安全仪表系统在降低装置风险过程中的应用

肇启明

摘 要：结合镇海炼化POSM装置废碱反应器相关安全仪表系统，介绍安全仪表系统的典型构成的具体应用情况。介绍SIL3联锁调节阀和SIL3切断阀的工作状况。

关键词：安全仪表系统；SIL3联锁调节阀；SIL3切断阀

0 引言

镇海炼化POSM装置是中国石化单套合资规模最大的化工生产装置，也是全球最大的环氧丙烷/苯乙烯生产装置之一。该装置采用了利安德钼基催化剂共氧化工艺专有技术，由中国石化工程建设公司承担项目的技术设计和详细设计。装置设计生产能力为28.5万吨/年环氧丙烷和62万吨/年苯乙烯。

该装置的中间罐区废碱反应器R-10920属于高危险化工装置，上世纪80年代，在利安德于美国德州的工厂，此反应器曾因氧分析仪故障而导致爆炸，造成重大人员伤亡。事件发生后，利安德重新设计并新增了大量安全联锁控制，之后此工艺使用至今，安全稳定，运转良好。

1 工艺说明

POSM装置来的含碱废水进入废碱反应器R-10920，分解废水中的过氧化氢和有机过氧化物，同时，也会发生有机酸的中和以及有机盐、可溶氧化物、有机物的溶解。R-10920中的废堿液由碱性废水反应排液泵P-10920A/B送出，一部分经过E-10922加热后回流至R-10920，以促进过氧化物的分解；如果废碱液温度过高，则经过E-10921冷却后回流至R-10920。另一部分经过废碱液过滤器SP-10923A/B后，进入废碱液储罐TK-11573A/B。

R-10920为低压固定顶储罐，操作压力0.025MPaG。由于存在烃类和由过氧化物分解所形成的氧气，极易发生危险，因此要实时监控罐内气体中氧的含量，连续通入氮气以控制罐内气体中氧气的含量，排气自罐顶送回至POSM装置OVH系统。

图1为R-10920为主要安全联锁部分PID简图，略去压力液位等DCS逻辑控制。仪表位号前省略装置号119.

图1 R-10920为主要安全联锁部分PID简图

2 联锁说明

R-10920废碱反应器联锁的作用是控制废碱反应器顶部气相的氧含量。具体内容是：

2.1 HS-109201触发，XV-109201A/B、FV-109201、FV-109203和XV-109219打开；FIC-109201和FIC-109203强制输出为100%。

2.2 R-10920气相氧含量三取二高时（ASHH-109202A/B/C），XV-109201A/B、FV-109201、FV-109203和XV-109219打开；FIC-109201和FIC-109203强制输出为100%。

2.3 RESET

a）FHS-109201关闭FV-109201，FIC-109201强制解除。

b）FHS-109203关闭FV-109203和XV-109219，FIC-109203强制解除。

c）XHS-109201关闭XV-109201A/B。

图2，3为联锁逻辑图

其中逻辑去918为去POSM主装置引发联锁，触发闪光报警器。

3 仪表控制具体实现

SIS是仪表事项安全功能的系统，包括传感器、逻辑运算器和最终试行元件及相关软件。

3.1 传感器

氧气分析仪采用三取二逻辑结构，在现场分析小屋近距离设置三台氧含量分析仪，同时保证了系统的安全性和可应用性，形成SIL3解决方案。

此外，还通过全厂的分析仪管理系统（AnMS），对每一台分析仪进行数据采集，实现远程自动标定/校验，安全维护，故障分析，报表打印等功能。AnMS系统，在国内项目中也是首次應用。

3.2 逻辑运算器

采用HIMA的黑马SIS系统，通过IEC 61508 SIL认证，为SIL3级。具有硬件和软件自诊断和测试功能，具有顺序事件（SOE）记录和报警功能。独立于BPCS，独立完成安全保护功能，并通过数据通讯接口与BOCS通信。H51q系列控制器采用四重化冗余容错结构。

3.3 最终执行元件

FE-201FV-119201为受SIS控制的调节阀，其正常设定值为 送入、、、、、200 kg/hr 氮气，当联锁出发时，FIC-109203强制输出为100%

+A201

FV-119203为SIL3联锁调节阀，带位置返回的手动三通，旁路测试电磁阀。

其I/O信号如下图：

其中电磁阀、调节阀和开阀回讯为阀体自带，测试旁路开阀回讯为手阀的开阀信号。回路共有工作状态和测试状态两种工作状态。

3.3.1工作状态时，信号流程如下图：

正常工作时，DCS控制FV调节阀开度。一旦发生联锁，SIS控制电磁阀FSOV，使气路通，令调节阀FV全部打开。产生开阀回讯FZSO，用于报警（辅操台红灯）。

3.3.2 测试状态时，信号流程如下图：

测试时，打开手阀，使气路通，测试调节阀FV能否全部打开。当手阀打开后，产生测试旁路开阀回讯FZSB，可在SIS/DCS内指示。如调节阀能够全部打开，也会产生开阀回讯FZSO，发出报警（辅操台红灯）。

2，XV-119201A，XV-119201B，XV-119219为SIL3切断阀，带有切断阀在线监控系统，可实现用户自设定的部分行程测试。

这三台阀门不是普通的使用电磁阀控制，是使用带安全认证的电气阀门定位器DVC6000SIS控制，DVC6000SIS是Emerson （Fisher）的智能阀门定位器，通过HART信号将阀门状态返回上位机切断阀在线监控系统工作站，可以实现切断阀的在线行程测试。

使用中，切断阀的开关是由HIMA DO卡串联SIL3继电器，控制现场DVC6000SIS实现的；多路转换器是完成“切断阀在线监控系统的工作站”与DVC6000SIS的通讯，实现在线行程测试的；多路转换器的功耗很低，总功耗不到10W，二路24VDC供电，设置在黑马SIS机柜内，由柜内供电，多路转换器掉电不影响SIS系统DO 对 DVC6000SIS 的控制。

另外值得注意的是，这三台阀所使用的并非仪表空气，而是所在管线中的氮气。氮气的压力满足阀门动作的要求，排除了仪表空气缺失导致阀门不能动作的情况。

4 结束语

仪表安全系统座位石油化工生产中为工艺生产装置或安全提供安全保障的安全环节之一，已成为工业生产安全保护链中非常重要的环节。通过对传感器、逻辑运算系统和最终执行元件及相关软件的选择，对人员健康、装置设备及环境提供安全保护。

参考文献：

[1]刘齐忠，林融.石油化工安全仪表系统的设计及实施探讨[J].石油化工自动化，2010（5）：1-6.

[2]王红望.安全仪表实施及应用[J].石油化工自动化，2009（1）：72-74.