國產(chǎn)隔膜壓力表系統(tǒng)在聚酯裝置中的應(yīng)用

摘要：根據(jù)guojia安全監(jiān)管總局相關(guān)文件，聚酯生產(chǎn)工藝被列為shou批重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)工藝之一。通過對(duì)在役聚酯裝置開展危險(xiǎn)與可操作性分析（ＨＡＺＯＰ）工作，在原有ＤＣＳ之外增設(shè)好立的隔膜壓力表系統(tǒng)，ＳＩＳ采用國內(nèi)shou套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，介紹了系統(tǒng)的組成及系統(tǒng)架構(gòu)、軟件組成、工作原理等，開創(chuàng)了不停車實(shí)施安裝的先例，具有示范作用。

根據(jù)原中國guojia安全監(jiān)管總局２００９年下發(fā)的１１６號(hào)文件“guojia安全監(jiān)管總局關(guān)于公布shou批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄的通知”，聚酯生產(chǎn)工藝被列為shou批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝之一。根據(jù)原guojia安監(jiān)總局２０１４年下發(fā)的１１６號(hào)文件“guojia安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工隔膜壓力表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見”，為了加強(qiáng)化工隔膜壓力表系統(tǒng)（ＳＩＳ）管理，某單位在役聚酯裝置增設(shè)好立于ＤＣＳ的ＳＩＳ，在原有的安全聯(lián)鎖功能基礎(chǔ)上，為風(fēng)險(xiǎn)較高的工藝過程增設(shè)監(jiān)測和聯(lián)鎖保護(hù)，在好立的ＳＩＳ中完成。該系統(tǒng)可大幅降低裝置發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)和后果的嚴(yán)重程度，使裝置得到更好的安全聯(lián)鎖保護(hù)［１］，并使裝置達(dá)到guojia對(duì)危險(xiǎn)化工工藝監(jiān)管的相關(guān)規(guī)定要求。針對(duì)聚酯裝置中風(fēng)險(xiǎn)較高的工藝流程，安裝新的測量隔膜壓力表，將信號(hào)送入ＳＩＳ進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)在原有聯(lián)鎖回路氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣路中增加電磁閥，并將電磁閥接入ＳＩＳ，當(dāng)工藝參數(shù)達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，如ＤＣＳ聯(lián)鎖回路失效，此時(shí)ＳＩＳ聯(lián)鎖電磁閥關(guān)閉，從而切斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)切換到故障安全狀態(tài)，#終讓工藝參數(shù)回歸到安全狀態(tài)。以乙二醇蒸發(fā)器為例，使用液相高溫導(dǎo)熱油氫化三聯(lián)苯加熱乙二醇使其氣化，該過程存在溫度聯(lián)鎖回路失效時(shí)導(dǎo)致蒸發(fā)器超壓的安全風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)目在乙二醇蒸發(fā)器上增設(shè)了壓力變送器，在現(xiàn)有的溫度控制閥的定位器和模頭之間增設(shè)電磁閥，當(dāng)設(shè)備壓力高高報(bào)警時(shí)通過ＳＩＳ聯(lián)鎖電磁閥關(guān)閉對(duì)應(yīng)的一次溫度控制閥。

１　國產(chǎn)ＳＩＳ簡介

１．１　概　述

ＨｉａＧｕａｒｄ是和利時(shí)集團(tuán)公司針對(duì)流程工業(yè)而開發(fā)的隔膜壓力表系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過了Ｔ�aＶＲｈｅｉｎｌａｎｄ�。桑睿洌酰螅簦颍椋濉。樱澹颍觯椋悖濉。牵恚猓日J(rèn)證［２］，滿足ＩＥＣ６１５０８［３］／ＩＥＣ　６１５１１［４］中定義的ＳＣ３系統(tǒng)能力等級(jí)和ＳＩＬ３安全完整性等級(jí)［５］要求。對(duì)照ＩＥＣ�。叮保担埃福�ＩＥＣ�。叮保担保保�ＩＥＣ　５０１５６－１中要求，ＨｉａＧｕａｒｄ系統(tǒng)可用于要求安全完整性等級(jí)不高于ＳＩＬ３的安全相關(guān)應(yīng)用。

１．２　系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由工程師站、操作員站、系統(tǒng)歷史站、通信控制器及網(wǎng)絡(luò)等組成，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)安全功能，能確保好立單元或裝置具有一定的安全度。每個(gè)采集站內(nèi)的主控模塊和各Ｉ／Ｏ模塊通過控制網(wǎng)絡(luò)連接，各控制站、歷史站、通信模塊、工程師站和操作員站等通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)成完整的隔膜壓力表系統(tǒng)。ＨｉａＧｕａｒｄ系統(tǒng)架構(gòu)如圖１所示，系統(tǒng)安全回路數(shù)據(jù)流［６－８］如圖２所示。

１．３　系統(tǒng)特點(diǎn)

綜合ＨｉａＧｕａｒｄ系統(tǒng)原理、技術(shù)性能及安全性等，其特點(diǎn)［

９］如下：

１）完全自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

２）安全相關(guān)部分和非安全相關(guān)部分采用物理隔離。

３）完全的三重化架構(gòu)。

４）多層表決機(jī)制可確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩�性，并且可保證故障的精que定位。

５）傳統(tǒng)“２ｏｏ３”表決中的診斷功能不能直接參與控制輸出導(dǎo)向安全，帶診斷的“２ｏｏ３”表決可在診斷到嚴(yán)重危險(xiǎn)故障時(shí)直接導(dǎo)向安全。

６）采用大量的診斷措施，部分高于ＳＩＬ３要求。

７）通道級(jí)的失效僅會(huì)導(dǎo)致失效通道的降級(jí)運(yùn)行，但不會(huì)影響其他通道；單個(gè)模塊#多可容忍３２個(gè)通道級(jí)故障。

８）為了避免線路故障導(dǎo)致的危險(xiǎn)失效，設(shè)計(jì)了豐富的線路監(jiān)測功能。

９）支持與ＨｏｌｌｙＳｙｓ�。停粒茫酉到y(tǒng)的無縫集成，共用ＨＭＩ界面，支持通過Ｍｏｄｂｕｓ與第三方的基本過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成。

１０）易于安裝維護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

２　主要設(shè)計(jì)原則

該ＳＩＳ主要的設(shè)計(jì)原則［９］包括以下幾個(gè)方面：１）ＳＩＳ和ＤＣＳ的隔膜壓力表信號(hào)從現(xiàn)場開始就完全分開，隔膜壓力表與監(jiān)控隔膜壓力表不共用。新增的測量隔膜壓力表利用原有就地顯示隔膜壓力表的安裝接口安裝或?qū)⒐艿啦鹱吆箝_孔安裝后再回裝等辦法，避免現(xiàn)場高安全風(fēng)險(xiǎn)的在線開孔安裝。電磁閥安裝時(shí)利用工具將控制閥開度固定后割開氣源管安裝實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的“零擾動(dòng)”。

圖３　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

２）與ＳＩＳ有關(guān)的隔膜壓力表由ＳＩＳ機(jī)柜供電，使ＳＩＳ相關(guān)隔膜壓力表系統(tǒng)的供電相對(duì)集中好立。

３）ＳＩＳ不與ＤＣＳ之間進(jìn)行通信，不與辦公網(wǎng)絡(luò)連接，有效降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

４）ＳＩＳ通過時(shí)鐘同步服務(wù)器與ＤＣＳ進(jìn)行時(shí)鐘同步，解決了２套系統(tǒng)時(shí)鐘不一致的問題。

５）原ＤＣＳ所具有的軟聯(lián)鎖和硬聯(lián)鎖均保持不變，實(shí)現(xiàn)了ＤＣＳ與ＳＩＳ的“雙保險(xiǎn)”。

３　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

３．１　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從經(jīng)費(fèi)角度考慮，該公司３個(gè)聚酯單元共用１套ＳＩＳ，系統(tǒng)配置２臺(tái)操作站，其中１臺(tái)兼工程師站，

１個(gè)系統(tǒng)柜，１個(gè)擴(kuò)展柜，系統(tǒng)網(wǎng)采用冗余工業(yè)高速以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖３所示。

３．２　軟　件

ＨｉｇｈＧｕａｒｄ系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖４所示，核心為控制站主控系統(tǒng)軟件Ｓａｆｅ－ＡｕｔｏＴｈｉｎｋ，該軟件是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ平臺(tái)的編程工具，主要用于控制器算法編程，是聯(lián)鎖邏輯方案的開發(fā)平臺(tái)，是硬件配置和軟件編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。

３．３　控制方案

３．３．１　輔操臺(tái)設(shè)計(jì)

輔操臺(tái)設(shè)有３個(gè)急停按鈕，依次為Ａ單元、Ｂ單元、Ｃ單元急停按鈕。按鈕設(shè)有防護(hù)罩，按下按鈕將會(huì)使ＳＩＳ中對(duì)應(yīng)單元的所有閥門恢復(fù)到安全狀態(tài)。按鈕按下后不會(huì)自動(dòng)復(fù)位，需按照按鈕上所標(biāo)的方向（順時(shí)針）旋轉(zhuǎn)才會(huì)復(fù)位。輔操臺(tái)設(shè)有１個(gè)蜂鳴器，在系統(tǒng)有聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)發(fā)出聲響。輔操臺(tái)還設(shè)有聯(lián)鎖指示燈、報(bào)警指示燈、正常指示燈、聯(lián)鎖解除總開關(guān)、試燈按鈕、報(bào)警確認(rèn)按鈕。其中：聯(lián)鎖解除總開關(guān)，旋到“允許”位置時(shí)，流程中單個(gè)聯(lián)鎖回路才能解除聯(lián)鎖；試燈按鈕用于測試聯(lián)鎖指示燈、報(bào)警指示燈、正常指示燈及蜂鳴器是否正常，防止故障時(shí)不亮或不響誤導(dǎo)操作人員造成生產(chǎn)事故。輔操臺(tái)還設(shè)有報(bào)警確認(rèn)按鈕，用于確認(rèn)報(bào)警。

３．３．２　主要模塊設(shè)計(jì)

１）過程監(jiān)視模塊。該系統(tǒng)為每個(gè)聚酯單元繪制１幅流程圖，用于顯示邏輯控制及工藝參數(shù)等，是主要的監(jiān)控畫面。流程圖上方報(bào)警欄顯示當(dāng)前報(bào)警，可同時(shí)顯示３個(gè)報(bào)警，操作員及以上權(quán)限雙擊報(bào)警欄對(duì)應(yīng)報(bào)警可確認(rèn)報(bào)警。流程圖中還設(shè)置了１個(gè)報(bào)警確認(rèn)按鈕及試燈按鈕，功能與輔操臺(tái)對(duì)應(yīng)按鈕一樣，在輔操臺(tái)對(duì)應(yīng)按鈕故障時(shí)可以通過點(diǎn)擊流程圖上對(duì)應(yīng)按鈕代替使用。流程圖中還設(shè)有聯(lián)鎖投切允許總開關(guān)的狀態(tài)顯示，當(dāng)測量值達(dá)到聯(lián)鎖值（聯(lián)鎖投切開關(guān)閉合，即投入）與操作臺(tái)急停按鈕按下兩個(gè)條件至少一個(gè)滿足時(shí)觸發(fā)聯(lián)鎖，聯(lián)鎖條件恢復(fù)正常后需點(diǎn)擊“軟復(fù)位”按鈕才能復(fù)位。流程中還設(shè)有單個(gè)回路的“軟急停”按鈕實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)情況下手動(dòng)緊急停車。

２）趨勢模塊。用于查看檢測點(diǎn)的走勢信息，便于用戶從時(shí)間縱向角度進(jìn)行監(jiān)測。１個(gè)趨勢頁面#多可以顯示８個(gè)檢測點(diǎn)趨勢，方便用戶做出測點(diǎn)信息的比較和分析。趨勢顯示有曲線和數(shù)字兩種方式，稱為“趨勢曲線顯示”和“趨勢數(shù)值顯示”，缺省為趨勢曲線顯示。

用戶可以自定義趨勢組，每個(gè)趨勢組可以同時(shí)包括模擬量和開關(guān)量。趨勢曲線畫面總是保持#近的一部分歷史數(shù)據(jù)，并跟蹤顯示檢測點(diǎn)的當(dāng)前值和狀態(tài)，當(dāng)畫面填滿時(shí)，已顯示的曲線平移后繼續(xù)跟蹤，時(shí)間刻度和日期隨之改變。通過翻頁操作可查看測點(diǎn)在歷史站保存的與當(dāng)前使用數(shù)據(jù)庫版本一致的歷史庫中的點(diǎn)值。

３）事件順序記錄ＳＯＥ模塊。ＳＯＥ以ｍｓ級(jí)的分辨率記錄中斷型開關(guān)量的變位信息，以便分辨事故的起始發(fā)生位置，并記錄事故發(fā)生后相關(guān)聯(lián)事件發(fā)生的先后順序。ＳＯＥ記錄的主要內(nèi)容包括事件發(fā)生的時(shí)間、類型、位置等。在Ｓａｆｅ－ＡｕｔｏＴｈｉｎｋ軟件中，只有定義了具有ＳＯＥ屬性即開關(guān)量點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)ＳＯＥ功能，對(duì)具有ＳＯＥ屬性的幵關(guān)量點(diǎn)稱為ＳＯＥ報(bào)警變量。根據(jù)開關(guān)量數(shù)據(jù)來源的不同將ＳＯＥ報(bào)警變量劃分為測點(diǎn)變量和簡單變量兩種類型。

４　結(jié)束語

該聚酯裝置國產(chǎn)化ＳＩＳ已于２０１８年年底投入運(yùn)行，在行業(yè)內(nèi)具有較大的示范作用，系統(tǒng)的安裝實(shí)現(xiàn)了不停車實(shí)施安裝的先例。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，事實(shí)證明該ＳＩＳ選型得當(dāng)，設(shè)計(jì)合理，國產(chǎn)ＳＩＳ技術(shù)成熟，安全可靠，為裝置安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力的保障。