炼油装置报警优化治理

2022-05-27王志芳谢文奋李大宝

化工自动化及仪表 2022年3期

王志芳谢文奋李大宝

（中国石油天然气股份有限公司独山子石化公司信息网络公司）

随着石油化工装置不断向大型化和复杂化发展，以及操作人员的减少，每个操作人员监控区域的范围相应扩大，每个岗位所需处理的报警也随之增多。 DCS 报警关系着生产装置运行管控能力和自控水平，直接影响到装置安全平稳运行及产品质量、收率和经济效益提升。因此，开展装置报警治理和优化，有效进行报警管理，已成为炼化企业的迫切需求。对不同生产工况下的报警信息进行整理、分析与优化，消除无效报警，可以减轻操作人员的劳动负荷，提高生产操作的安全性［1］。笔者以某炼油厂为背景，开展报警管理优化方案设计工作，分析报警管理日常工作的重点，通过实施几种报警优化管理方案，减少了报警泛滥问题带来的影响。

1 报警优化管理理念

Britain’s Health ＆ Safety Executive、ASM（Arizona，USA）两个权威组织，以及工程设备和材料用户协会（EEMVA）于1999 年制定了标准191《报警管理指导性原则》，是报警系统评价、设计和管理的国际权威标准，目前该标准已被国际上大多数企业（如美孚、壳牌及巴斯夫等）接受并成功应用。好的报警系统能持续有效地帮助操作人员在正确的时间采取正确的行动，报警系统典型的KPI 指标见表1 （每个操作岗位给出至少30 d的数据）。其中报警泛滥，即报警系统产生的报警数量超出操作人员的有效处理能力，如10 min 发出超过10 次报警；间歇报警，即某工艺变量短时间内在正常和报警状态之间频繁切换，如每分钟发出3 次及以上的报警；瞬闪报警，即某报警报出后在极短的时间内又恢复正常，如1 s 内恢复正常状态的报警；陈旧报警，即报警状态长时间得不到解除的报警，如超过24 h 仍未解除报警状态的报警。

表1 报警系统KPI 指标

（续表1）

根据EEMUA 191—2013 《Alarm Systems A Guide to Design，Management and Procurement》所评估的平均报警率基准见表2。

表2 平均报警率基准

2 报警优化管理措施

统计某炼油厂10 套装置1 月份总报警218 153 次，每人每岗报警207 次，超出稳定操作情况下每天可接受的150 次报警数量。根据生产装置的实际情况，结合各装置生产运行调整、转产及设备切换等操作，以及不同工况下的过程参数控制指标进行分析，识别出报警相关的位号及其占总报警数的比例情况，一般前十位报警占报警总数的60%左右［2］，对前十位报警的原因分析和优化措施制定主要分为以下6 种情况：

a. 现场机组等设备在未使用时发出的无效报警和报警泛滥问题，可采用报警抑制技术予以解决，根据检测特征量变化在DCS 中进行组态，自动启用报警抑制功能。

b. 仪表、设备故障或仪表检维修过程中发出的无效报警，可在DCS 中手动切换来屏蔽报警信息，维修正常后重新投用报警。

c. 仪表测量归零或满量程引起报警（如横河CENTUMM VP 系统中的IOP 和IOP-，浙江中控ECS700 系统中的ERR）。涉及仪表原因，如仪表测量接触不良、零漂引起报警，可采用仪表校验与及时维护的办法予以解决；涉及工艺生产操作，可配合属地车间调整操作或执行报警屏蔽手段来抑制报警。正常生产情况下，仪表指示恢复时再次出现的报警则重新计入报警。

d. 仪表测量噪声引起频繁报警（如高频瞬闪报警），可及时对测量干扰源进行排查，或对仪表测量回路现场添加阻尼或对组态添加滤波予以解决。

e. 对于聚合装置PDS 阀门、制氢装置PSA程控阀等两位式阀门频繁出现的ANS+、ANS-阀门未到位报警，可根据阀门实际开关时间，修改阀门到位检测时间来避免无效报警频繁产生。

f. 部分位号报警裕度设置不合理，如横河DCS 报警裕度默认为工位量程的2%，对于某些测量范围较大的监测仪表会引起报警恢复滞后，对于测量范围较小的监测仪表则会导致工位号长时间反复报警的情况，此类问题可根据监测仪表量程评估设置合适的报警裕度，避免无效报警发出［3］。

2.1 动态报警抑制技术

针对主、备机切换或牌号切换导致的报警泛滥问题，通过检测特征量变化判断设备是否处于停用状态，自动调用抑制功能实现动态报警抑制。

系统具体实现技术是，程序自动根据某类设备或器件的状态（启用/停用），判断对应仪表报警是否有效或需要进行声光提示，如某催化裂化装置小型加料器加料期间，间接造成脱硫脱硝装置一系列NOx测量仪表报警，小型加料器平均每小时进行一次加料，每次产生自扰报警10 余次，每天累积自扰报警240 余次。为此，根据现场实际生产情况，通过设定触发条件，当加料开始时触发报警抑制管理功能，将相应位号自动切换至AOF（报警屏蔽状态）状态，待加料时间满足后，将相应位号报警屏蔽功能取消。采用该技术可解决大量由于无效报警导致的报警“洪水”问题，该功能在横河CENTUM VP 系统中的程序代码如下：

WHILE(1)

IF(SYSJ.PV＜=1 AND DQZL.PV＞=105)THEN ！如果出料剩余时间不超过1 min 且当前重量不小于105 kg

AI5105.AOFS="AOF" ！自动调整报警至屏蔽状态

FC5102.AOFS="AOF" ！自动调整报警至屏蔽状态

NO2IN.AOFS="AOF" ！自动调整报警至屏蔽状态

NO2OUT.AOFS="AOF" ！自动调整报警至屏蔽状态

DELAY 540000 ！延时9 min

AI5105.AOFS="AON" ！自动恢复报警屏蔽

FC5102.AOFS="AON" ！自动恢复报警屏蔽

NO2IN.AOFS="AON" ！自动恢复报警屏蔽

NO2OUT.AOFS="AOF" ！自动恢复报警屏蔽

END IF

WEND

由图1 所示的小型加料器时间自动抑制和恢复报警记录可以看出，实际执行过程中，小型加料器平均每小时进行一次加料，每次自动将相关仪表位号报警置于屏蔽状态，待加料结束后再自动恢复报警，减少误报警的产生，提高操作监控效率。

图1 小型加料器时间自动抑制和恢复报警记录

2.2 报警优化合并

根据关键测量部位对可靠性和可用性的要求，部分部位设置多块测量仪表，虽然能够保证安全，但是会在达到报警限时触发多次重复报警，长期运行会产生无效滋扰报警。某炼油厂罐区流速报警采用储罐液位除以时间累计数值的计算方式，现场储罐液位计采用光导液位计和雷达液位计同时进行液位测量的方式。为减少无效报警并保证报警的准确性，通过组态将储罐流速计算由雷达液位计和光导液位二取二实现，同时增加储罐液位报警判断开关，防止进油、发油时发出误报警，该功能在横河CENTUM VP 系统中的程序代码如下：

alias LI989 11212LI989.PV ！光导液位计指示

alias LI989B 11212LI989A-F1.PV ！雷达液位计指示

alias HB989 11212LIHB989.PV ！液位报警开关

alias HB989AS 11212ANS989.PV ！上升液位报警

alias HB989AX 11212ANX989.PV ！下降液位报警

IF（HB989==0）then ！下降液位报警

P01=LI989 ！储罐液位报警判断开关关闭

P03=LI989B

END IF

IF（HB989==1)THEN ！储罐液位报警判断开关开启

P02=P01-LI989

P04=P03-LI989B

IF（（P02＞100.0）AND（P04＞100.0））THEN ！两台液位计同时变化后储罐液位上升报警为真

HB989AX=1

ELSE

HB989AX=0

END IF

IF（（P02＜-100.0）AND（P04＜-100.0））THEN ！两台液位计同时变化后储罐液位下降报警为真

HB989AS=1

ELSE

HB989AS=0

END IF

2.3 合理进行高频瞬闪报警优化

对于部分因设备和生产原因造成的高频瞬闪报警，通过对测量干扰源进行排查或对仪表测量回路现场添加阻尼或组态增加滤波，实现报警信息屏蔽。如罐区光导液位计使用年限超20 年，测量过程中存在毛刺波现象，容易造成偏差报警误报，为减少报警次数，可以通过增加一阶滤波功能实现过滤毛刺波的功能。一阶滞后运算器（LAG）的工作原理如图2 所示。