SIL等級評估原則，為了合理、有效、有針對性
的配置各裝置的SIS，解決目前裝置存在的無SIS、SIS與
DCS通訊、現(xiàn)場儀表選型、聯(lián)鎖不足或聯(lián)鎖過度等問題，
根據(jù)煤制烯烴項目實際情況，應(yīng)該對甲醇、烯烴和公用工
程3個生產(chǎn)中心的l5個裝置，全面開展SIS的SIL評估工作。
首先應(yīng)該對各裝置進行危險和風(fēng)險分析，辨識出SIF，并確
定SIF應(yīng)有的SIL等級；然后對現(xiàn)有SIS進行SIL等級驗算；
最終確認(rèn)是否達到了目標(biāo)SIL等級的要求。SIL等級評估流
程如圖2所示。
圖2安全儀表系統(tǒng)SIL等級評估流程
Fig．2 Safety instrumented system SIL level
assessment process
3．3 SIL等級的評估
3．3．1 過程危險分析和風(fēng)險評估
根據(jù)工藝過程的復(fù)雜性、參與人員的相關(guān)經(jīng)驗以及裝
置實際情況，可以采用危險和可操作性研究(Hazard and
Operability Study—HAZOP)方法或預(yù)危險分析方法，也可
采用安全調(diào)查表、故障模式和影響分析、因果分析、事故
樹分析方法等進行過程危險分析(Process Hazard Analysis—
PHA)和風(fēng)險評估(Risk Assessment—RA)。因為煤制烯烴
項目的大部分裝置都屬于大型、復(fù)雜的裝置，為了能夠?qū)?
生產(chǎn)過程進行系統(tǒng)、詳細(xì)、科學(xué)地危險辨識，經(jīng)過綜合分
析比對，一般均選用HAZOP方法。
通過HAZOP分析，辨識出危險事件及其風(fēng)險類別，結(jié)
合風(fēng)險降低要求和所有相關(guān)的風(fēng)險降低措施，最后確認(rèn)最
終的SIF。
3．3．2 確定SIS和SIF的目標(biāo)SIL
根據(jù)危險分析和風(fēng)險評估結(jié)果可以確定哪些風(fēng)險降低
要求應(yīng)該用SIS來實現(xiàn)，針對最新的SIF確定目標(biāo)SIL等級。
SIL等級評估方法應(yīng)根據(jù)工藝過程的復(fù)雜程度、現(xiàn)行的國家
標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險特征和降低風(fēng)險的方法、人員經(jīng)驗等確定。主
要方法有定量和定性兩類，定性的方法主要有風(fēng)險矩陣法、
校正的風(fēng)險圖法、經(jīng)驗法等；定量的方法有保護層分析法、
故障樹、事件樹等，其中保護層分析法(Layer of Protection
Analysis—L0PR)是目前最通用的分析方法。通過LOPR，
可以確定每個SIF的目標(biāo)SIL等級。
3．3．3 現(xiàn)有SIS的SIL等級驗證計算
SIS的SIL等級驗證計算方法主要包括采用簡化方程式
法、故障樹分析法、馬爾可夫模型分析法和可靠性方框圖
分析法等。
SIL等級的驗證計算是要依據(jù)上述方法中的一種計算
出每個SIF的要求的平均失效概率fAverage Probability of
Failure Demand-PFDavg)值，通過查表可以查出對應(yīng)的
SIL值，該值與該SIF的目標(biāo)SIL等級進行比較。通過比較
就可以得知目前的安全儀表回路是否滿足對應(yīng)的SIF的目
標(biāo)SIL等級的要求。對于一個特定的SIL等級的儀表安全
功能回路，在經(jīng)過SIL驗證后，符合規(guī)定的SIL等級要求，
就說明該回路的儀表選型及回路的設(shè)計是合理的；如果不
符合規(guī)定的SIL等級要求，就必須進行改造，可以通過增
減傳感器、邏輯控制器和最終元件的部分的冗余配置，或
重新選擇具備合適的SIL等級要求的儀表設(shè)備，或縮短系
統(tǒng)檢驗測試時間間隔等方法，來滿足目標(biāo)SIL等級的要求。
改造后要重新進行SIL等級驗證計算。
4 結(jié)論
SIS是生產(chǎn)裝置在危險條件出現(xiàn)時，通過自身的正確反
應(yīng)，采取相應(yīng)的保護措施，使生產(chǎn)裝置進入安全狀態(tài)的重
要設(shè)施。為了保證SIS在危險發(fā)生時能正確的執(zhí)行其安全
功能，依據(jù)安全生命周期要求，應(yīng)該對在役裝置的SIS開
展評估工作。通過危險分析和風(fēng)險評估，進行SIS的SIL等
(下轉(zhuǎn)第31頁)

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