煉化過(guò)程工藝報(bào)警管理研究

李傳坤

(中國(guó)石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266104)

0 前言

“管安全就是管風(fēng)險(xiǎn)，管風(fēng)險(xiǎn)就要關(guān)注異常”[1]。有效的分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System, DCS)報(bào)警是發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程異常工況，排除事故隱患的重要手段。

國(guó)際上對(duì)報(bào)警系統(tǒng)的評(píng)估廣泛采用EEMUA191[2]及ISA18.2[3]評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：保持操作者有效處理的報(bào)警頻率為每10 min 1次報(bào)警，即每小時(shí)6個(gè)報(bào)警；操作員可處理的最大報(bào)警頻率為每5 min 1次報(bào)警，即每小時(shí)12個(gè)報(bào)警。根據(jù)對(duì)多個(gè)大型石化企業(yè)煉化裝置報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警數(shù)量的調(diào)研，管理水平相差較大，每小時(shí)報(bào)警數(shù)目大多在20～1 000個(gè)，遠(yuǎn)超報(bào)警管理國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的建議水平。

國(guó)內(nèi)對(duì)工藝報(bào)警的研究主要集中在報(bào)警統(tǒng)計(jì)軟件的應(yīng)用[4,5]和報(bào)警閾值[6-8]的優(yōu)化等方面，系統(tǒng)化、體系化的報(bào)警管理方法鮮有研究。報(bào)警管理方法的缺乏，往往會(huì)造成報(bào)警數(shù)量反彈。因此，從減少裝置的工藝報(bào)警數(shù)量、提高報(bào)警系統(tǒng)的效率入手，在EEMUA191、ISA18.2等報(bào)警管理國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合大型石化企業(yè)工藝技術(shù)管理實(shí)際，以體系化的思維探索建立了一套工藝報(bào)警管理辦法和相關(guān)軟件工具，并在某大型煉化企業(yè)進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。

1 煉化過(guò)程工藝報(bào)警管理主要內(nèi)容

過(guò)多報(bào)警的產(chǎn)生，與企業(yè)的工藝管理水平和所使用的分析工具緊密相關(guān)。因此，對(duì)于工藝報(bào)警的管理，一方面，建立管理制度，規(guī)范工藝報(bào)警管理過(guò)程；另一方面，建立工藝報(bào)警管理軟件系統(tǒng)，以軟件工具完善管理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)管理的規(guī)范化與精細(xì)化。

1.1 報(bào)警管理制度

在企業(yè)建立報(bào)警管理制度(辦法)，明確各部門報(bào)警管理的職責(zé)與分工，報(bào)警參數(shù)、報(bào)警優(yōu)先級(jí)及報(bào)警值的設(shè)置原則，以及在報(bào)警處置、報(bào)警考核等方面的要求，有助于從管理層面解決各部門在面對(duì)工藝報(bào)警問(wèn)題時(shí)責(zé)任不清、互相推諉的問(wèn)題，同時(shí)可以明確和統(tǒng)一具體的工作方法。

1.2 報(bào)警管理工具

企業(yè)工藝報(bào)警管理的混亂，很大一項(xiàng)原因是缺乏一套科學(xué)合理的分析工具，部分企業(yè)甚至靠人工統(tǒng)計(jì)報(bào)警情況，誤差極大。此外，部分企業(yè)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為對(duì)象統(tǒng)計(jì)報(bào)警情況，遺漏了大量重復(fù)報(bào)警、滋擾報(bào)警。因此，有必要在企業(yè)建立規(guī)范的報(bào)警管理軟件系統(tǒng)，以DCS中的報(bào)警原始記錄為對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并具備報(bào)警性能評(píng)估與診斷優(yōu)化等基本功能。

2 工藝報(bào)警管理方法

2.1 工藝報(bào)警責(zé)任部門

為了有效管理工藝報(bào)警，首先應(yīng)該明確相關(guān)的責(zé)任部門和各自的分工。工藝報(bào)警的主要相關(guān)部門及其任務(wù)分工如下。

a)企業(yè)工藝技術(shù)管理部門。負(fù)責(zé)企業(yè)工藝報(bào)警的歸口管理，制定和完善企業(yè)的工藝報(bào)警管理制度，并監(jiān)督、檢查制度執(zhí)行情況。負(fù)責(zé)緊急報(bào)警參數(shù)變更的審批。負(fù)責(zé)組織對(duì)企業(yè)各裝置工藝參數(shù)報(bào)警情況統(tǒng)計(jì)、分析與考核。

b)企業(yè)運(yùn)行部(車間)。負(fù)責(zé)企業(yè)生產(chǎn)裝置工藝報(bào)警的日常管理、檢查和考核。負(fù)責(zé)企業(yè)工藝報(bào)警變更(包括報(bào)警新增、取消、報(bào)警值的改變、報(bào)警分級(jí)調(diào)整、報(bào)警屏蔽)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及申請(qǐng)。負(fù)責(zé)企業(yè)重要報(bào)警和一般報(bào)警參數(shù)變更的審批。負(fù)責(zé)建立企業(yè)緊急報(bào)警處置應(yīng)急預(yù)案，并定期組織培訓(xùn)。負(fù)責(zé)定期對(duì)工藝報(bào)警情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，制定相應(yīng)的整改措施并落實(shí)。

c)企業(yè)設(shè)備管理部門(機(jī)動(dòng)部/儀表中心)。負(fù)責(zé)工藝報(bào)警變更等在DCS系統(tǒng)上的組態(tài)實(shí)施。負(fù)責(zé)報(bào)警系統(tǒng)的維護(hù)管理，協(xié)助工藝、操作人員診斷和解決故障，重點(diǎn)消除由于儀表或控制系統(tǒng)自身原因造成的報(bào)警。

2.2 工藝報(bào)警設(shè)置

工藝報(bào)警的設(shè)置主要包括報(bào)警參數(shù)的選擇，以及各報(bào)警參數(shù)的報(bào)警優(yōu)先級(jí)和報(bào)警值的設(shè)定。

2.2.1報(bào)警參數(shù)選擇

應(yīng)根據(jù)過(guò)程危險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)分析、工藝及設(shè)備的安全要求、環(huán)境監(jiān)管要求以及產(chǎn)品質(zhì)量要求等因素，全面識(shí)別和評(píng)估可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，確定需要設(shè)置報(bào)警的參數(shù)。

基于上述原則，應(yīng)設(shè)置報(bào)警的參數(shù)包括但不限于：①帶聯(lián)鎖的參數(shù)；②工藝卡片參數(shù)；③環(huán)保監(jiān)測(cè)參數(shù)；④影響產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)；⑤上下游裝置運(yùn)行的參數(shù)，原料進(jìn)裝置主要參數(shù)；⑥公用工程參數(shù)；⑦影響設(shè)備安全的參數(shù)(靜設(shè)備：塔器類壓力、溫度參數(shù)；動(dòng)設(shè)備：機(jī)泵、機(jī)組安全運(yùn)行參數(shù)；加熱爐安全燃燒監(jiān)控參數(shù))。

2.2.2報(bào)警優(yōu)先級(jí)設(shè)置

基于風(fēng)險(xiǎn)管理思想，根據(jù)報(bào)警不響應(yīng)的后果等級(jí)和操作人員響應(yīng)所需的時(shí)間，將報(bào)警優(yōu)先級(jí)分為緊急、高、中、低4級(jí)，如圖1所示。

圖1 報(bào)警優(yōu)先級(jí)劃分矩陣

根據(jù)圖1中的報(bào)警風(fēng)險(xiǎn)程度，并參考EEMUA191、ISA18.2等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，按照緊急(20個(gè))、高級(jí)(5%)、中級(jí)(15%)、低級(jí)(80%)的大致比例進(jìn)行報(bào)警分級(jí)。對(duì)不同報(bào)警優(yōu)先級(jí)的報(bào)警參數(shù)，可以采取不同的管控辦法。

2.2.3報(bào)警值設(shè)置

工藝參數(shù)報(bào)警值應(yīng)根據(jù)工藝卡片指標(biāo)控制范圍和工藝包參數(shù)設(shè)計(jì)范圍，綜合考慮操作人員處置所需的響應(yīng)時(shí)間及過(guò)程變化速率等因素設(shè)置。同時(shí)，報(bào)警值的設(shè)置應(yīng)符合以下要求：①在正常的過(guò)程波動(dòng)和信號(hào)噪聲中沒(méi)有報(bào)警發(fā)生；②操作人員有足夠的響應(yīng)時(shí)間；③使工藝參數(shù)不超過(guò)工藝或設(shè)備的約束值，并應(yīng)考慮工藝或設(shè)備約束值的不確定性。因此，提出圖2所示的報(bào)警值設(shè)置方法。

圖2 報(bào)警值設(shè)置示意

緊急和高級(jí)報(bào)警應(yīng)設(shè)置一級(jí)報(bào)警和二級(jí)報(bào)警，中級(jí)和低級(jí)報(bào)警應(yīng)設(shè)置一級(jí)報(bào)警，并根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置二級(jí)報(bào)警。一級(jí)報(bào)警一般為工藝參數(shù)的高限或低限報(bào)警，即工藝參數(shù)超出正常操作范圍。二級(jí)報(bào)警一般為工藝參數(shù)的高高限或低低限報(bào)警，即工藝參數(shù)超出安全操作范圍。

2.3 工藝報(bào)警的檢查、統(tǒng)計(jì)和分析

a)企業(yè)運(yùn)行部(車間)技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合日、周、月檢對(duì)裝置DCS報(bào)警值的設(shè)置進(jìn)行檢查，以保證DCS系統(tǒng)內(nèi)的報(bào)警限值與工藝報(bào)警臺(tái)賬一致。

b)企業(yè)運(yùn)行部(車間)技術(shù)人員應(yīng)定期對(duì)報(bào)警情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在技術(shù)月報(bào)中對(duì)于持續(xù)、頻繁發(fā)生的報(bào)警及每月發(fā)生的緊急、高級(jí)和中級(jí)報(bào)警進(jìn)行分析，制定整改措施進(jìn)行整改，并反饋整改情況。

c)企業(yè)工藝技術(shù)管理部門應(yīng)定期統(tǒng)計(jì)分析各裝置報(bào)警數(shù)據(jù)，根據(jù)報(bào)警頻率、持續(xù)時(shí)間等指標(biāo)，對(duì)報(bào)警進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)報(bào)警性能KPI指標(biāo)進(jìn)行排名。

報(bào)警的統(tǒng)計(jì)和評(píng)估應(yīng)以DCS系統(tǒng)中的報(bào)警日志為對(duì)象，時(shí)間區(qū)間宜為30天。報(bào)警性能KPI指標(biāo)如表1所示。

表1 報(bào)警關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)

2.4 無(wú)效報(bào)警的消除

a)為保證報(bào)警信息與生產(chǎn)實(shí)際一致，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種無(wú)效報(bào)警應(yīng)及時(shí)消除，并由企業(yè)運(yùn)行部(車間)定期檢查，避免由此造成的報(bào)警泛濫，影響正常生產(chǎn)操作。

b)已拆除裝置(工藝單元)、暫時(shí)停用裝置(工藝單元)產(chǎn)生的無(wú)效報(bào)警，由企業(yè)運(yùn)行部(車間)進(jìn)行梳理，提交企業(yè)工藝技術(shù)管理部門審核后，由企業(yè)設(shè)備管理部門安排儀表維護(hù)單位進(jìn)行報(bào)警摘除或屏蔽。

c)因儀表故障不能立即處理而發(fā)生的頻繁報(bào)警，經(jīng)企業(yè)運(yùn)行部(車間)確認(rèn)后并通知儀表部門采取臨時(shí)報(bào)警關(guān)閉(AOF)和手動(dòng)置值(CAL)方式來(lái)臨時(shí)消除報(bào)警。

以上報(bào)警消除必須進(jìn)行存檔，執(zhí)行變更程序后方可實(shí)施。

3 工藝報(bào)警管理工具開發(fā)

筆者團(tuán)隊(duì)開發(fā)了報(bào)警性能評(píng)估與優(yōu)化軟件工具，能實(shí)時(shí)獲取裝置的報(bào)警數(shù)據(jù)(DCS的原始報(bào)警記錄)，進(jìn)而進(jìn)行報(bào)警性能評(píng)估、報(bào)警分布、報(bào)警排行、報(bào)警診斷等工作，實(shí)現(xiàn)報(bào)警的在線管理。軟件工具的主要功能如圖3所示。

圖3 報(bào)警性能評(píng)估與優(yōu)化工具主要功能

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

報(bào)警數(shù)據(jù)來(lái)源為DCS，采用OPC A&E接口從DCS讀取報(bào)警和事件數(shù)據(jù)(Alarm & Event)。

3.2 報(bào)警性能評(píng)估

以平均報(bào)警數(shù)和峰值報(bào)警數(shù)為核心，將裝置報(bào)警性能分為5個(gè)等級(jí)，以便于分類管理，如圖4所示，當(dāng)前的性能等級(jí)為“等級(jí)4”。

圖4 報(bào)警性能評(píng)估

3.3 報(bào)警統(tǒng)計(jì)

報(bào)警統(tǒng)計(jì)包括對(duì)報(bào)警泛濫現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)，以及高頻報(bào)警參數(shù)、持續(xù)報(bào)警參數(shù)、重復(fù)報(bào)警參數(shù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)排行。圖5展示了排名前10的高頻報(bào)警參數(shù)。

圖5 高頻報(bào)警參數(shù)

報(bào)警泛濫時(shí)間是指從每10 min報(bào)警次數(shù)超過(guò)10次報(bào)警起始，至每10 min報(bào)警次數(shù)低于5次為止的時(shí)間范圍，建議值為小于統(tǒng)計(jì)周期的1%。

3.4 報(bào)警診斷

為了消除各種滋擾報(bào)警，需要對(duì)各類報(bào)警進(jìn)行診斷分析。本文開發(fā)的軟件工具提供在線的診斷分析模塊，以使工藝、儀表、調(diào)度等各部門對(duì)報(bào)警參數(shù)提供綜合分析。該模塊包括報(bào)警問(wèn)題說(shuō)明、建議整改意見、建議整改部門、整改情況反饋等。

4 應(yīng)用案例

本文開發(fā)的工藝報(bào)警管理技術(shù)在某大型煉化企業(yè)的重油加氫裝置進(jìn)行了應(yīng)用。整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程如下。

4.1 報(bào)警管理制度完善

該公司的生產(chǎn)技術(shù)部牽頭，聯(lián)合該公司的工藝、機(jī)動(dòng)(儀表)、發(fā)展規(guī)劃等部門，進(jìn)行了多輪討論，形成《××企業(yè)工藝參數(shù)報(bào)警管理規(guī)定》。

4.2 報(bào)警參數(shù)篩選

對(duì)重油加氫裝置的1 354個(gè)參數(shù)進(jìn)行了梳理，解除了32個(gè)報(bào)警。發(fā)現(xiàn)了94個(gè)參數(shù)的報(bào)警值與儀表量程重合，發(fā)現(xiàn)了65個(gè)參數(shù)的一級(jí)報(bào)警與二級(jí)報(bào)警重合，以上不合理現(xiàn)象均進(jìn)行了整改。

4.3 報(bào)警優(yōu)先級(jí)劃分

對(duì)1 322個(gè)參數(shù)的報(bào)警優(yōu)先級(jí)重新進(jìn)行了劃分，優(yōu)化前后的對(duì)比情況如表2所示。優(yōu)化后的報(bào)警優(yōu)先級(jí)比例增大了“中”級(jí)報(bào)警的比例，更加符合生產(chǎn)操作的實(shí)際情況。

表2 報(bào)警優(yōu)先級(jí)優(yōu)化前后對(duì)比 %

4.4 報(bào)警性能評(píng)估與優(yōu)化

通過(guò)報(bào)警性能評(píng)估與優(yōu)化軟件，進(jìn)行裝置報(bào)警的統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)報(bào)警泛濫現(xiàn)象，以及高頻報(bào)警參數(shù)、持續(xù)報(bào)警參數(shù)、重復(fù)報(bào)警參數(shù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)排行，并逐個(gè)進(jìn)行原因分析，以消除滋擾報(bào)警。主要的報(bào)警類型及原因分析如表3所示。

表3 滋擾報(bào)警分類及原因分析

經(jīng)過(guò)4輪的報(bào)警優(yōu)化，以及管理措施的執(zhí)行，該重油加氫裝置的報(bào)警數(shù)量大幅下降，如表4所示。但是，10 min峰值報(bào)警數(shù)由于極其容易受到短時(shí)異常波動(dòng)的影響，數(shù)量依舊較高，需進(jìn)一步優(yōu)化。

表4 重油加氫裝置歷次報(bào)警優(yōu)化結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究一種工藝報(bào)警管理方法，以制度和軟件工具的方式，使傳統(tǒng)基于經(jīng)驗(yàn)的報(bào)警管理方式向系統(tǒng)化、規(guī)范化的方式轉(zhuǎn)變，為石油化工企業(yè)的工藝報(bào)警管理方式轉(zhuǎn)變提供有益參考。