淺析如何提高SIS系統(tǒng)聯(lián)鎖投用率

黃寶瑛，宋卓銳，韓瑞華（大連石化公司儀表車間，遼寧 大連 116031）

1 引言

石油化工的產(chǎn)品在日常生產(chǎn)生活中占據(jù)著重要位置，但其生產(chǎn)過程會使用大量易燃易爆、強腐蝕、有毒的不安全材料，其生產(chǎn)使用、運輸、存儲等過程易出現(xiàn)爆炸、火災、中毒等嚴重事故。近年來我廠涉及高溫高壓的工藝裝置，都單獨布置SIS系統(tǒng)，獨立作用，以便避免或減少這些事故的發(fā)生，促進石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程的安全有效化。機組及安全儀表系統(tǒng)（SIS）是裝置安全生產(chǎn)的重要保護層，其與DCS在可靠性與可用性要求方面具有不同的特性。DCS要求在可靠的前提下力求最大的可用度，以使操作員能對工藝過程進行靈活干預，從而保持生產(chǎn)過程平穩(wěn)；SIS系統(tǒng)則要求在一定的可用條件下，尋求最大的可靠度，其時刻監(jiān)視過程參數(shù)的變化，一旦超限，即采取系列動作以避免事故的發(fā)生，或遏制事故的發(fā)展。換言之，SIS的執(zhí)行機構(gòu)平時并不動作，只在有要求時，執(zhí)行機構(gòu)才執(zhí)行安全要求所規(guī)定的動作。

2 現(xiàn)狀及建議

一般情況，設計或者建設單位都會考慮到安全完整性等級（SIL），但是和SIL相對應的還有SIF，即儀表的安全功能，SIL等級只是風險降低能力以及發(fā)生事故概率的度量，并不意味著設備正常運行時間的提高，不能作為在流程工業(yè)中選擇安全系統(tǒng)的唯一依據(jù)。

新區(qū)保運的時候，工藝員經(jīng)常抱怨國外品牌產(chǎn)品的工藝包就是這樣的，怎么到國產(chǎn)品牌的產(chǎn)品這里就不好用了，國外品牌的儀表也沒有總要摘除聯(lián)鎖。這個問題有三個原因。首先，由于資金等因素沒有選用具有SIL等級能力認證的儀表與執(zhí)行機構(gòu)，新區(qū)的渣油加氫往復機組就是個很好的例子，機組為進口機，油站等停機聯(lián)鎖元件選用UE的壓力開關(guān)、ROSEMOUNT的壓力變送器，基本上可以滿足使用；電機為國產(chǎn)電機，有單獨的油站，隨廠家配置的壓力開關(guān)等一次件儀表精度差、重復性低、使用壽命短，極易發(fā)生因元件故障而導致的停機，這樣的配置雖然節(jié)約了投資成本，但是維護成本高，因誤停機造成的經(jīng)濟損失大。其次，因地區(qū)氣候等原因，部分介質(zhì)容易凍凝的壓力/差壓變送器需要沖灌隔離液，根據(jù)工藝、氣候的變化，壓力/差壓變送器需要定期沖灌隔離液，每次作業(yè)的時候儀表無法進行準確測量，也需要摘除聯(lián)鎖后方能作業(yè)。另外，安全聯(lián)鎖和工藝聯(lián)鎖沒有明顯的劃分，聯(lián)鎖項目過多，造成操作員以及維護人員對聯(lián)鎖的麻痹，對摘除/恢復聯(lián)鎖作業(yè)產(chǎn)生煩躁情緒等。

根據(jù)對廠內(nèi)聯(lián)鎖投用情況的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)SIS控制存在一些問題。

（1）部分成套設備配套的儀表，其質(zhì)量未能滿足SIS對儀表SIL等級能力的要求，可靠性差、使用壽命短，造成部分SIF（安全儀表功能）不能投用。如上所述渣油加氫往復機電機的油路儀表，對于這類儀表，應在設備設計、采購期就進行限制，否則其后造成的經(jīng)濟損失遠大于投資節(jié)省的費用。

（2）部分工藝聯(lián)鎖項目整體照搬工藝包，實際操作與原工藝包不符，聯(lián)鎖項目無法投用。如制氫裝置轉(zhuǎn)化爐F-1901預熱段爐膛壓力低低停爐，開工不久后就永久摘除。煤油加氫裝置K 1501AB新氫入口壓力低低停機項目，因新氫壓力不穩(wěn)定，有時候低于聯(lián)鎖值，A票摘除。某些機組的開機條件設置為潤滑油溫度大于30℃，冬天開機前設備員拿蒸汽帶對溫度測量點進行加熱，強制其達到開機條件等。

應核實實際裝置的運行情況，區(qū)分工藝聯(lián)鎖和安全聯(lián)鎖，保證合理的系統(tǒng)配置，安全功能是安全生產(chǎn)的一道有效保護墻，但不恰當?shù)呐渲脛t會因高頻度的誤動作而引起頻繁停車，從而造成巨大的經(jīng)濟損失。

（3）溫度測量儀表相對其他類儀表而言故障率較高，為了防止溫度儀表的故障而導致停車，廠內(nèi)裝置里很多此類聯(lián)鎖都是摘除狀態(tài)。如加氫裂化反應器床層溫度高高停止進料、高壓系統(tǒng)緊急泄壓，未投用，避免儀表故障造成聯(lián)鎖意外動作。

圖1 三選二聯(lián)鎖流程圖

經(jīng)過近十年的技術(shù)整改，廠內(nèi)主要停機、停裝置的聯(lián)鎖元件都改為三選二或二選二型，以避免出現(xiàn)單個元件故障而導致的誤?，F(xiàn)象。但是部分裝置的一些項目還沒有整改，如上所述的加氫裂化反應器床層溫度高聯(lián)鎖，如果該聯(lián)鎖項目在工藝條件上來說還沒有達到安全等級控制的程度，那么就永久摘除聯(lián)鎖，只在DCS上設置報警功能即可，反之，建議增加測量元件，改為三選二型。

（4）大機組軸瓦溫度傳感器基本上都是安裝于機殼內(nèi)的埋入式鉑電阻，其引線極易斷。若引線開路，其輸出超過報警值，將引起聯(lián)鎖、誤動作停機。在十年前根據(jù)機動處統(tǒng)一管理要求，廠內(nèi)老裝置的機組的軸承溫度等不再列入停機聯(lián)鎖條件里，但是目前新區(qū)的機組仍然還保留了溫度停機項目，如220萬重整裝置K1401 、K1402，機身的溫度聯(lián)鎖條件通過辦理A票摘除。就管理而言，建議管理部門保持聯(lián)鎖原則的一致性。

（5）隨著儀表自動化的發(fā)展，各種電機都增加了在線的溫度監(jiān)控，但是這些電機定子溫度、軸承溫度高停機聯(lián)鎖項目的檢測元件只有一個，所以也同樣存在上述問題，從電氣專業(yè)的角度來說，強調(diào)其聯(lián)鎖的必要性，但是同樣強調(diào)的還有可靠性，建議改成三選二方式，保證儀表和電氣兩個專業(yè)的設備都能正常運行，也避免了兩個專業(yè)的矛盾。

（6）在生產(chǎn)裝置正常運行過程中，可通過“旁路”臨時切除聯(lián)鎖條件。因安全聯(lián)鎖和工藝聯(lián)鎖項目混淆，目前部分聯(lián)鎖項目由工藝控制，建議管理部門確定現(xiàn)有的聯(lián)鎖項目哪些可由工藝控制，哪些由儀表控制，是否都是按照聯(lián)鎖管理等。另外，對部分容易發(fā)生誤操作的聯(lián)鎖投用和恢復按鈕建議改為開關(guān)控制，如電廠操作臺上的停爐按鈕。

（7）聯(lián)鎖的執(zhí)行機構(gòu)基本都設置為故障安全型，但是如加熱爐的風機及風門聯(lián)鎖的執(zhí)行機構(gòu)在正常生產(chǎn)階段，該閥長期處于靜止狀態(tài)，容易出現(xiàn)聯(lián)鎖時不動作的現(xiàn)象。包括四催化備機的電液轉(zhuǎn)換器，都出現(xiàn)過“備機不備”的現(xiàn)象。就是因為這樣的設備日常是無法監(jiān)控其功能情況的，所以今后這類設備也需要增加日常保運中的動作試驗檢查，技術(shù)員可將其列為技術(shù)攻關(guān)項目。

一個典型的安全聯(lián)鎖功能（SIF）通常由三部分組成，即傳感器子系統(tǒng)、邏輯控制器及最終執(zhí)行機構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場設備，包括傳感器（壓力、溫度、流量、液位等測量）及最終執(zhí)行機構(gòu)（閥門、電氣控制邏輯）在整個聯(lián)鎖回路中所占的事故比例可達85%以上。而在這兩個子系統(tǒng)中，最終執(zhí)行機構(gòu)的失效概率比傳感器子系統(tǒng)大得多?，F(xiàn)在的聯(lián)鎖最終的執(zhí)行部分：控制閥及電氣設備，其性能的完好性尤其重要。還是前面說的一句話：投資的節(jié)省并不能代表整個項目的經(jīng)濟節(jié)省。

3 結(jié)束語

SIS系統(tǒng)的配置是一把雙刃劍，合理的系統(tǒng)配置（安全功能）是安全生產(chǎn)的一道有效保護墻，但不恰當?shù)呐渲脛t會因高頻度的誤動作而引起頻繁停車，從而造成巨大的經(jīng)濟損失。不合理的SIS系統(tǒng)聯(lián)鎖配置不但增加了SIS系統(tǒng)的成本，而且也因誤動作而造成巨大經(jīng)濟損失，提高了系統(tǒng)投資與維護成本。

對以上問題的解決可以提高聯(lián)鎖項目的投用率，力爭2013年達到聯(lián)鎖投用目標的98%，2014年達到聯(lián)鎖投用目標的100%。

[1] 王秉義. SIS安全聯(lián)鎖功能可用性分析[J]. 石油化工自動化, 2012, (2) .

[2] 周華, 左信, 鄭加平. 安全儀表系統(tǒng)可靠性影響參數(shù)的敏感性分析[J]. 化工自動化及儀表, 2010, 37 (03) : 66-68.

[3] 張建國. 安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應用[M]. 北京: 中國電力出版社,2010.