某化工厂罐区SIS 安全仪表系统设计和优化

朱云朋*

（唐山首信自动化信息技术有限公司，河北唐山，063000）

某化工厂罐区SIS 安全仪表系统设计和优化

朱云朋*

（唐山首信自动化信息技术有限公司，河北唐山，063000）

当前自动化技术在各个领域都得到了广泛的应用，安全仪表系统在工业控制中的优势也得到了越来越多工厂的认可。某化工厂对本区域中构成重大危险源的储罐区的液氨储罐、氯甲烷储罐、氯乙烷储罐在DCS控制系统的基础上增设安全仪表系统（SIS系统）；并由通讯接口接入DCS系统；本文主要介绍罐区SIS系统实现安全控制的方法，并对SIS系统的概述、安全仪表的选型、安全联锁设计、原DCS与SIS系统通讯等几个方向作了简要的分析。

DCS控制；安全仪表；SIS

引言

在危险化工系统设计过程中，除了生产控制DCS系统以外，还设有安全仪表系统SIS，其目的就是保证安全生产的稳定进行，以及当危险将要发生时提前进行相应动作，保证生产及生产设备安全，最大程度的避免危险发生。

某化工厂储罐区涉及的易燃危险物质有：氯甲烷、氯乙烷、氨、其中氯甲烷、氯乙烷、的火灾危险性为甲类；氨的火灾危险性为乙类。除氨以外其余物质均重于空气，涉及这些物品的场所均为爆炸危险域。表1为危险化学品重大危险源辨识表。

表1 危险化学品重大危险源辨识表

储罐区液氨储罐，氯甲烷储罐，氯乙烷储罐，乙醇储罐在改造前只设置了DCS自动控制系统，安全性能比较低，为确保装置的安全运行，本次设计增设了SIS系统，SIS系统的可靠性较DCS系统要求高，其独立于DCS系统，独立完成安全保护功能，SIS系统可以实现在紧急状态下或事故状态下对重大设备进行关断（停车）。

1 SIS系统概述

SIS系统采用HiaGuard的控制器其三重化配置，三重化的控制器为三个独立的模块，并同步运行；I/O通道三重化配置，三重化的I/O通道物理上在一个模块中。I/O模块可单独配置，也可冗余配置。不论对单个配置还是冗余配置，三重化的I/O通道均对应同一个端子模块，端子模块不支持冗余。三重化的控制器之间采用安全通讯协议交换数据，每系控制器与本系的I/O模块之间也采用安全通讯协议交换数据，以使安全回路满足 IEC 61508 SIL3的标准要求。

HiaGuard的工作原理是：三重化的AI和DI模块分别通过端子模块对现场传感器信号进行采集，并将结果送给控制器。三重化的控制器交换输入数据并分别进行2oo3表决，然后使用表决后的数据分别进行运算。三重化的控制器再次交换运算结果，并再次分别进行2oo3表决。表决结果被分别输出到三重化的DO模块。DO模块三重化的通道再次进行2oo3表决后，通过端子模块输出到现场执行设备。

储罐区新加SIS系统为独立的控制系统，设置为故障安全型，安全完整性等级为SIL2级。SIS系统的现场测量仪表冗余设置，采用“或”逻辑结构，冗余设置的任何一个仪表检测到有超限信号时，系统都执行安全联锁。控制阀的电磁阀采用冗余配置，采用“或”逻辑结构，冗余设置电磁阀任何一个接到动作信号时，系统都执行安全联锁。

2 安全仪表类型

根据本项目的特点，选择技术先进、性能可靠、精度适当、价格合理，技术支持良好的仪表和控制系统。本次改造新增所有远传仪表全部按照隔爆仪表设计，防爆等级不低于ExdⅡBT4。

对液氨储罐、氯甲烷储罐增设了冗余液位测量，现有液位计为远传磁翻板，新增隔膜式差压液位计。用不同测量原理完成储罐重要参数--液位的测量。对液氨储罐和液氨备用储罐进料切断阀由原来的电动切断阀改为了冗余配置的双电磁阀控制的气动切断球阀，保证了执行结构的动作迅速和准确。对氯甲烷储罐和氯甲烷备用储罐进料气动切断阀增设了双电磁头控制。

3 安全联锁设计

在DCS系统中，通常采用冗余技术来获得系统可用性，安全仪表系统也不例外，本设计中增设了冗余液位测量，增加冗余双电磁阀控制的气动切断球阀，增加储罐超温、氨泄漏联锁启动喷淋系统对液氨储罐和液氨备用储罐进料切断阀由原来的电动切断阀改为了冗余配置的双电磁阀控制的气动切断球阀，保证了执行结构的动作迅速和准确。对氯甲烷储罐和氯甲烷备用储罐进料气动切断阀增设了双电磁头控制，图1为DCS系统液位联锁图。

图1 DCS系统液位联锁图

根据图1中所示在V14105A和V14105B液氨罐中分别实现冗余液位测量，液位测量采用两种不同的测量方式，依据SIS系统设计规范测量仪表一种采用远传磁翻板液位计，另外一种采用隔膜式差压液位计。输入信号先进入SIS系统中，在SIS系统中设置联锁当任一个液位高于报警值后，都会发出关闭进料泵并切断切断阀命令，其输出采用硬线串联在DCS控制回路中，正常情况输出结果是静止的，保持为通路，出现事故状态后发出断开命令，实现关闭进料泵和切断进料切断阀。同时把V14105A和V14105B液氨液位通过通讯传给西门子冗余S7-400系列DCS系统，图3中在DCS系统中也有自己联锁控制的切断阀，同时控制SIS系统中切断阀。可以实现联锁双重保护，氯乙烷储罐和氯甲烷储罐也做相同配置。

4 DCS与SIS系统通讯

DCS系统采用西门子冗余400CPU与SIS第三方设备进行通讯。DCS侧采用CP341模块，采用MODBUS通讯协议，SIS系统作为DCS的从站。DCS与SIS系统网络架构图如下图2所示，SIS系统MODBUS通讯协议设置如下表2所示。

表2 SIS系统MODBUS通讯协议设置

图2 DCS系统与SIS系统网络架构图

DCS侧的硬件配置与之做相匹配的设置。DCS侧编写通信程序：本系统中以CP341作主站，MODBUS 用户系统为从站。调用CP341 库中的PCS7库SND_341、RCV_341 功能块。CP341通过发送块P_SND_RK 或SND_341发送请求信息给MODBUS从站，在通过相应的接受块P_RCV_RK 或RCV_341 得到信息。其中，MODBUS 系统中的数据类型的交换是由 FC(功能码)决定。参数LADDR设为硬件组态的输入起始逻辑地址如图3所示2992。创建发送数据块DB497，如图4所示：从站地址为1，功能码为3，起始地址为0，读60个寄存器中的数据。

图3 CP341的逻辑地址

图4 接收数据块

5 结束语

本次改造是在原有DCS控制系统的基础上，对储罐区、氯气房增设了安全仪表系统（SIS）设计，从而很好的实现双重联锁保护、安全泄压、紧急切断、事故排放、反应失控。为储罐具有安全重大危险源的相似工艺安全控制系统设计和优化提供重要参考。

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Design and Optimization of SIS Safety Instrument System in a Chemical Plant Tank Area

ZHU Yunpeng*
(Tangshan Capitel Automation Information Technology Co.,Ltd.,Hebei Tangshan,063000,China)

At present,automation technology has been widely used in all fields. The advantages of safety instrumented system in industrial control have also been approved by more and more factories. A chemical plant in the region constitute a major source of danger in the tank area of liquid ammonia storage tanks,methyl chloride storage tanks,chlorine storage tanks in the DCS control system based on the addition of safety instrumented system (SIS system); by the communication interface Access to the DCS system; This article describes the tank area SIS system to achieve safety control methods,and the SIS system overview,safety instrumentation selection,safety interlock design,the original DCS and SIS system communications in several directions made a brief analysis.

DCS control; safety instrument; SIS

TQ056

A

1672-9129(2017)06-0148-02

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.052

朱云朋. 某化工厂罐区SIS安全仪表系统设计和优化[J]. 数码设计,2017,6(6)： 148-149.

Cite：ZHU Yunpeng. Design and Optimization of SIS Safety Instrument System in a Chemical Plant Tank Area[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 148-149.

2017-01-22；

2017-03-05。

朱云朋(1984-)，本科，从事PLC、DCS的编程调试及现场自控设备的维护及管理工作。

Email：407944271@qq.com