安全仪表系统（SIS）在氯碱生产中的应用

许书明，赵永慧，荆营山，谢丹丹（东营华泰化工集团有限公司，山东东营257091）



安全仪表系统（SIS）在氯碱生产中的应用

许书明，赵永慧，荆营山，谢丹丹
（东营华泰化工集团有限公司，山东东营257091）

摘要：介绍了安全仪表系统的结构形式和应用中的具体要求。

关键词：安全仪表系统；氯碱生产；安全

东营华泰化工集团有限公司已先后在环氧丙烷项目、苯胺项目中投入了安全仪表系统（后称SIS系统），并将SIS系统引入离子膜烧碱生产。

1　SIS系统简介

安全仪表系统（简称SIS）又称为安全联锁系统。主要为工厂控制系统中报警和联锁部分，对控制系统检测的结果实施报警动作或停机控制，是企业自动控制的重要组成部分。

2　SIS系统应用的必要性及重要性

2014年11月13日国家安全监管总局颁布了《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》（安监总管三〔2014〕116号），指导意见中明确指出要“充分认识加强化工安全仪表系统管理工作的重要性”，并要求“从2016年1月1日起，大型和外商独资合资等具备条件的化工企业新建涉及‘两重点一重大’的化工装置和危险化学品储存设施，要按照指导意见的要求设计符合相关标准规定的安全仪表系统”。

安全仪表系统独立于过程控制系统，生产正常时处于休眠或静止状态，一旦生产装置或设施出现可能导致安全事故的情况时，能够瞬间准确动作，使生产过程安全停止运行或自动导入预定的安全状态。

3　SIS系统的结构形式

SIS的主流系统结构主要有TMR（三重化）和2004D（四重化）2种。

（1）TMR结构。将三路隔离、并行的控制系统（每路称为1个分电路）和广泛的诊断集成在一个系统中，用三取二表决提供高度完善、无差错，不会中断的控制。TRICON、ICS、HollySys等均是采用TMR结构的系统。

（2）2004D结构。2004D系统由2套独立并行运行的系统组成，通讯模块负责其同步运行，当系统自诊断发现1个模块发生故障时，CPU将强制其失效，确保其输出的正确性。同时，安全输出模块中SMOD功能（辅助去磁方法），确保在2套系统同时故障或电源故障时，系统输出1个故障安全信号。1个输出电路实际上是通过4个输出电路及自诊断功能实现的。这样确保了系统的高可靠性，高安全性及高可用性。HONEYWELL、HIMA的SIS均采用了2004D结构。

4　SIS系统控制点的确定

4.1确定原则

首先，要对整个生产过程进行过程危险分析（HAZOP分析），通过HAZOP分析得知的离子膜电解法检测与控制的要求见表1。

4.2控制点数的确定

在DCS系统检测与控制表格中各项指标的情况下，再次对仪表联锁回路安全完整性等进行了分析（SIL等级分析），决定将以下联锁接入SIS系统。

（1）电解工序氯气总管压力高高联锁停所有整流器。

（2）电解工序氢气总管压力高高联锁停所有整流器。

（3）电解工序氯气与氢气压差高高联锁停所有整流器。

（4）电解工序氯气与氢气压差低低联锁停所有整流器。

（5）氯压机全停联锁。

（6）电解工序紧急停车按钮联锁停所有整流器。

（7）氯气进盐酸合成单元进口总管压力高高或低低联锁关断并氯气去除害、或补氮气。

（8）盐酸合成炉入口氢气管线设置压力低低联锁切断进料。

（9）盐酸合成炉入口氯气管线设置压力低低联锁切断进料。

具体控制点数为AI-89；DI-39；DO-38（含一进二出安全栅89个），要求余量按20%计算，带与DCS通讯接口。

5　对SIS系统的要求

5.1SIS系统原则要求

（1）以IEC61508或TUV作为基础标准，符合国际安全协会规定的仪表的安全标准规定，必须设计成故障安全型。

（2）应能实现时序控制、计算、脉冲调幅、积算、数据键入、操作、通信等功能。

（3）应能诊断和显示系统的全部部件故障，并通过串行通信接口在DCS的操作站上显示。

（4）各控制器必须为型号一致的主流产品。

（5）与DCS通信接口模件应是冗余配置，带自诊断功能，在DCS的操作站上能显示运行状态。

（6）柜间接线应采用ELCO方式，不需在现场接线。

（7）SIS系统必须获得国际权威机构的CE认证；SIS集成商必须获得ISO 9000质量体系认证；SIS组态人员必须是持有认证资格的工程。

（8）冗余设备必须能在线自诊断，出错报警，无差错切换。

（9）响应速度快，从输入变化到输出变化的响应时间一般在10～50 ms。

（10）可实现从传感器到执行元件所组成的整个回路的安全性设计，具有I/O短路、断线等监测功能。

5.2SIS系统结构要求

（1）SIS系统必须采用经TUV安全认证的可编程控制器系统及其数据网络连接。

（2）SIS系统的中央逻辑处理器、I/O模件、电源模件、内部通信模件等硬件设备安装在SIS系统机柜中，独立完成工艺装置的安全保护和紧急停车。SIS辅助操作台上紧急停车手动开关的信号和报警信号硬接线连接到SIS系统。

（3）SIS系统与DCS系统通信，在SIS操作员站显示，并能在DCS操作站显示报警。

（4）SIS系统有报警事件顺序记录功能（SER）。

（5）在机柜室设有工程师站。工程师站用于SIS系统的组态、下装、调试和日常维护；并能进行顺序时间事件的记录、查询。

（6）SIS系统与其DCS系统的连接采用硬接线和通讯的2种方式。

5.3SIS系统过程接口要求

（1）过程接口包括输入输出卡、事件顺序输入卡、配电器、开关、继电器等关联设备。

（2）中央逻辑控制器应采用四重化（QMR）结构，符合SIL3安全等级要求，并得到相应的TUV / AK等级认证。

（3）输入输出卡应带光电或电磁隔离，通道应隔离，带故障诊断。

（4）若采用三取二过程信号应分别接到3个不同的输入卡。

（5）输入输出卡相连接的传感器和最终执行元件应设计成故障安全型。

（6）SIS系统的旁路开关分工艺操作和仪表维护2种类型。

5.4其他要求

（1）直流电源选用菲尼克斯、魏德米勒品牌，使用母排分配和模块化冗余方式。

（2）所有低压断路器使用施耐德或ABB产品，继电器使用欧姆龙或和泉产品，端子排使用魏德米勒产品。

（3）安全栅采用P+F或MTL品牌产品，继电器采用欧姆龙或和泉同等品牌。

6　SIS系统基本配置（见表2）

7　结语

在注重安全环保今天，安全仪表系统必将要求全面应用到离子膜烧碱装置。其安全稳定、可靠性强，可以有效的保证装置的安全稳定运行。

表2　Honeywell的SIS系统基本配置表

Application of safety instrument system（SIS）in chlor alkali production

XU Shu-ming，ZHAO Yong-hui，JING Ying-shan，XIE Dan-dan
（Dongying Huatai Chemical Co.，Ltd.，Dongying 257091，China）

Abstract：The structural form and specific requirements in application of safety instrumented system were introduced. In ionic membrane caustic soda production devices increased safety instrument system，can make the production equipment or facilities appear may cause safety accident happens instantly accurate action，make production process safety stop running or automatically scheduled import safety status.

Key words：safety instrument system；chlor-alkali production；security

中图分类号：TQ086.3

文献标识码：B

文章编号：1009-1785（2016）05-0033-04

收稿日期：2016-02-22