先進報警管理系統(tǒng)的設計實施與應用研究

范宗海，賀文敏，冀曉舉，王穎，黃步余，陶興文

(1. 中國石化工程建設有限公司，北京 100101；2. 中天合創(chuàng)能源有限責任公司，內(nèi)蒙 鄂爾多斯 017000；3. 北京賽普泰克技術有限公司，北京 100012)

近年來世界范圍內(nèi)石油化工行業(yè)的報警管理是關注的焦點，經(jīng)調(diào)查多起石油化工工廠事故與報警設置和管理不當有關。EEMUA 191中列舉了一些與報警泛濫有關的工業(yè)事故，如英國米爾福德港(Milford Haven)德士古煉油廠的嚴重爆炸事故。該事故的緣由是嚴重雷暴影響了幾個裝置的正常生產(chǎn)，造成全廠停工。在重新開車的5 h內(nèi)，由于報警過多，操作員無法準確掌握實際情況，從而造成爆炸的發(fā)生，特別是在爆炸前的最后1 h內(nèi)共產(chǎn)生了275個報警。這場事故造成了26人受傷，直接經(jīng)濟損失嚴重。通過對中國近年來多家大型煉油、石化和煤化工工廠的調(diào)查，普遍存在報警過多，尤其開、停車及生產(chǎn)負荷波動情況下，報警系統(tǒng)效率低，報警泛濫，干擾了操作員的正常判斷和合理處置等，亟待研究解決。

近年來世界著名石油化工公司、工程公司和專業(yè)公司共同對報警系統(tǒng)進行了研究及實踐，運用先進報警管理的理念，推出了相關的國際規(guī)范和工程導則。通過先進報警管理系統(tǒng)(AAS)的實踐，證明可提高報警系統(tǒng)的有效性和安全性。

1　報警及報警系統(tǒng)定義

1.1　報警定義

流程工業(yè)典型多保護層結(jié)構(gòu)如圖1所示。過程報警及操作員干預層旨在工藝操作偏離正常操作范圍或發(fā)生異常情況時，操作員采取必要響應措施，使工藝過程返回正常范圍，避免引起安全儀表系統(tǒng)及其他安全保護設施動作。

圖1　流程工業(yè)典型多保護層結(jié)構(gòu)示意

IEC 62682和ANSI/ISA 18.2中報警的定義為“通過聲響和/或視覺顯示的方式提示操作員出現(xiàn)設備故障、工藝波動或其他異常情況，需要操作員在特定時間內(nèi)進行響應操作”。設置報警的目的是提醒操作員關注裝置出現(xiàn)異常情況并需進行響應操作，防止可能發(fā)生嚴重的工藝波動、意外停車或重大事故；報警不應該作為普通的提示信息。

AAS的工程實踐表明，良好的報警系統(tǒng)通常具備以下特征：

1) 相關性。每個報警都與操作范圍相關。

2) 唯一性。沒有多個相同含義的報警。

3) 及時性。操作員有充足時間采取行動。

4) 優(yōu)先級。根據(jù)后果嚴重性及操作緊迫性確定了報警優(yōu)先級。

5) 可讀性。報警信息清晰一致，無歧義。

6) 診斷性。有助于診斷分析問題。

7) 指導性?？商嵝巡僮鲉T需采取的行動。

無論報警設置如何優(yōu)化，報警都不應完全取代操作員對裝置的正常操作和監(jiān)控。

1.2　報警與操作員提示信息

操作員在工藝操作過程中經(jīng)常需要一些有用的提示信息。報警是經(jīng)過合理化分析后的工作確定，報警發(fā)生時，操作員須進行響應操作；而操作員提示信息沒有經(jīng)過合理化分析，操作員不一定需要對其進行響應操作。操作員提示信息不應出現(xiàn)在報警匯總畫面中，宜設置獨立的操作員提示信息畫面。

1.3　報警系統(tǒng)

報警系統(tǒng)由硬件與軟件構(gòu)成，用來檢測報警狀態(tài)并顯示給操作員，同時記錄報警信息、報警狀態(tài)變化和響應操作情況。典型的石油化工裝置報警系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2　典型石油化工裝置報警系統(tǒng)總體架構(gòu)示意

2　報警系統(tǒng)的性能指標

2.1　報警系統(tǒng)關鍵性能指標

報警系統(tǒng)的關鍵性能指標(KPI)通常基于每個操作崗位至少30 d的數(shù)據(jù)記錄考核。通過國際先進的工業(yè)實踐經(jīng)驗，良好的報警管理宜具備以下KPI指標，見表1所列。

表1　典型的報警系統(tǒng)KPI指標

續(xù)　表1

2.2　報警系統(tǒng)等級

EEMUA 191中將報警系統(tǒng)的性能指標劃分為5個等級，見表2所列。

當對特定工廠或裝置的報警系統(tǒng)進行報警管理改進時，通常按照報警系統(tǒng)等級逐級進行，先從實施基本的報警系統(tǒng)改進技術開始。如： 某裝置的實際報警系統(tǒng)等級為第2等級“報警負荷偏高”，在實施先進報警管理活動時，先按照第3等級“報警負荷穩(wěn)定”的目標實施。采取基本的改進措施并達到第3等級的目標后，再采用更先進的報警管理技術，實施第4等級“報警適應性強”的目標。大型煉油、石化和煤化工工廠或裝置的報警系統(tǒng)等級宜至少達到第3等級。

表2　典型的報警系統(tǒng)等級

3　報警系統(tǒng)設計基本原則

3.1　設計目標

報警系統(tǒng)應能持續(xù)有效地幫助操作員在正確的時間采取正確的行動，而不是干擾操作員的注意力。報警系統(tǒng)的設計目標：

1) 報警設置合理，報警信息清晰易懂。

2) 報警的設置和組態(tài)符合相關標準和最佳工業(yè)實踐。

3) 報警發(fā)生率控制在操作員能有效處理的范圍內(nèi)。

4) 操作員能夠快速確定報警位置和報警優(yōu)先級。

5) 操作員能夠在報警頻發(fā)的情況下有效處理報警信息。

6) 報警系統(tǒng)得到有效的監(jiān)視、管理和維護。

3.2　報警分組

為減少不同操作崗位報警的相互干擾，減輕報警負荷，報警系統(tǒng)應按照操作崗位進行報警分組。實踐證明這也是有效降低報警數(shù)量、提高報警效率的基本要求。

報警分組應與操作崗位的職責范圍一致，與本操作崗位無關的報警不予報出；與操作崗位相關的公用工程單元的報警應分配至相應操作分組，并明確報警響應責任；與操作崗位無關的公用工程報警可作為操作員提示信息。

3.3　報警優(yōu)先級

報警優(yōu)先級代表工藝報警的嚴重程度，操作員應根據(jù)優(yōu)先級的順序進行報警的響應操作，當多個報警同時發(fā)生時，操作員應優(yōu)先響應高優(yōu)先級的報警。當然，無論控制系統(tǒng)報出哪種優(yōu)先級的報警，操作員都應對其進行響應操作。

工廠應采用一致性的方法開展報警歸檔與合理化分析工作，合理定義報警優(yōu)先級。工藝報警優(yōu)先級通常定義為3個等級，大型裝置或有特殊要求時也可設置4個等級：

1) 第4級(緊急)工藝報警。通常在輔助操作臺或控制系統(tǒng)中設置(可選)。

2) 第3級(高級)工藝報警。通常在控制系統(tǒng)中設置。

3) 第2級(中級)工藝報警。通常在控制系統(tǒng)中設置。

4) 第1級(一般)工藝報警。通常在控制系統(tǒng)中設置。

儀表及控制系統(tǒng)診斷報警原則上與工藝報警分開顯示匯總，報警優(yōu)先級根據(jù)后果嚴重程度和最大允許響應時間2個指標確定。各優(yōu)先級的報警占報警總數(shù)的比例通常見表3所列。

后果嚴重程度指： 若操作員對某個報警不進行任何響應操作，會發(fā)生最嚴重后果的危害程度。典型的用于確定后果嚴重程度等級的矩陣見表4所列，工廠可根據(jù)自身特點予以適當調(diào)整。

表3　典型的各優(yōu)先級報警占報警總數(shù)的比例 %

表4　確定后果嚴重程度等級的典型矩陣

最大允許響應時間指： 為避免異常情況導致不良后果發(fā)生，容許操作員從報警發(fā)生到做出正確響應操作之間的最長時間。典型的用于確定最大允許響應時間等級的定義見表5所列。

通過表4和表5確定報警優(yōu)先級的后果嚴重程度和最大允許響應時間后，就可以按照表6的典型矩陣表確定報警的優(yōu)先級別。

表5　典型的確定最大允許響應時間等級 min

表6　確定報警優(yōu)先級的典型矩陣

第4級(緊急)工藝報警可在第3級(高級)工藝報警中按以下原則選?。?引起工廠或裝置重要單元或設備緊急停車的關鍵報警；引起安全、環(huán)保和人身傷害的重大報警。

3.4　報警系統(tǒng)設計基本原則

3.4.1滋擾報警

在合理進行報警分組、定義報警優(yōu)先級后，應通過AAS進行實時報警性能分析，找到滋擾報警或其他影響報警性能的原因，從易到難逐步加以優(yōu)化。流程工業(yè)中滋擾報警往往是造成報警頻發(fā)甚至報警泛濫的主要原因，須正確識別、分析和處理。常見滋擾報警的定義及解決措施見表7所列。

3.4.2儀表故障診斷報警

儀表故障時操作員畫面將無法顯示相關儀表讀數(shù)，此時應通過報警提示操作員該儀表不再正常工作，操作員通知相關部門組織維修。儀表維修后，操作員重新激活相關點，并解除相關報警擱置。

表7　常見滋擾報警及解決措施

儀表故障診斷報警原則上與工藝報警分開顯示匯總，重要的儀表故障報警可定義為一般工藝報警。典型的儀表診斷報警優(yōu)先級分配原則見表8所列。

表8　典型的儀表診斷報警優(yōu)先級分配原則

3.4.3控制系統(tǒng)診斷報警

控制系統(tǒng)診斷報警原則上與工藝報警分開顯示匯總，正常狀況下控制系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測不該出現(xiàn)報警，控制系統(tǒng)狀態(tài)顯示不應存在陳舊報警，操作員須根據(jù)嚴重程度聯(lián)系控制系統(tǒng)工程師解決。

3.4.4外部控制系統(tǒng)報警

大型煉油、石化和煤化工裝置中經(jīng)常設置很多外部控制系統(tǒng)，如： 過程分析儀系統(tǒng)、壓縮機控制系統(tǒng)、設備包控制系統(tǒng)等。外部系統(tǒng)宜根據(jù)實際情況設置1個或多個“公共報警”點，而不是將所有報警均報出，如： 壓縮機上多個振動檢測的報警點可整合到1個“振動公共報警”點上，當其中1個或多個振動報警發(fā)生時，觸發(fā)此公共報警；每1個振動報警信號都將保存至歷史記錄中。

3.4.5冗余傳感器和表決系統(tǒng)的報警

裝置通常根據(jù)專利商或業(yè)主的要求在一些關鍵場所設置雙重化、三重化或多重化冗余檢測儀表和最終元件，在工藝波動或異常情況下，這些冗余信號可能會產(chǎn)生大量重復報警。

報警合理化分析過程中要檢查和分析冗余傳感器和表決系統(tǒng)的報警，采取手段盡可能消除由此產(chǎn)生的滋擾報警。

3.4.6報警設定值的選擇

報警設定值的選擇應既能保證操作員有充足的時間進行響應操作，又不能過于保守。在DCS中要選擇合適的報警設定值，且一般不與SIS或其他外部系統(tǒng)的報警設定值重復。EEMUA 191對報警設定值提出了要求，如圖3所示。

3.5　AAS設計原則

在采用常規(guī)報警改進措施仍無法提升工廠的報警效率，降低報警負荷時，應采取更為先進和復雜的先進報警改進措施，如： 報警擱置、多工況報警、報警泛濫抑制、報警設置審查和強制恢復等。

3.5.1報警擱置

操作員有時會臨時抑制個別報警或者報警組，這些被抑制的報警須得到有效的管控以確保在適當?shù)臅r候能及時解除抑制。受到合理管控的報警抑制稱為報警擱置，報警擱置/解除擱置宜采用AAS提供的報警擱置功能。

任何報警都不能無限期被擱置，報警擱置所持續(xù)的時間應在控制系統(tǒng)上進行設置和顯示；當達到報警擱置的時間限制時，控制系統(tǒng)能自動提示操作員確認是否解除報警擱置。

3.5.2多工況報警

多數(shù)報警的設置針對于工藝或設備的正常工況，工藝或設備有時會有多種工況，如開工、停工、切換產(chǎn)品牌號、切換進料來源等，基于單一工況的報警設置容易導致大量不必要的報警。

多工況報警的管理應根據(jù)工藝單元或工藝設備的各種工況條件進行動態(tài)的報警設置。針對于不同的工況，可對同一個位號的同一類報警設置多個報警設定值和/或報警優(yōu)先級，根據(jù)裝置的實際運行工況激活相應的報警設定值和/或報警優(yōu)先級設置。

3.5.3報警泛濫抑制

報警的發(fā)生頻率不應超出操作員有效響應操作的能力范圍，當報警頻率高于操作員的有效處理能力時，就可能發(fā)生報警泛濫。報警泛濫時，操作員對報警的響應操作效率會降低，操作更加困難。

報警泛濫抑制功能可根據(jù)相關工藝或設備的工況或其他條件對預先定義好的報警組進行動態(tài)管理，如采用基于多工況的報警抑制、基于邏輯判斷的報警抑制、基于模型計算的報警抑制等方法。

3.5.4報警設置的審查和強制恢復

通過定期或根據(jù)請求檢查控制系統(tǒng)的報警設置，報告任何與報警主數(shù)據(jù)庫不一致的信息，及時發(fā)現(xiàn)未授權的報警設置更改，可根據(jù)管理規(guī)程手動或自動對未授權的報警設置更改進行強制恢復。

圖3　報警設定值區(qū)域(EEMUA 191)示意注： X——報警

4　報警系統(tǒng)人機界面設計原則

報警系統(tǒng)人機界面是石油化工工廠人機界面設計的組成部分，對提高改善報警管理非常重要，須遵循人機界面設計的總體原則和整體規(guī)劃，提高人機界面的效率和一致性。

4.1　基本過程控制系統(tǒng)人機界面

基本過程控制系統(tǒng)的人機界面是操作員日常監(jiān)視操作的直接窗口，報警人機界面對于提高報警管理水平至關重要，通常包括以下功能：

1) 報警匯總畫面。

2) 報警發(fā)生后的消音、確認、復位功能。

3) 流程圖畫面中顯示重要報警和公共報警。

4) 細目畫面中顯示報警狀態(tài)。

5) 報警抑制功能。

6) 報警停用功能。

7) 根據(jù)權限設置更改報警參數(shù)的功能。

8) 報警記錄歸檔功能。

報警匯總畫面用來顯示所有報警相關的信息，如報警位號、狀態(tài)、優(yōu)先級、類型、文字說明、發(fā)生的日期及時間等內(nèi)容。報警匯總畫面通常能通過時間發(fā)生順序、報警優(yōu)先級、報警分組等進行分類篩選顯示，間歇報警或重復報警不應占用報警匯總畫面大量的顯示空間。

傳統(tǒng)的流程圖畫面設計中通常過度使用紅色、黃色、藍色等醒目顏色來指示各種正常工況、異常工況、設備位號以及其他功能，世界范圍內(nèi)大量工程實踐證明，過多醒目的顏色將對操作員的正常操作產(chǎn)生視覺和心理干擾，易造成疲勞，降低操作效率和安全性，所以用于正常生產(chǎn)操作的流程圖畫面盡量選用素淡的顏色。

報警顯示顏色盡量選用亮紅、亮黃等醒目顏色，已選用的報警顏色在流程圖畫面中不宜再使用。另外，高優(yōu)先級應比低優(yōu)先級的報警顏色更醒目，未確認的報警應比已確認或已復位的報警顏色更醒目，如閃爍。相同報警優(yōu)先級的報警應具有相同的報警顯示顏色、符號和聲響。

每個優(yōu)先級別的報警應具有唯一的報警聲響，報警聲響亮且區(qū)分度高，特別是高優(yōu)先級的報警，但又不宜對操作員造成過度干擾。

基本過程控制系統(tǒng)操作畫面的設計應盡量減少操作員進行報警識別、確認、核實和評估等操作的按鍵次數(shù)。發(fā)生報警時，基本過程控制系統(tǒng)應能從流程畫面直接切換至報警畫面。

4.2　輔助操作臺

隨著計算機技術的發(fā)展，采用傳統(tǒng)的報警輔助操作臺報警的數(shù)量在不斷減少。若需要設置獨立的報警輔助操作臺，宜僅設置關鍵的報警。輔助操作臺上的報警應與基本過程控制系統(tǒng)最高級別的報警采用一致的設計標準，輔助操作臺的任何報警和響應操作都要在DCS中記錄。

4.3　AAS人機界面

AAS的人機界面主要包括報警性能報表、報警擱置界面、報警指導信息等。

定期對報警系統(tǒng)性能進行檢測和評估是提高石油化工工廠或裝置報警管理水平的有效措施，AAS宜按周報和月報形式對指標KPI進行分析、評估。報警性能報表的類別通常包括： 報警匯總列表、最頻繁出現(xiàn)的報警報表、已停用的報警列表、滋擾報警列表、與主報警數(shù)據(jù)庫對比報警設置更改列表。

根據(jù)報警性能報表的數(shù)據(jù)及分析，并與KPI指標進行對比分析，找出不合理的報警設置，予以持續(xù)改進。

5　工程實施與應用

AAS不僅提供了改進報警管理的硬件和軟件系統(tǒng)，還提出了對報警進行歸檔、分析、設計、管理的理論和方法。AAS的工程實施應按照圖4所示的報警管理生命周期各階段的活動內(nèi)容開展，形成制度化、規(guī)范化的工作流程和考核機制，持續(xù)改進。

對于新建大型石油化工工廠或裝置，AAS的實施宜首先制訂報警管理規(guī)定，定義報警系統(tǒng)的目標和設計原則，然后按照圖4開展各階段的工作。對于在役大型石油化工工廠或裝置，AAS的實施宜首先進行報警監(jiān)測與評估，或報警系統(tǒng)審查，對現(xiàn)有報警系統(tǒng)的性能進行檢測、分析、評估、審查，發(fā)現(xiàn)存在的問題，然后再按照圖4開展各階段的工作。

圖4　先進報警管理生命周期活動示意

5.1　編制報警管理規(guī)定與功能設計規(guī)格書

5.1.1報警管理規(guī)定

報警管理規(guī)定確定報警管理的基本定義、原則、設計、實施、投用、維護、監(jiān)測、評估、審查及變更管理等，是開展先進報警管理生命周期各階段活動的依據(jù)。

大型煉油、石化和煤化工工廠應根據(jù)企業(yè)實際情況制訂適合本企業(yè)特點的報警管理規(guī)定，統(tǒng)一報警設置標準和管理規(guī)程。

5.1.2報警系統(tǒng)功能設計規(guī)格書

報警系統(tǒng)功能設計規(guī)格書在報警管理規(guī)定的基礎上更為詳細地規(guī)定報警系統(tǒng)的各項功能要求、技術參數(shù)、管理規(guī)程等，報警系統(tǒng)功能設計規(guī)格書是報警管理規(guī)定的延伸資料。

5.2　報警辨識

報警辨識是對可能的報警或報警變更進行定義的階段。報警辨識可在不同階段通過多種方法開展，如： 通過過程危險分析(PHA)、危險與可操作性分析(HAZOP)、保護層分析(LOPA)、工程經(jīng)驗、P&ID審查等，通過報警辨識確定的報警設置作為報警歸檔和合理化分析的輸入信息，報警辨識過程中須按照報警管理規(guī)定的要求定義和設置報警。

5.3　報警歸檔與合理化分析

5.3.1報警歸檔

報警歸檔的內(nèi)容通常包括報警的定義、設置目的和其他報警合理化分析所需要的信息。為便于訪問、查詢、培訓和維護，報警歸檔資料須建立電子數(shù)據(jù)庫，作為主報警數(shù)據(jù)庫的部分。

5.3.2報警合理化分析

報警合理化分析是指根據(jù)報警管理規(guī)定的要求，對報警設置的合理性和報警參數(shù)進行分析和審查，并將審查結(jié)果歸檔記錄的工作過程，是區(qū)別于傳統(tǒng)報警系統(tǒng)設計的關鍵階段。報警合理化分析工作包括以下內(nèi)容：分析各種報警是否應設置及設置是否合理、分析報警產(chǎn)生的各種原因、分析發(fā)生報警后操作員應采取的正確響應動作、根據(jù)后果嚴重程度和最大允許響應時間確定報警優(yōu)先級。

5.4　AAS設計與實施

5.4.1設計

在完成報警歸檔和合理化分析的基礎上，完善報警系統(tǒng)的設計，如報警類型、報警設定值、報警參數(shù)、報警死區(qū)、正/負延時設置等，以便在基本過程控制系統(tǒng)和AAS中實施。

5.4.2實施

AAS的實施主要工作包括： 培訓、組態(tài)、下裝、調(diào)試，測試和確認，歸檔記錄。

5.5　AAS投用與維護

1) 投用。AAS投用是在報警歸檔和合理化分析、報警設計和實施的基礎上投入使用，并按照各項報警管理規(guī)程執(zhí)行、持續(xù)改進報警管理水平的階段。為更好實施AAS，須設置合理的管理機構(gòu)和明確的職責分工。

2) 維護。AAS投用后，須持續(xù)進行維護工作，如報警系統(tǒng)定期測試、報警設備維修等，以保證AAS正常運行。

5.6　AAS監(jiān)測與評估

1) 監(jiān)測。AAS監(jiān)測是指對報警系統(tǒng)的性能進行持續(xù)測量與監(jiān)視，并以量化指標進行匯總，AAS監(jiān)測是改進提高報警系統(tǒng)性能的基礎和重要手段。

2) 評估。在AAS評估階段須將報警系統(tǒng)的監(jiān)測指標與報警管理規(guī)定中制訂的KPI指標進行定期對比，若AAS評估后發(fā)現(xiàn)有需要改進提高的報警系統(tǒng)問題，須提出解決方案，并按照管理機構(gòu)及職責分工進行落實解決。

5.7　變更管理

為保證AAS的完整性和有效性，須建立變更管理工作流程，系統(tǒng)有效地管理報警系統(tǒng)的變更，變更管理通常經(jīng)過申請、評估、審查、批準、實施、培訓、監(jiān)督等流程。

5.8　審　查

AAS審查是在日常監(jiān)測與評估的基礎上，定期綜合評價AAS的性能及管理活動的有效性，AAS通常定期進行審查。

6　工程應用實例

某新型煤化工工程的甲醇制烯烴(MTO)裝置在總體設計階段伊始規(guī)劃實施AAS，在工程設計階段按照國際規(guī)范進行了報警歸檔與合理化分析(D&R)，AAS設計、組態(tài)和調(diào)試工作，并在施工、開車、運行階段開展了先進報警管理生命周期各階段用于改進報警系統(tǒng)的各項管理活動。

6.1　實施里程碑控制點

該裝置AAS的實施歷時近3a，主要的控制節(jié)點： 編制先進報警管理規(guī)定及功能設計規(guī)格書；AAS與DCS接口及集成測試；D&R分析；AAS設計、組態(tài)、調(diào)試、FAT；發(fā)貨至現(xiàn)場；開箱、上電、SAT、聯(lián)調(diào)、投運；裝置開車；報警性能監(jiān)測、維護、評估、變更管理。

6.2　報警合理化分析

該裝置工藝流程復雜，DCS/SIS的I/O點超過5 000點，控制系統(tǒng)規(guī)模大，報警數(shù)量多，已組態(tài)的報警數(shù)量約9 000點。在編制審查先進報警管理規(guī)定和功能設計規(guī)格書的基礎上，最終用戶、設計單位和AAS供應商的技術人員對裝置所有已組態(tài)報警進行了D&R分析工作，歷時1個月。

1) D&R分析需準備的資料包括： 管道及儀表流程圖(P&ID圖)；工藝操作手冊(SOP)；工藝設備數(shù)據(jù)表；所有報警的DCS組態(tài)數(shù)據(jù)；先進報警管理規(guī)范及功能設計規(guī)格書；HAZOP，PHA，LOPA等報告；緊急停車系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯圖及說明；報警及聯(lián)鎖設定值表；DCS HMI畫面截屏；D&R軟件。

2) 參加D&R分析工作的專業(yè)人員包括： 有豐富D&R分析經(jīng)驗的專家，經(jīng)驗豐富的操作員及工藝車間主任，熟悉工藝流程和經(jīng)濟指標的工藝工程師，儀表與控制系統(tǒng)工程師，安全、環(huán)保、設備等工程師。

D&R分析前后報警數(shù)量的對比如圖5所示。從圖5中可以得出，通過D&R分析，刪除重復的報警，將不符合報警定義的報警設置為事件記錄等，工藝報警數(shù)量減少了37.6%，儀表及控制系統(tǒng)報警數(shù)量減少了72.3%。

6.3　報警分組設置

該裝置操作運行分為反應、急冷、熱工、壓縮、分離5個崗位，根據(jù)裝置設置及崗位要求，報警分組分為甲醇轉(zhuǎn)化操作崗位和烯烴分離操作崗位，見表9所列。

圖5　D&R分析前后報警數(shù)量對比示意

操作崗位報警響應責任操作員提示信息甲醇轉(zhuǎn)化100單元反應再生170單元反再熱工200單元急冷700單元熱工1800單元公用工程1有毒/可燃氣體報警700單元熱工2800單元公用工程2有毒/可燃氣體報警(其他報警區(qū)域)烯烴分離300單元工藝氣壓縮及堿洗400單元冷分離500單元熱分離600單元丙烯制冷700單元熱工2800單元公用工程2有毒/可燃氣體報警700單元熱工1800單元公用工程1有毒/可燃氣體報警(其他報警區(qū)域)

6.4　報警優(yōu)先級設置

該裝置在D&R分析過程中按照報警管理規(guī)定進行了報警優(yōu)先級別的定義，對不同優(yōu)先級別的報警在控制系統(tǒng)畫面上的顯示顏色分別進行了規(guī)定，并在DCS的HMI組態(tài)中對上述顏色進行了規(guī)避，對每個優(yōu)先級別的報警設定了各自唯一的報警聲響。

6.5　多工況報警

通過D&R分析及實際運行經(jīng)驗，該裝置實施了多工況報警。

6.5.1工藝氣壓縮機正常工況/氮氣工況報警

在機組開車階段，需要對機組進行試車、置換、氣密等工作，氮氣運轉(zhuǎn)時間最長可達1周。在機組防喘振控制系統(tǒng)中設有氮氣工況模式，根據(jù)氮氣工況特點，取消流量、液位等無關的工藝報警，對壓縮機各段排出溫度、吸入壓力等報警值進行氮氣模式的設置：

1) 正常工況時，一段吸入壓力高報值100 kPa，四段排出溫度高報值94 ℃。

2) 氮氣工況時，一段吸入壓力高報值250 kPa，四段排出溫度高報值100 ℃。

機組正常運行時切換至正常工況報警狀態(tài)，設定合理的溫度、壓力、液位、流量等工藝報警值。

6.5.2干燥器吸附/再生工況報警

以烴液干燥器為例，共有A，B 2臺，1臺吸附時，另外1臺再生，吸附臺運行周期達到48 h后，切出進行再生。

1) 吸附工況報警。正常操作溫度為14～16 ℃，操作壓力3.3～3.5 MPa。設有溫度高報值18 ℃，輔助水分析儀判斷烴液中含水情況及脫乙烷塔進料溫度高報警。設壓力低報值2.8 MPa，滿足條件時物料閥門才允許打開。

2) 再生工況報警。再生過程較為復雜，分為倒出液、泄壓、冷吹、升溫、恒溫、降溫、充壓、倒入液、備用等步驟。干燥器設計有再生順控操作程序，設有全自動、半自動、手動三種控制模式。報警管理系統(tǒng)將根據(jù)工況狀態(tài)自動檢測結(jié)果，判定干燥器正處于何種工況以及哪個步驟，針對不同的工況和步驟，激活不同的報警設定值。例如，設有壓力高報值0.8 MPa，滿足條件時才允許再生氣閥門打開；設有溫度低報值0 ℃，冷吹時倒液不徹底出現(xiàn)低溫時報警等。

6.6　報警與人機畫面深度結(jié)合

6.6.1外部控制系統(tǒng)報警優(yōu)化

裝置共有3套大型機組、2套空冷島、1套除塵系統(tǒng)。為有效減少報警數(shù)量，根據(jù)實際情況對上述外部控制系統(tǒng)設置“公共報警”，當1個或多個點報警發(fā)生時，就會觸發(fā)相應的公共報警。公共報警采用彈出窗口以圖表或文字等形式對報警進行提示，便于操作員盡快確認報警并及時采取有效處置措施。

6.6.2報警響應提示信息

裝置輔操臺設有公用工程(循環(huán)水、供電)、大型機組、精餾塔等聯(lián)鎖停車報警，出現(xiàn)上述報警時，裝置出現(xiàn)全面或局部停車，需要操作員采取緊急處理措施。這些聯(lián)鎖會對公用工程、上下游裝置運行造成沖擊，并引發(fā)多個聯(lián)鎖動作，同時也是報警大面積出現(xiàn)時段。為第一時間通知操作人員停車報警并提醒應急操作事項，在DCS增加了停機報警自動彈窗提示功能，如： 當工藝氣壓縮機停機時，甲醇轉(zhuǎn)化崗位自動彈出停機報警窗口，提醒注意排低壓火炬閥門自動打開及控制反應器-再生器壓力；烯烴分離崗位自動彈出停機報警窗口，提醒注意排高壓火炬閥門自動打開及控制壓縮機吸入壓力、蒸汽管網(wǎng)波動、通知其他下游關聯(lián)裝置、調(diào)整相關工藝操作等。

6.7　報警死區(qū)及延時濾波功能應用

當測量值在報警設定值附近波動時，會產(chǎn)生大量間歇報警。為減少此類報警，對部分工藝報警設置延時濾波時間及滯環(huán)，設定死區(qū)范圍，按照流量報警值延時2 s、滯環(huán)5%；液位報警值延時2 s、滯環(huán)5%；壓力報警值延時1 s、滯環(huán)2%；溫度報警滯環(huán)1%，進行預設置，并根據(jù)各參數(shù)實際情況進行優(yōu)化調(diào)整，有效降低了間歇報警發(fā)生。

6.8　AAS投用效果監(jiān)測

該新型煤化工工程有2套MTO裝置，其中1號MTO投用了AAS，2號MTO未設AAS。經(jīng)開車及正常生產(chǎn)階段對比其報警數(shù)量，采用AAS的1號MTO報警數(shù)量大幅減少，如圖6所示。

圖6　裝置開車及正常生產(chǎn)工況下報警數(shù)量對比

從圖6可看出，開車投運之初報警數(shù)量偏高，需通過AAS進行匯總、記錄、分析和改進，不斷優(yōu)化報警設置。通過優(yōu)化工作近1個月后，報警數(shù)量進一步減少，如圖7所示。

圖7　某段時間持續(xù)優(yōu)化后報警數(shù)量對比

從圖7可看出，1號MTO通過持續(xù)監(jiān)視、檢測、分析報警性能，優(yōu)化報警設置，減少滋擾報警，報警數(shù)量由投用之初的每天數(shù)千點減少為數(shù)百點，甚至達到數(shù)十點，有效降低了報警負荷，起到了指導生產(chǎn)操作的目的，得到了最終用戶操作人員和管理人員的認可。根據(jù)EEMUA 191的標準衡量，目前1號MTO基本達到報警系統(tǒng)等級的第3等級，將來進一步實施更為先進的先進報警管理技術，達到更高的報警系統(tǒng)等級。

7　結(jié)束語

AAS是數(shù)字化工廠重要組成部分，對于提高報警響應的準確性、及時性、減少報警泛濫、減少裝置波動、提高工廠智能化水平有著重要意義。提高報警管理水平是貫穿工廠全生命周期的工作，需從工程設計階段伊始到工廠建成投產(chǎn)后都予以重視，按照先進的報警管理理念和方法，制訂報警管理規(guī)定、對報警進行合理化分析，切實開展AAS的設計、實施、監(jiān)測、評估、審查等工作，做好變更管理，持續(xù)改進報警系統(tǒng)性能。AAS具有廣闊的應用前景和現(xiàn)實意義，需要最終用戶、設計單位和供應商密切配合，扎實工作，持續(xù)改進，為大型煉油、石化和煤化工工廠的“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運行，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，提升現(xiàn)代化工廠精益管理打下良好基礎。

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