化工油品储运罐区安全仪表联锁控制方案探讨

伊飞, 贾玉明

(中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266100)

化工油品储运罐区安全仪表联锁控制方案探讨

伊飞, 贾玉明

(中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266100)

化工油品罐区的安全是近年来石油化工行业关注的焦点。以某罐区为例，从工程设计角度，探讨了罐区几类与安全相关的联锁控制方案。按照罐区联锁控制方案的原则，并根据罐区联锁回路安全完整性等级评定的结果，合理地将联锁回路设置在SIS、DCS中。通过逻辑框图的形式，简单地比较了联锁控制方案在SIS、DCS中的不同配置，从而安全实现生产操作及要求，便于生产企业日常的安全生产管理，减少罐区安全事故的发生。

安全完整性等级 安全仪表系统层 基本过程控制系统层 冗余控制阀

近年来，中国化工油品储运罐区事故频发，给国家、人民生命财产造成重大损失。国家安全生产监督管理总局第40号文《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》明确提出:对重大危险源中的毒性气体、剧毒液体和易燃气体等重点设施，设置紧急切断装置；毒性气体的设施，设置泄漏物紧急处置装置。涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或者二级重大危险源，配备独立的安全仪表系统(SIS)[1]；国家安全生产监督管理总局第116号文《加强化工安全仪表系统管理的指导意见》中规定：自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，设计符合相关标准规定的安全仪表系统[2]。SIS是罐区安全隐患治理方案中的一个重要组成部分，使危险降低到可以接受的最低程度，保证人员、设备和环境的安全。本文总结了化工油品储运罐区几类安全联锁控制方案，并按照实际工况要求，讨论其可行性。

1 罐区联锁控制方案原则

化工油品储罐流程工艺相对简单，其涉及的联锁控制类型较少，一般重要联锁包含:低低液位联锁、高高液位联锁。根据不同的工况、操作要求，联锁输出与联锁类型略有不同。

1) 高高液位联锁。储罐设高高液位开关，当某种物料的储罐达到高高液位时，应联锁关闭储罐进料阀门。

2) 低低液位联锁。储罐设低低液位开关，当某种物料的储罐到达低低液位时，应设置联锁停泵。若停泵会对下游装置或站场造成停工再启动等重大影响的储罐，其液位低低联锁时应采取二次报警，联锁关闭出料阀；若停泵不会对下游操作造成停工再启动等重大影响的储罐，其液位低低联锁则可采取联锁关闭出料阀、停泵及关闭泵出口阀。

2 罐区安全仪表SIL等级

在确定罐区的安全完整性等级(SIL)之前，要对罐区流程进行危险和风险评估，提出需设置报警和联锁的所有回路，针对每个回路分析危险发生的概率和危害程度进行排序，得出需要设置SIL等级的安全仪表回路才能使风险降低到可接受的状态水平[3]。常用的方法包含:危险与可操作性分析(HAZOP)、what if/Checkist分析、事件树分析、故障树分析等[4]，把降低危险和风险的机制称为保护层，将安全功能分配到个保护层，确定SIS的安全仪表功能(SIF)及SIL等级。

SIS的SIL等级常用定量或定性的方法确定。根据经验或主观评断，称之为定性分析；通过建立风险评估模型，比较实际风险值与可接受风险值，确定SIL等级，称之为定量分析[5]。本文中罐区危险和风险评估方法选用HAZOP分析[6]，SIL等级要求不低于SIL2。

3 应用案例

罐区的SIL等级具体体现在各个控制回路中，具有不同安全功能的控制回路的联锁方案也不同。

3.1 高高液位联锁控制方案

以某罐区的苯罐为例，如图1所示，当液位达到高高液位报警时，需要关闭储罐的进料阀，经过HAZOP分析，确定SIF的保护层面是SIS层，要求控制回路SIL等级不低于SIL2。 SIS的检测仪表、逻辑控制器、执行元件均要满足设定的SIL2等级要求。

图1 某化工产品储罐区苯罐报警联锁设置示意

1) “1oo1”逻辑控制。高高液位检测仪表选用SIL2等级的仪表，如音叉液位开关；执行元件选用带电磁阀和阀位开关的气动阀门，控制阀应具有较高的密闭性，不低于Class Ⅴ级，且须冗余设置，可以达到SIL2要求。根据罐区实际工况，不宜设置冗余控制阀，可采用冗余电磁阀设计方案，即双电磁阀气动控制阀，电磁阀有串联和并联2种形式[7]，联锁逻辑如图2所示。

2) “2oo3”逻辑控制。实际生产中，罐区液位开关的可靠性成为影响控制回路安全的关键因素，为了增加检测仪表的可靠性，采取“2oo3”逻辑控制，提高SIL等级。检测仪表可采用音叉液位开关、雷达液位计、伺服液位计；执行元件为双电磁阀气动控制阀，联锁逻辑如图3所示。

3.2 低低液位联锁控制方案

3.2.1停泵对装置设施有影响

以某化工产品罐区石脑油罐为例，储罐给乙烯装置供料，当储罐低低液位时，停泵会对乙烯装置正常生产造成重大影响，因此在储罐低低液位时，只关闭储罐出料口阀门，同时打开备用储罐出料阀；乙烯装置供料泵也应冗余设置，若泵电机出现故障，应当及时开启备用泵。经过HAZOP分析，确定低低液位联锁关闭出料阀的SIF保护层面为基本过程控制系统(BPCS)层，为生产安全联锁，低低液位联锁关阀不停泵逻辑如图4所示。泵出口去乙烯装置管线压力低低，开备用泵，确定为SIF保护层面为SIS层，要求控制回路SIL等级不低于SIL2，泵出口管线压力低低联锁启泵逻辑如图5所示。

图2 高高液位“1oo1”联锁逻辑示意

图3 高高液位“2oo3”联锁逻辑示意

图4 低低液位联锁关阀不停泵逻辑示意

3.2.2停泵对下游操作无影响

某化工产品罐区的甲苯储罐，经由甲苯装船泵外输，当储罐低低液位时，联锁关闭罐出料阀及停泵、关泵出口阀。经过HAZOP分析，确定低低液位联锁关闭出料阀的SIF保护层面为BPCS层，为生产安全联锁，低低液位联锁停泵关阀DCS联锁逻辑如图6所示。如果要SIF保护层面为SIS层，要求控制回路SIL等级不低于SIL2，根据GB/T 5070—2013《石油化工安全仪表系统设计规范》[8]的要求，要求SIL2级回路的测量仪表宜与BPCS分开，逻辑控制器应与BPCS分开，宜采用冗余控制阀[8]，低低液位联锁停泵关阀SIS联锁逻辑如图7所示。根据HG/T 20511—2014《信号报警及联锁系统设计规范》[9]的要求，安全联锁系统的传感器宜采用4～20 mA+HART信号传输的智能变送器，输出信号宜带故障模式输出，最终元件为阀门时，宜采用气动执行机构[9]。不同联锁控制方案的仪表配置见表1所列。

表1 不同联锁控制方案的仪表配置

图5 泵出口管线压力低低联锁启泵逻辑示意

图6 低低液位联锁停泵关阀DCS联锁逻辑示意

图7 低低液位联锁停泵关阀SIS联锁逻辑示意

4 结束语

联锁回路设置在DCS与SIS中，其控制方案与最终联锁发挥的作用不同，SIS对安全要求相对更高，保证系统在故障状态下是安全的，把安全性放在第一位[10]。DCS用于日常的生产操作，两者相对独立，对于罐区的联锁回路在进行SIL等级评定后，将安全联锁的回路设置在SIS中，日常生产联锁的控制回路设置在DCS中，合理地配置不同控制方案，选择合适的自控仪表，便于企业的日常运营及维护，同时也会降低风险、事故发生的频率。

[1] 安监局.第40号文《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》[EB/OL].(2015-08-27)[2017-08-10].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_5351/2011/0921/149181/ content_149181.htm.

[2] 安监局.第116号文《加强化工安全仪表系统管理的指导意见》[EB/OL].(2014-11-19)[2017-08-10].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_21111/2014/1119/243090/content_243090.htm.

[3] 张达.石油化工装置SIL等级划分及相应仪表配置探讨[J].科技创新导报，2013(21)：54-55.

[4] 夏太武，袁树海，宋彬，等.SIL在天然气净化厂控制系统安全分析中的应用[J].天然气工业，2011，31(03)：92-96.

[5] 张建国.安全仪表系统在过程工业中的应用[M].北京:中国电力出版社，2010.

[6] 青岛安全工程研究院.HAZOP分析指南[M].北京:中国石化出版社，2008.

[7] 翟仲曦，李俊杰.石油化工工艺包安全仪表系统设计探讨[J].石油化工自动化，2017，53(03)：21-23.

[8] 黄步余，叶向东，范宗海，等.GB/T 50770—2013 石油化工安全仪表系统设计规范[S].北京:中国计划出版社，2013.

[9] 徐继荣，马恒平，高生军，等.HG/T 20511—2014 信号报警及联锁系统设计规范[S].北京:中国计划出版社，2014.

[10] 刘安琪，王效天，董梅，等.DCS与SIS在功能安全领域的对比分析[J].石油化工自动化，2017，53(02)：36-37.

DiscussiononInterlockControlSchemeofSafetyInstrumentinStorageandTransportationTankFarmforChemicalOilProducts

Yi Fei, Jia Yuming

(CNOOC Petrochemical Engineering Co.Ltd., Qingdao,266100, China)

s：Safety on chemical oil tank farm is the focus for petrochemical industry in recent years.Taking a tank farm as an example, several kinds of interlock control scheme for safety related are discussed from the perspective of engineering design.Based on principle of interlock control scheme of the tank farm and results of SIL of tank farm interlock loops, the interlock loops are set up in SIS and DCS reasonably.Through logic block diagram, different configurations of interlock control scheme in SIS and DCS are compared simply.Production operation and requirements are realized safely.Daily safety production management of enterprise is facilitated.The occurrence of safety accidents in tank farm is reduced.

safety integrity level；SIS layer；BPCS layer；redundant control valve

稿件收到日期：2017-08-10，修改稿收到日期2017-09-20。

伊飞(1988—)，男，山东淄博人， 2014年毕业于青岛科技大学检测装置与自动化仪表专业，获硕士学位，现就职于海工英派尔工程有限公司自控室，从事石油化工自动化设计工作，任工程师。

TP273

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1007-7324(2017)06-0012-05