煉油裝置報警優(yōu)化治理

王志芳 謝文奮 李大寶

（中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化公司信息網(wǎng)絡(luò)公司）

隨著石油化工裝置不斷向大型化和復(fù)雜化發(fā)展，以及操作人員的減少，每個操作人員監(jiān)控區(qū)域的范圍相應(yīng)擴大，每個崗位所需處理的報警也隨之增多。 DCS 報警關(guān)系著生產(chǎn)裝置運行管控能力和自控水平，直接影響到裝置安全平穩(wěn)運行及產(chǎn)品質(zhì)量、收率和經(jīng)濟效益提升。 因此，開展裝置報警治理和優(yōu)化，有效進行報警管理，已成為煉化企業(yè)的迫切需求。 對不同生產(chǎn)工況下的報警信息進行整理、分析與優(yōu)化，消除無效報警，可以減輕操作人員的勞動負荷，提高生產(chǎn)操作的安全性［1］。筆者以某煉油廠為背景，開展報警管理優(yōu)化方案設(shè)計工作， 分析報警管理日常工作的重點，通過實施幾種報警優(yōu)化管理方案，減少了報警泛濫問題帶來的影響。

1 報警優(yōu)化管理理念

Britain’s Health ＆ Safety Executive、ASM（Arizona，USA）兩個權(quán)威組織，以及工程設(shè)備和材料用戶協(xié)會（EEMVA）于1999 年制定了標準191《報警管理指導(dǎo)性原則》，是報警系統(tǒng)評價、設(shè)計和管理的國際權(quán)威標準，目前該標準已被國際上大多數(shù)企業(yè)（如美孚、殼牌及巴斯夫等）接受并成功應(yīng)用。 好的報警系統(tǒng)能持續(xù)有效地幫助操作人員在正確的時間采取正確的行動，報警系統(tǒng)典型的KPI 指標見表1 （每個操作崗位給出至少30 d的數(shù)據(jù)）。 其中報警泛濫，即報警系統(tǒng)產(chǎn)生的報警數(shù)量超出操作人員的有效處理能力，如10 min 發(fā)出超過10 次報警；間歇報警，即某工藝變量短時間內(nèi)在正常和報警狀態(tài)之間頻繁切換，如每分鐘發(fā)出3 次及以上的報警；瞬閃報警，即某報警報出后在極短的時間內(nèi)又恢復(fù)正常， 如1 s 內(nèi)恢復(fù)正常狀態(tài)的報警；陳舊報警，即報警狀態(tài)長時間得不到解除的報警，如超過24 h 仍未解除報警狀態(tài)的報警。

表1 報警系統(tǒng)KPI 指標

（續(xù)表1）

根據(jù)EEMUA 191—2013 《Alarm Systems A Guide to Design，Management and Procurement》所評估的平均報警率基準見表2。

表2 平均報警率基準

2 報警優(yōu)化管理措施

統(tǒng)計某煉油廠10 套裝置1 月份總報警218 153 次，每人每崗報警207 次，超出穩(wěn)定操作情況下每天可接受的150 次報警數(shù)量。 根據(jù)生產(chǎn)裝置的實際情況， 結(jié)合各裝置生產(chǎn)運行調(diào)整、轉(zhuǎn)產(chǎn)及設(shè)備切換等操作，以及不同工況下的過程參數(shù)控制指標進行分析，識別出報警相關(guān)的位號及其占總報警數(shù)的比例情況，一般前十位報警占報警總數(shù)的60%左右［2］，對前十位報警的原因分析和優(yōu)化措施制定主要分為以下6 種情況：

a. 現(xiàn)場機組等設(shè)備在未使用時發(fā)出的無效報警和報警泛濫問題，可采用報警抑制技術(shù)予以解決， 根據(jù)檢測特征量變化在DCS 中進行組態(tài)，自動啟用報警抑制功能。

b. 儀表、設(shè)備故障或儀表檢維修過程中發(fā)出的無效報警，可在DCS 中手動切換來屏蔽報警信息，維修正常后重新投用報警。

c. 儀表測量歸零或滿量程引起報警（如橫河CENTUMM VP 系統(tǒng)中的IOP 和IOP-， 浙江中控ECS700 系統(tǒng)中的ERR）。 涉及儀表原因，如儀表測量接觸不良、零漂引起報警，可采用儀表校驗與及時維護的辦法予以解決； 涉及工藝生產(chǎn)操作，可配合屬地車間調(diào)整操作或執(zhí)行報警屏蔽手段來抑制報警。 正常生產(chǎn)情況下，儀表指示恢復(fù)時再次出現(xiàn)的報警則重新計入報警。

d. 儀表測量噪聲引起頻繁報警（如高頻瞬閃報警），可及時對測量干擾源進行排查，或?qū)x表測量回路現(xiàn)場添加阻尼或?qū)M態(tài)添加濾波予以解決。

e. 對于聚合裝置PDS 閥門、 制氫裝置PSA程控閥等兩位式閥門頻繁出現(xiàn)的ANS+、ANS-閥門未到位報警，可根據(jù)閥門實際開關(guān)時間，修改閥門到位檢測時間來避免無效報警頻繁產(chǎn)生。

f. 部分位號報警裕度設(shè)置不合理， 如橫河DCS 報警裕度默認為工位量程的2%， 對于某些測量范圍較大的監(jiān)測儀表會引起報警恢復(fù)滯后，對于測量范圍較小的監(jiān)測儀表則會導(dǎo)致工位號長時間反復(fù)報警的情況，此類問題可根據(jù)監(jiān)測儀表量程評估設(shè)置合適的報警裕度，避免無效報警發(fā)出［3］。

2.1 動態(tài)報警抑制技術(shù)

針對主、備機切換或牌號切換導(dǎo)致的報警泛濫問題，通過檢測特征量變化判斷設(shè)備是否處于停用狀態(tài)， 自動調(diào)用抑制功能實現(xiàn)動態(tài)報警抑制。

系統(tǒng)具體實現(xiàn)技術(shù)是，程序自動根據(jù)某類設(shè)備或器件的狀態(tài)（啟用/停用），判斷對應(yīng)儀表報警是否有效或需要進行聲光提示，如某催化裂化裝置小型加料器加料期間，間接造成脫硫脫硝裝置一系列NOx測量儀表報警，小型加料器平均每小時進行一次加料，每次產(chǎn)生自擾報警10 余次，每天累積自擾報警240 余次。 為此，根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，通過設(shè)定觸發(fā)條件，當加料開始時觸發(fā)報警抑制管理功能， 將相應(yīng)位號自動切換至AOF（報警屏蔽狀態(tài)）狀態(tài)，待加料時間滿足后，將相應(yīng)位號報警屏蔽功能取消。 采用該技術(shù)可解決大量由于無效報警導(dǎo)致的報警“洪水”問題，該功能在橫河CENTUM VP 系統(tǒng)中的程序代碼如下：

WHILE(1)

IF(SYSJ.PV＜=1 AND DQZL.PV＞=105)THEN ！ 如果出料剩余時間不超過1 min 且當前重量不小于105 kg

AI5105.AOFS="AOF" ！ 自動調(diào)整報警至屏蔽狀態(tài)

FC5102.AOFS="AOF" ！ 自動調(diào)整報警至屏蔽狀態(tài)

NO2IN.AOFS="AOF" ！ 自動調(diào)整報警至屏蔽狀態(tài)

NO2OUT.AOFS="AOF" ！ 自動調(diào)整報警至屏蔽狀態(tài)

DELAY 540000 ！ 延時9 min

AI5105.AOFS="AON" ！ 自動恢復(fù)報警屏蔽

FC5102.AOFS="AON" ！ 自動恢復(fù)報警屏蔽

NO2IN.AOFS="AON" ！ 自動恢復(fù)報警屏蔽

NO2OUT.AOFS="AOF" ！ 自動恢復(fù)報警屏蔽

END IF

WEND

由圖1 所示的小型加料器時間自動抑制和恢復(fù)報警記錄可以看出，實際執(zhí)行過程中，小型加料器平均每小時進行一次加料，每次自動將相關(guān)儀表位號報警置于屏蔽狀態(tài)，待加料結(jié)束后再自動恢復(fù)報警，減少誤報警的產(chǎn)生，提高操作監(jiān)控效率。

圖1 小型加料器時間自動抑制和恢復(fù)報警記錄

2.2 報警優(yōu)化合并

根據(jù)關(guān)鍵測量部位對可靠性和可用性的要求，部分部位設(shè)置多塊測量儀表，雖然能夠保證安全， 但是會在達到報警限時觸發(fā)多次重復(fù)報警，長期運行會產(chǎn)生無效滋擾報警。 某煉油廠罐區(qū)流速報警采用儲罐液位除以時間累計數(shù)值的計算方式，現(xiàn)場儲罐液位計采用光導(dǎo)液位計和雷達液位計同時進行液位測量的方式。 為減少無效報警并保證報警的準確性，通過組態(tài)將儲罐流速計算由雷達液位計和光導(dǎo)液位二取二實現(xiàn)，同時增加儲罐液位報警判斷開關(guān)，防止進油、發(fā)油時發(fā)出誤報警，該功能在橫河CENTUM VP 系統(tǒng)中的程序代碼如下：

alias LI989 11212LI989.PV ！ 光導(dǎo)液位計指示

alias LI989B 11212LI989A-F1.PV ！ 雷達液位計指示

alias HB989 11212LIHB989.PV ！ 液位報警開關(guān)

alias HB989AS 11212ANS989.PV ！ 上升液位報警

alias HB989AX 11212ANX989.PV ！ 下降液位報警

IF（HB989==0）then ！ 下降液位報警

P01=LI989 ！ 儲罐液位報警判斷開關(guān)關(guān)閉

P03=LI989B

END IF

IF（HB989==1)THEN ！ 儲罐液位報警判斷開關(guān)開啟

P02=P01-LI989

P04=P03-LI989B

IF（（P02＞100.0）AND（P04＞100.0））THEN ！兩臺液位計同時變化后儲罐液位上升報警為真

HB989AX=1

ELSE

HB989AX=0

END IF

IF（（P02＜-100.0）AND（P04＜-100.0））THEN ！ 兩臺液位計同時變化后儲罐液位下降報警為真

HB989AS=1

ELSE

HB989AS=0

END IF

END IF

2.3 合理進行高頻瞬閃報警優(yōu)化

對于部分因設(shè)備和生產(chǎn)原因造成的高頻瞬閃報警，通過對測量干擾源進行排查或?qū)x表測量回路現(xiàn)場添加阻尼或組態(tài)增加濾波，實現(xiàn)報警信息屏蔽。 如罐區(qū)光導(dǎo)液位計使用年限超20 年，測量過程中存在毛刺波現(xiàn)象，容易造成偏差報警誤報，為減少報警次數(shù)，可以通過增加一階濾波功能實現(xiàn)過濾毛刺波的功能。 一階滯后運算器（LAG）的工作原理如圖2 所示。

圖2 一階滯后運算器工作原理

為實現(xiàn)對信號濾波和過程的動態(tài)特性進行補償，一階滯后運算器的濾波計算式為：

其中，CPV為計算輸出值；GAIN為增益，帶符號，含小數(shù)點位數(shù)最大7 位，默認1.00；I為一階滯后時間設(shè)定值，0.1～10 000.0， 默認值1， 單位s；RV 為原測量信號；S為拉普拉斯運算符；Ti為一次滯后時間，Ti的值為一階滯后時間設(shè)定值與掃描周期之差。

一階滯后運算器的步應(yīng)答工作曲線如圖3所示，可以實現(xiàn)對尖銳信號的過濾作用。 同時為了保證增加濾波信息后光導(dǎo)液位計指示正常，系統(tǒng)中增加計算塊判斷程序，根據(jù)儲罐罐容計算單位時間內(nèi)液位的最大變化量，對比濾波前后液位差值并輸出，確保顯示正常液位數(shù)值。

圖3 一階滯后運算器的步應(yīng)答動作

圖4 為北罐區(qū)903#儲罐液位（藍色曲線）增加濾波后的液位指示，可以看出，瞬閃報警和無效報警已濾除，液位監(jiān)測效果較好；其余曲線未采取濾波措施，存在較多毛刺，即產(chǎn)生較多誤報警信息。

圖4 濾波前、后罐區(qū)液位曲線對比

報警濾波的應(yīng)用解決了儲罐液位瞬閃虛假報警、 循環(huán)水泵頻繁啟停造成電流超限報警、往復(fù)壓縮機振動受電磁干擾跳變報警等眾多類似問題，應(yīng)用效果良好。

1～10 月份報警次數(shù)統(tǒng)計如圖5 所示。經(jīng)過上述報警治理和優(yōu)化措施實施，統(tǒng)計某煉油廠10月份報警統(tǒng)計次數(shù)為39 731 次，整體報警降低了81.8%，各裝置崗位平均報警30.53 次，已經(jīng)滿足現(xiàn)場報警次數(shù)實現(xiàn)每天報警數(shù)量不超過150～300個（一個主操（內(nèi)操）崗位）的要求。

圖5 某煉油廠1～10 月報警次數(shù)統(tǒng)計

3 結(jié)束語

筆者根據(jù)煉化裝置的生產(chǎn)特點，設(shè)計了涵蓋動態(tài)報警抑制技術(shù)、多參數(shù)報警優(yōu)化合并及高頻瞬閃報警優(yōu)化等的多種報警優(yōu)化方案，針對性地對前十位報警、 頻繁報警和報警泛濫進行優(yōu)化，彌補了裝置報警的不足，現(xiàn)場運行和推廣應(yīng)用效果良好。