乙烯生產(chǎn)過程的DCS系統(tǒng)報警分級管理

蔡云

（中國寰球工程公司大慶石化工程有限公司，黑龍江大慶163714）

對乙烯生產(chǎn)過程出現(xiàn)的各種DCS系統(tǒng)報警進行分類、顯示和報告，可以幫助操作員實現(xiàn)有效報警管理，識別報警區(qū)域，把精力集中在操作上，正確應(yīng)對各種異常狀況；減少報警數(shù)量，可以緩解操作員的壓力，縮短操作員應(yīng)對事故的時間；提高工廠安全，降低發(fā)生嚴(yán)重環(huán)境事故的風(fēng)險；通過對各種KPI（關(guān)鍵性能指標(biāo)）的分析［1］，找到改善提高的機會；通過各種報告，鞏固和加強對報警和過程信息的分析，可以為乙烯生產(chǎn)提供更多的信息。通過統(tǒng)計梳理關(guān)鍵報警和設(shè)備故障信息，可以為事故分析、隱患整改等提供有效的資料。

1 目前乙烯生產(chǎn)DCS系統(tǒng)存在的主要報警問題

某化工廠乙烯生產(chǎn)采用日本YOKOGAWA公司CS3000系列DCS系統(tǒng)，現(xiàn)狀是報警很多，經(jīng)常出現(xiàn)報警泛濫狀況；有些關(guān)聯(lián)報警，一旦觸發(fā)報警就是幾個甚至十幾個報警同時報，有的是瞬閃報警，每次觸發(fā)只報短短幾秒鐘又恢復(fù)正常，有的陳舊報警，參數(shù)一直處于報警狀態(tài)，長時間沒有恢復(fù)正常，有的是間歇報警，一段時間內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)報警。

目前的DCS系統(tǒng)報警管理大多處于失控狀態(tài)，很多報警參數(shù)是否合理沒有專門的分析，報警優(yōu)先級沒有劃分，不管輕重緩急，所有報警都是一樣的報警提示，報警擱置沒有進行專業(yè)的管理，多工況報警沒有設(shè)置，很多報警參數(shù)與工況不符。

該化工廠2套乙烯裝置在未引入報警管理系統(tǒng)實施報警分級管理時的單個月份的DCS系統(tǒng)的報警數(shù)量統(tǒng)計見表1。

表1 未引入報警管理系統(tǒng)時DCS系統(tǒng)的報警數(shù)量統(tǒng)計

大量的異常報警如不能加以有效控制，勢必導(dǎo)致乙烯生產(chǎn)的操作工負荷過重，頻繁的報警處理不過來，只能把報警忽略掉，或者擅自把報警非法抑制，這就導(dǎo)致真正發(fā)生危險的時候，重要的報警沒有報，或者是報警提示被忽視，從而造成非常嚴(yán)重的事故［2］。

2 實施DCS系統(tǒng)報警分級管理的要求及目標(biāo)

2.1 DCS系統(tǒng)報警分級管理的指標(biāo)要求

參照工業(yè)設(shè)備和材料用戶協(xié)會（EEMUA）于1998年發(fā)布的EEMUA191關(guān)于DCS系統(tǒng)報警管理的行業(yè)指南，美國儀表自動化協(xié)會（ISA）和國際電工協(xié)會（IEC）于2009年和2014年發(fā)布的ANSI/ISA 18.2和IEC62682關(guān)于流程工業(yè)的報警系統(tǒng)管理標(biāo)準(zhǔn)中明確了典型KPI指數(shù)：（1）平均報警數(shù)量不超60個/h；（2）報警數(shù)量最大不超600個/h［3］。

2.2 DCS系統(tǒng)報警分級管理的終極目標(biāo)

DCS系統(tǒng)報警必須要引起操作人員的響應(yīng)動作；不需響應(yīng)的均不需要；報警分級管理解決的問題包括報警泛濫、報警設(shè)置管理失控、操作員負荷過重，錯過重要報警，導(dǎo)致非計劃停工［4］。

管理手段：報警統(tǒng)計分析（發(fā)現(xiàn)不合理報警）、報警歸并（減少關(guān)聯(lián)報警、重復(fù)報警）、報警擱置、多工況報警、報警審計（發(fā)現(xiàn)不合理的報警修改）。

3 DCS系統(tǒng)報警分級管理需要重點推進工作

（1）制訂、修改和完善DCS系統(tǒng)報警分級管理系統(tǒng)規(guī)范；（2）收集報警數(shù)據(jù)并評估控制系統(tǒng)的報警性能；（3）篩查不合理的報警組態(tài)和參數(shù)設(shè)置并制定出消除措施；（4）報警歸檔與合理化分析（D&R）；（5）報警分級管理系統(tǒng)實施報警審查和報警強制；（6）報警分級管理系統(tǒng)進行實時報警管理；（7）報警分級管理系統(tǒng)的變更管理與維護。

3.1 前期準(zhǔn)備

組織編制各類報警設(shè)置、報警響應(yīng)、管理、維護等管理內(nèi)容與要求。（1）報警是指在生產(chǎn)過程中工藝偏離、設(shè)備故障或其它異常狀態(tài)下，通過視、聽感官形式或其它消息形式通知相關(guān)人員進行關(guān)注或響應(yīng)的信息；（2）過程報警是指（壓力、流量、液位、溫度等）工藝參數(shù)超出裝置工藝包設(shè)計要求導(dǎo)致的報警；裝置運行過程中（振動、位移、溫度、壓力等）轉(zhuǎn)動設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)超出設(shè)備良好運行狀態(tài)指標(biāo)范圍導(dǎo)致的報警；環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)等超出有關(guān)條文規(guī)定范圍導(dǎo)致的報警；（3）安全報警是指有毒氣體、可燃氣體、煙霧感測器、火焰檢測器等安全儀表的報警；（4）維護報警是指裝置儀表故障等原因?qū)е碌膱缶?；?）系統(tǒng)報警是指DCS系統(tǒng)出現(xiàn)的通訊錯誤以及系統(tǒng)軟、硬件故障等導(dǎo)致的報警；（6）提示性報警是指不會立即導(dǎo)致產(chǎn)品中斷、設(shè)備損壞、安全環(huán)保等事故的報警，只用來提醒操作人員進行參數(shù)調(diào)整；（7）預(yù)設(shè)報警值是指DCS系統(tǒng)的模擬變量超出某個變化范圍的報警；（8）報警泛濫是指報警率高，操作人員無法處理的情況。

3.2 報警分級

為實施乙烯生產(chǎn)DCS系統(tǒng)報警分級管理，避免工藝操作人員因報警泛濫無法及時進行工藝操作調(diào)整，按報警后果和響應(yīng)時間，將乙烯生產(chǎn)DCS系統(tǒng)報警分為3級，見表2。

表2 DCS系統(tǒng)報警分級方法

1級報警是指嚴(yán)重事件報警，會影響裝置的正常運行，一旦報警出現(xiàn)，相關(guān)責(zé)任人員需立即采取應(yīng)急處置措施。如不及時處置，將會造成嚴(yán)重后果。這些報警可觸發(fā)的事件諸如：封閉區(qū)域的火災(zāi)、可燃有毒氣體報警、一級聯(lián)鎖保護報警等等。

2級報警是指重要事件報警。裝置正常運行時發(fā)生某些重要變化，同樣需要相關(guān)人員進行重點關(guān)注甚至采取必要的措施。如不能及時進行關(guān)注，有可能觸發(fā)2、3級聯(lián)鎖保護動作、引起重大設(shè)備損壞、環(huán)保指標(biāo)超標(biāo)報警等。

3級報警是指一般提示性報警。報警發(fā)生后，如果一直未確認或處理，也會對裝置正常運行產(chǎn)生一定影響。這些報警可觸發(fā)的事件諸如過濾器壓差高等工藝條件超出正常操作范圍的報警。

工藝、設(shè)備管理部門應(yīng)綜合考慮裝置實際，組織對所有報警進行科學(xué)、合理、明確的等級劃分，編制裝置報警臺賬。臺賬的內(nèi)容應(yīng)包括儀表位號、儀表名稱、預(yù)設(shè)報警值及報警級別［5］。

3.3 報警顯示

為使報警更利于監(jiān)控和識別，采取字體顏色及報警聲音將DCS系統(tǒng)給級別報警進行區(qū)分，每級報警采用唯一的字體顏色和唯一的報警聲音，各級報警顏色和聲音設(shè)置見表3。

表3 各級報警顏色和聲音設(shè)置

在報警信息未被確認前，報警信息會在DCS系統(tǒng)報警欄中一直閃爍，并發(fā)出相應(yīng)的報警聲音；經(jīng)過確認后，閃爍停止，同時，報警聲音消失。

3.4 預(yù)設(shè)報警值的設(shè)定

觸發(fā)聯(lián)鎖保護的DCS系統(tǒng)報警值應(yīng)依據(jù)工藝操作原理或經(jīng)審批后的變更文件進行設(shè)定；安全報警的預(yù)設(shè)報警值應(yīng)根據(jù)相關(guān)安全要求設(shè)定；提示性報警的預(yù)設(shè)報警值根據(jù)裝置運行需求設(shè)定。各級各類報警的預(yù)設(shè)報警值應(yīng)隨裝置操作規(guī)程、工藝卡片、內(nèi)控指標(biāo)等的修訂而進行動態(tài)修訂。

3.5 報警響應(yīng)

DCS系統(tǒng)報警信息一經(jīng)產(chǎn)生，操作人員應(yīng)快速識別、確認并采取必要調(diào)整措施。無法確認、處理的，應(yīng)立即通知班長、管理或技術(shù)人員及時處理。

4 DCS系統(tǒng)報警分級管理的實施方法

當(dāng)DCS系統(tǒng)1、2級異常報警時，操作員應(yīng)及時登記，與班長對報警原因進行初步分析，并采取處理措施；技術(shù)員下班前應(yīng)對當(dāng)日異常報警內(nèi)容、報警原因分析及處理措施進行審查、答復(fù)；生產(chǎn)主任下班前應(yīng)對異常報警登記表內(nèi)容進行審核。

車間應(yīng)指定專人統(tǒng)計、匯總當(dāng)日發(fā)生的1、2級異常報警及其原因分析、處理措施，跟蹤異常報警問題的閉環(huán)管理情況。2級以下異常報警由車間掌握；1級異常報警必須向分廠調(diào)度室匯報；特別是對裝置安全生產(chǎn)影響較大的異常DCS報警應(yīng)及時上報有關(guān)部門，再由有關(guān)部門及時組織進行專項分析、處理。異常報警管理流程見圖1。

圖1 異常報警管理流程

5 報警分級管理實施及效果評估

該廠2套乙烯生產(chǎn)的DCS報警分級管理利用YOKOGAWA報警報告和分析（Exaquantum/ARA）軟件來獲取警報和事件消息并處理來自ICSS的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲在單個數(shù)據(jù)庫中，通過web頁面來顯示和分析數(shù)據(jù)。Exaquantum/ARA作為ICSS的1個組成部分，獨立于連接的系統(tǒng)(如DCS、SIS、FGS等)運行。Exaquantum使用DCOM與進程層進行通信。業(yè)務(wù)IT需求指定是否允許從業(yè)務(wù)級連接到連接到流程級的系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。

圖2 DCS報警系統(tǒng)架構(gòu)

通過對1、2級報警狀況進行分析，按照報警情況及發(fā)生原因類型可以歸納為4類。（1）工藝操作問題，如工藝參數(shù)調(diào)整偏離報警設(shè)置值、工藝波動造成的報警等；（2）設(shè)備故障，如密封油壓力低、機組振動導(dǎo)致的報警；（3）儀表問題，如變送器故障、SIS通訊造成的信號失效等；（4）報警值設(shè)置問題，如報警優(yōu)先級、上下限設(shè)置不當(dāng)造成的報警等。

結(jié)合DCS系統(tǒng)報警分級管理的指標(biāo)要求和分級管理方法，報警核心管理人員應(yīng)與儀表相關(guān)技術(shù)人員對ARA報警管理系統(tǒng)內(nèi)報警日報表中的TOP10報警組織進行分析，識別出報警相關(guān)的位號以及占總報警的比例，對排名靠前的優(yōu)先解決，對于無法立即解決的，先按變更管理原則進行抑制，直至該報警得到解決。技術(shù)人員負責(zé)組織分析DCS系統(tǒng)頻繁報警發(fā)生的原因，由于報警參數(shù)設(shè)置不當(dāng)造成的可通過上下限和優(yōu)先級優(yōu)化設(shè)置或調(diào)整報警延時、死區(qū)設(shè)置進行解決。

自2020年1月利用橫河ARA報警管理系統(tǒng)開展報警分級管理優(yōu)化后，2套乙烯裝置的報警典型KPI指數(shù)得到了優(yōu)化。至2020年7月，月報警總數(shù)量由58萬多個（約800個/h）降至15萬多個（約200個/h），降幅達74%，ARA報警管理系統(tǒng)投用成效顯著。而且，該ARA報警管理系統(tǒng)仍在持續(xù)優(yōu)化中。

6 結(jié)論

引入ARA報警管理系統(tǒng)實施乙烯生產(chǎn)DCS系統(tǒng)報警分級管理，對各種報警進行分類，顯示和報告，可實現(xiàn)有效報警管理和識別報警區(qū)域：減少報警數(shù)量，可緩解操作員壓力，縮短應(yīng)對事故的時間；提高工廠安全，降低發(fā)生嚴(yán)重環(huán)境事故的風(fēng)險；通過對各種報警信息KPI（關(guān)鍵性能指標(biāo)）的分析，采取相應(yīng)手段，找到改善機會；通過各種報告，加強對報警和過程信息分析，為生產(chǎn)提供信息；通過統(tǒng)計梳理關(guān)鍵報警和設(shè)備故障信息，為事故分析、隱患整改等提供有效的資料。