国产安全仪表系统在聚酯装置中的应用

霍再雄

(中石化仪征化纤有限责任公司，江苏 扬州 211400)

根据原中国国家安全监管总局2009年下发的116号文件“国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知”，聚酯生产工艺被列为首批重点监管的危险化工工艺之一。根据原国家安监总局2014年下发的116号文件“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”，为了加强化工安全仪表系统(SIS)管理，某单位在役聚酯装置增设独立于DCS的SIS，在原有的安全联锁功能基础上，为风险较高的工艺过程增设监测和联锁保护，在独立的SIS中完成。该系统可大幅降低装置发生事故的风险和后果的严重程度，使装置得到更好的安全联锁保护[1]，并使装置达到国家对危险化工工艺监管的相关规定要求。

针对聚酯装置中风险较高的工艺流程，安装新的测量仪表，将信号送入SIS进行监控，同时在原有联锁回路气动执行机构的气路中增加电磁阀，并将电磁阀接入SIS，当工艺参数达到联锁值时，如DCS联锁回路失效，此时SIS联锁电磁阀关闭，从而切断执行机构气路，执行机构切换到故障安全状态，最终让工艺参数回归到安全状态。

以乙二醇蒸发器为例，使用液相高温导热油氢化三联苯加热乙二醇使其气化，该过程存在温度联锁回路失效时导致蒸发器超压的安全风险。该项目在乙二醇蒸发器上增设了压力变送器，在现有的温度控制阀的定位器和模头之间增设电磁阀，当设备压力高高报警时通过SIS联锁电磁阀关闭对应的一次温度控制阀。

1 国产SIS简介

1.1 概 述

HiaGuard是和利时集团公司针对流程工业而开发的安全仪表系统，该系统通过了TÜV Rheinland Industrie Service GmbH认证[2]，满足IEC 61508[3]/IEC 61511[4]中定义的SC3系统能力等级和SIL3安全完整性等级[5]要求。对照IEC 61508/IEC 61511/IEC 50156-1中要求，HiaGuard系统可用于要求安全完整性等级不高于SIL3的安全相关应用。

1.2 系统组成及结构

该系统由工程师站、操作员站、系统历史站、通信控制器及网络等组成，可实现一个或多个安全功能，能确保独立单元或装置具有一定的安全度。每个采集站内的主控模块和各I/O模块通过控制网络连接，各控制站、历史站、通信模块、工程师站和操作员站等通过系统网络连接，构成完整的安全仪表系统。HiaGuard系统架构如图1所示，系统安全回路数据流[6-8]如图2所示。

图1 HiaGuard系统架构示意

图2 系统安全回路数据流示意

1.3 系统特点

综合HiaGuard系统原理、技术性能及安全性等，其特点[9]如下：

1)完全自主的知识产权。

2)安全相关部分和非安全相关部分采用物理隔离。

3)完全的三重化架构。

4)多层表决机制可确保数据传输的安全性，并且可保证故障的精确定位。

5)传统“2oo3”表决中的诊断功能不能直接参与控制输出导向安全，带诊断的“2oo3”表决可在诊断到严重危险故障时直接导向安全。

6)采用大量的诊断措施，部分高于SIL3要求。

7)通道级的失效仅会导致失效通道的降级运行，但不会影响其他通道；单个模块最多可容忍32个通道级故障。

8)为了避免线路故障导致的危险失效，设计了丰富的线路监测功能。

9)支持与HollySys MACS系统的无缝集成，共用HMI界面，支持通过Modbus与第三方的基本过程控制系统实现集成。

10)易于安装维护的硬件结构设计。

2 主要设计原则

该SIS主要的设计原则[9]包括以下几个方面：

1)SIS和DCS的仪表信号从现场开始就完全分开，安全仪表与监控仪表不共用。新增的测量仪表利用原有就地显示仪表的安装接口安装或将管道拆走后开孔安装后再回装等办法，避免现场高安全风险的在线开孔安装。电磁阀安装时利用工具将控制阀开度固定后割开气源管安装实现对生产的“零扰动”。

图3 网络结构示意

2)与SIS有关的仪表由SIS机柜供电，使SIS相关仪表系统的供电相对集中独立。

3)SIS不与DCS之间进行通信，不与办公网络连接，有效降低了安全风险。

4)SIS通过时钟同步服务器与DCS进行时钟同步，解决了2套系统时钟不一致的问题。

5)原DCS所具有的软联锁和硬联锁均保持不变，实现了DCS与SIS的“双保险”。

3 系统设计

3.1 网络结构

从经费角度考虑，该公司3个聚酯单元共用1套SIS，系统配置2台操作站，其中1台兼工程师站，1个系统柜，1个扩展柜，系统网采用冗余工业高速以太网，网络结构如图3所示。

3.2 软 件

HighGuard系统软件结构如图4所示，核心为控制站主控系统软件Safe-AutoThink，该软件是基于Windows平台的编程工具，主要用于控制器算法编程，是联锁逻辑方案的开发平台，是硬件配置和软件编程的标准软件包。

图4 HighGuard系统软件结构示意

3.3 控制方案

3.3.1辅操台设计

辅操台设有3个急停按钮，依次为A单元、B单元、C单元急停按钮。按钮设有防护罩，按下按钮将会使SIS中对应单元的所有阀门恢复到安全状态。按钮按下后不会自动复位，需按照按钮上所标的方向(顺时针)旋转才会复位。辅操台设有1个蜂鸣器，在系统有联锁动作时发出声响。辅操台还设有联锁指示灯、报警指示灯、正常指示灯、联锁解除总开关、试灯按钮、报警确认按钮。其中： 联锁解除总开关，旋到“允许”位置时，流程中单个联锁回路才能解除联锁；试灯按钮用于测试联锁指示灯、报警指示灯、正常指示灯及蜂鸣器是否正常，防止故障时不亮或不响误导操作人员造成生产事故。辅操台还设有报警确认按钮，用于确认报警。

3.3.2主要模块设计

1)过程监视模块。该系统为每个聚酯单元绘制1幅流程图，用于显示逻辑控制及工艺参数等，是主要的监控画面。流程图上方报警栏显示当前报警，可同时显示3个报警，操作员及以上权限双击报警栏对应报警可确认报警。流程图中还设置了1个报警确认按钮及试灯按钮，功能与辅操台对应按钮一样，在辅操台对应按钮故障时可以通过点击流程图上对应按钮代替使用。流程图中还设有联锁投切允许总开关的状态显示，当测量值达到联锁值(联锁投切开关闭合，即投入)与操作台急停按钮按下两个条件至少一个满足时触发联锁，联锁条件恢复正常后需点击“软复位”按钮才能复位。流程中还设有单个回路的“软急停”按钮实现危险情况下手动紧急停车。

2)趋势模块。用于查看检测点的走势信息，便于用户从时间纵向角度进行监测。1个趋势页面最多可以显示8个检测点趋势，方便用户做出测点信息的比较和分析。趋势显示有曲线和数字两种方式，称为“趋势曲线显示”和“趋势数值显示”，缺省为趋势曲线显示。

用户可以自定义趋势组，每个趋势组可以同时包括模拟量和开关量。趋势曲线画面总是保持最近的一部分历史数据，并跟踪显示检测点的当前值和状态，当画面填满时，已显示的曲线平移后继续跟踪，时间刻度和日期随之改变。通过翻页操作可查看测点在历史站保存的与当前使用数据库版本一致的历史库中的点值。

3)事件顺序记录SOE模块。SOE以ms级的分辨率记录中断型开关量的变位信息，以便分辨事故的起始发生位置，并记录事故发生后相关联事件发生的先后顺序。SOE记录的主要内容包括事件发生的时间、类型、位置等。在Safe-AutoThink软件中，只有定义了具有SOE属性即开关量点才能实现SOE功能，对具有SOE属性的幵关量点称为SOE报警变量。根据开关量数据来源的不同将SOE报警变量划分为测点变量和简单变量两种类型。

4 结束语

该聚酯装置国产化SIS已于2018年年底投入运行，在行业内具有较大的示范作用，系统的安装实现了不停车实施安装的先例。系统运行稳定可靠，事实证明该SIS选型得当，设计合理，国产SIS技术成熟，安全可靠，为装置安全稳定生产提供了有力的保障。