關鍵詞：安全儀表系統；重大危險源辨識；罐區
0 引言
一直以來，化工項目的罐區一般根據石油庫設計規范進行設計，而此規范，并沒有要求設置安全儀表系統。但是化工項目的罐區不同于一般的石油庫或者儲備庫，它的特點是：單罐罐容小、介質種類復雜、毒害介質多。由于儲罐容量一般較小，儲罐的儀表設置都比較簡單，介質本身的危險性往往被忽視。
本項目設計中，充分考慮了介質的危險性并兼顧投資要求，對于屬于重大危險源介質的儲罐設置了獨立的安全儀表系統（SIS），用于防冒罐的高高液位聯鎖控制。
1 設置SIS 系統的必要性
化工項目罐區的介質種類復雜，可燃毒害介質多，發生事故后危害巨大。罐區一旦發生事故，將會對上下游的工藝都產生影響，連帶著相關裝置都需要停產，損失不小。
減少罐區的安全事故可以更好的保證工廠的正常生產，提高效益。不因節省初次投入而增大事故風險。
現行化工項目配套的罐區大多采用分散控制系統（DCS）進行操作控制及連鎖。DCS 系統具有控制功能完善多樣、易操作、易擴展及維護方便等特點，但是并不適用于安全控制。對于化工項目罐區要比一般油庫操作更加頻繁，誤操作的概率就更大。這時采用一套安全性更高的、容錯能力強、具有故障自診斷功能、順序事件記錄功能（SOE）的安全儀表系統（SIS）就十分必要了。
2011 年8 月5 日，國家安全生產監督管理總局發布第40 號令，要求“涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級或者二級重大危險源，配備獨立的安全儀表系統（SIS）”。
2 確定SIS 系統的設置原則
2.1 對儲罐及介質分類
本項目共有儲罐55 座，儲罐規格從2 萬立到200 立大小不等，其中球形儲罐24 座，立式圓筒形儲罐31 座。主要介質涉及甲醇、乙烯、丙烯、丙烷、丁烯、己烷、剩余碳四、剩余碳五MTBE、正丁醇、異丁醇、2- 丙基庚醇、雜醇油、堿液等20 余種。
2.2 對于重大危險源進行辨識
根據《危險化學品重大危險源辨識》（GB18218-2009），重大危險源的辨識依據是物質的危險性及其數量[3] 。單元內存在的危險物質為多品種時，則按（1）式計算，若滿足式a，則定為重大危險源：
式中：
q1,q2,…,qn —每種危險化學品實際存在量，t；
Q1,Q2,…,Qn —與各危險化學品相對應的臨界量，t。
罐區分析結果見表1。
表1 危險化學品重大危險源構成
Table 1 Hazard chemical significant dangerous source
2.3 確定各種介質的重大危險源分級
根據《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》（國家安全生產監督管理總局第40 號）的要求，對重大危險源進行分級 [2] 。
式中：
q1,q2,…,qn —每種危險化學品實際存在（在線）量（單
位：噸）；
Q1,Q2,…,Qn —與各危險化學品相對應的臨界量（單位：
噸）；
β1，β2…,βn— 與各危險化學品相對應的校正系數；
α— 該危險化學品重大危險源廠區外暴露人員的校正
系數，本項目區外1000m 范圍內無常住人口，故取0.5。
對本項目危險化學品重大危險源的分級情況見表2。
表2 危險化學品重大危險源的分級情況
Table 2 Classification of major dangerous source of dangerous chemicals
根據計算結果及下表確定罐區構成一級重大危險源，其中涉及的介質有甲醇、甲醇水等16 種介質。對于儲存這些介質的儲罐安全聯鎖設置獨立的安全儀表系統（SIS）。
3 儲罐儀表的設置
一般儲罐儀表的設置應考慮經濟合理、技術成熟、可選擇范圍廣、維護及校驗方便、免維護或售后服務優良等方面。結合介質特性項目的投資情況、全項目的自動化水平等綜合考慮。
本項目首先通過進行危險與可操作性（HAZOP）分析結果，確定各罐組的SIL 等級，根據SIL 分級確定儲罐儀表的設置。以1 臺SIL1 級的乙烯儲罐為例, 見圖1。
圖1 乙烯儲罐PID 圖
Fig.1 PID ethylene storage tank
該儲罐共設置兩臺液位計：1 臺為伺服液位計、1 臺為雷達液位計、1 臺外貼式超聲波液位開關、1 臺熱電阻、1臺壓力變送器、1 臺壓力表。2 臺液位計中伺服液位計選用高精度計量及用來做儲罐計量，雷達液位計為控制及用于與高液位開關做聯鎖，關閉罐根閥。
從PID 圖中可以看出從PID 圖中可以看出雖然增加了SIS 系統，但是接入其中的信號并不多，只有一點AI、一點DI、一點DO。其余信號仍然在DCS 系統中進行檢測及報警。
設計的SIS 系統具體聯鎖控制如下：當儲罐的液位計或液位開關任一液位高于設定值時，SIS 系統進行聯鎖，關閉儲罐罐根切斷閥，防止儲罐罐液位繼續升高，引發冒罐危險[1] 。
4 SIS 系統設計
4.1 SIS 系統的設置原則
罐區SIS 系統，作為全廠SIS 系統的組成部分，根據裝置的特點，實現罐區內重要的安全聯鎖保護、緊急停車系統及關鍵設備聯鎖保護。SIS 系統設置在現場機柜室，設置獨立的控制器，以確保人員及生產裝置、重要機組和關鍵設備的安全。SIS 系統的安全綜合等級根據相應的要求進行考慮。SIS 系統按照DIN V VDE0801 和DIN V 19250 標準，采用TüV 或AK6 安全認證的SIL3 級的安全可編程序控制器(Programmable Logic Controller - PLC) 完成裝置的緊急停車(EmergencyShut-Down - ESD) 和緊急泄壓(EmergencyDepression - EDP)。SIS 系統按照故障安全型設計，與DCS系統實時數據通訊。SIS 系統設工程師站，SOE 站，相應的報警及操作通過輔助操作臺上開關、按鈕、聲光報警裝置
和DCS 系統的操作站來完成。
罐區SIS 系統具有報警事件順序記錄功能(SOE)，在中央控制室和現場機柜室各設置一套工程師站，用于SIS 系統的組態、下裝、調試和日常維護以及報警事件順序的記錄。
中央邏輯控制器、輸入/ 輸出卡件、SIS 系統內部的安全網絡、供電單元、與DCS 系統通信的單元均采用冗余結構。
SIS 系統應配有HART 信息采集器，用于采集現場智能儀表HART 信息，并通訊至AMS 系統。
SIS 與DCS 通信卡必須是冗余配置, 且冗余的兩個通信接口不應在同一塊通信卡上。冗余數據通信系統應能夠自動切換，并可進行系統診斷報警。在切換時不允許有數據丟失。通信系統為控制站與控制站之間、控制器與工程師站/SOE 工作站提供可靠的高速數據傳輸。傳輸速率不小于100Mbps。SIS 系統支持標準通信協議，冗余容錯串行通信方式。SIS 與DCS 通信協議為MODBUS RTU 或TCP/IP。
DCS 系統為主站，SIS 系統為從站。所有部件都應抗每米10 毫伏場強的電磁及無線電干擾。
SIS 系統具有時鐘同步的性能， SIS 系統控制器的時鐘在系統上電和更換時鐘卡件后，能夠自動進行同步。SIS 系統時鐘同步信號來自于DCS 系統。
根據《石油化工儀表系統防雷工程設計規范》進行儀表系統防雷工程設計。SIL3 回路的現場儀表側及控制室（現場機柜室）側配置防雷電浪涌保護器。
在工廠調試完成后，有20% 已經接好線的輸入/ 輸出(I/O) 點作為備用；在端子接線柜中，有20% 的裕量端子作為備用；在系統機柜中，有20% 的裕量空間用于安裝I/O 卡件。
在工廠調試完成后，處理器、數據存貯器和數據通信網絡的負載最高不超過40%；電源單元的負載最多達到其能力的50%；應用軟件和通信系統有30% 的擴展能力。
4.2 SIS 系統網絡結構
本項目采用冗余、容錯結構的故障安全型SIS 系統，安全等級達到SIL3。
根據圖2 罐區網絡結構圖，可見：罐區單元主要硬件設備為：1 臺系統柜、3 臺輔助柜（端子柜、繼電器柜、安全柵柜）、2 臺SOE 工程師站、2 臺交換機、1 臺打印機。
圖2 SIS 系統網絡結構圖
Fig.2 SIS system network diagram
4.3 SIS 系統軟件要求1) 軟件組態：編程語言應符合IEEC 61131-3 工業標準。
2) 軟件組態的安全性：采用PROM 或EPROM 存儲器存儲應用軟件，提供防止未被授權人員修改程序的功能。軟件應能在線修改及下裝。
3) 編程軟件：工程師站用于修改控制程序，診斷顯示，離線/ 在線程序調試和現場裝置的維護。系統軟件包括系統診斷，工程，監視和刪除故障功能。
4) 系統應提供重要的時序事件記錄（SOE）和過程歷史報告。
5 結束語
由于石油化工重大危險源本身存在的巨大危害性及其可能造成二次危害的特性，對于石油化工重大危險源的安全控制工作至關重要。對于儲存大量易燃易爆、可燃有毒介質的化工項目，構成重大危險源的儲罐區采用安全儀表系統（SIS）進行安全監控及聯鎖控制系統的設計是符合時代發展趨勢的。
作者簡介
王帥（1985-），男，黑龍江人，本科，主要從事石油化工自動化儀表設計工作。
參考文獻
陸德民, 張振基, 黃步余. 石油化工自動控制設計手則：第三版[M]. 北京: 化學工業出版社,2000.
國家安全生產監督管理總局 第40 號. 危險化學品重大危險源監督管理暫行規定[R].2011.
危險化學品重大危險源辨識（GB18218-2009）[R].
