SRS安全控制系統在大型進口堿回收爐上的應用

許海藍 崔煥新

(中國中輕國際工程有限公司，北京，100026)

SRS安全控制系統在大型進口堿回收爐上的應用

許海藍 崔煥新

(中國中輕國際工程有限公司，北京，100026)

針對應用于大型堿回收爐上的SRS安全控制系統，在設計、施工中應注意的問題做了初步分析和總結，為下一步自控專業的設計及現場施工提供借鑒。

SRS安全控制系統;SIL;硬接線;冗余測量裝置;堿回收爐

堿回收爐是一種特種鍋爐，使用重油或輕質油進行開機和加載，配置多個燃燒器，燃燒高濃度黑液和臭氣，也燃燒從各個車間收集來的、混合到燃料空氣中的DNCG(低濃臭氣)氣體，產生高溫、高壓蒸汽，送至發電機組和其他熱用戶。為保證堿回收爐燃燒系統中各設備按規定的操作程序和條件進行安全啟停和切投，并能在危急情況下迅速切斷進入堿回收爐爐膛的全部燃料，以達到保證堿回收爐安全運行的目的，就必須配置安全控制系統。

安全控制系統，由工藝設備供貨商配帶，它比常規動力鍋爐的BMS控制系統 (燃燒器管理系統)更加復雜、包含更廣的內容，是一個擴大化應用的控制系統，它包括 BMS、FSSS(爐膛安全監控系統)、ESD(緊急停車系統)、RPD(快速排放系統)及其他生產過程中一些必須進行安全控制的內容。安全控制系統是由控制系統及必要的現場儀表構成的，二者缺一不可。

堿回收爐工藝設備供貨商不同，配帶的安全控制系統的名稱也不同。

美卓公司的安全控制系統稱為:SIS—Safety Instrumented System。

安德里茨公司的安全控制系統稱為:SRS—Safety Related System，以下簡稱SRS系統。

盡管各工藝設備供貨商安全控制系統的名稱不盡相同，但其基本理念、控制及保護的內容卻基本一致，僅僅硬件的配置結構和實現的方式略有不同。

本文對某年產70萬t化學漿項目中隨安德里茨公司堿回收爐配套供貨的SRS系統的硬件配置、控制內容、現場儀表SIL(安全度等級)等級的選型要求、安裝調試、以及設計單位進行施工圖工程設計時應注意的有關問題進行初步的分析和總結。

1 總體概述

1.1 該大型堿回收爐的基本工藝參數

日處理固形物量為4500 t/d(絕干)，過熱蒸汽產量186 kg/s，過熱蒸汽壓力8.5 MPa，過熱蒸汽溫度480℃。給水溫度130℃、送風溫度150℃，排煙溫度170℃，入爐黑液固形物濃度80%(含堿灰)。

1.2 SRS系統的硬件配置

該SRS系統，是采用SIL-3水平的HIMA PLC來實現的。其硬件包括:布置在接線架室的控制系統機柜;布置在控制室的ESD控制盤、觸摸屏;布置在現場的燃燒器 (開機燃燒器、負荷燃燒器、CNCG(高濃臭氣)氣體燃燒器、輔助CNCG燃燒器等)及配套的控制盤、操作箱、配套的儀表(燃燒器系統上的現場儀表、入爐黑液密度計、汽包水位測量儀表、火焰檢測儀表等)及電氣設備等。

1.3 SRS系統控制的內容

SRS系統主要包括:ESD系統、RPD(快速排污)系統、緊急疏散系統、聲光報警系統、安全路徑系統等。

堿回收爐的SRS系統，主要用于以下工藝流程中的重要操作和控制:

(1)堿回收爐汽、水系統的汽包給水閥門、堿回收爐汽包壓力、緊急排水閥門、緊急放汽閥門、主蒸汽閥門等。

(2)堿回收爐其他緊急排污系統控制閥。

(3)一次風、二次風、三次風電動機及其出口風門。

(4)DNCG風機及其相關裝置。

(5)排煙風機及其相關裝置。

(6)黑液系統。

(7)開機油槍、負荷油槍燃燒器系統。

(8)CNCG系統。

(9)輔助CNCG燃燒器系統。

1.4 SRS系統實現控制功能的方式

本SRS系統，操作員的主要操作界面，是利用DCS(集散控制)系統的操作員站進行操作的，所有SRS系統的狀態和報警信號都在DCS系統畫面上顯示。

1.5 SRS系統的數據傳輸

(1)SRS系統與現場儀表信號的連接方式

硬連線方式，直接接至SRS系統的 I/O卡件上去。

(2)SRS系統內部各組件間信號的傳輸方式

SRS系統與燃燒器閥門組現場控制盤之間，采用BUS(光纖)+硬線連接 (控制信號)的方式。

SRS系統與現場的各觸摸屏之間通過OPC server進行傳輸。

SRS系統與RPD MCC柜之間的信號，采用硬線連接的方式傳輸。

SRS系統與其他現場裝置如MFT、AFT等開關按鈕，采用硬線連接的方式接到I/O卡件上。

(3)SRS系統與第三方系統 (DCS系統)的數據交換模式

需要在DCS系統上進行顯示的普通信息，采用OPC方式，從SRS傳輸到DCS。

所有重要信號，都必須采用硬線連接的方式，從SRS傳輸到DCS，不允許采用通訊的方式。

1.6 SRS系統I/O數量典型的配置規模

該生產規模堿回收爐的SRS系統，電氣和儀表總共的實際I/O數量，大約為:

DI:530;DO:222;AI:109

在此基礎上，一般應再考慮20%的備用，大概的總點數在1000點左右。

2 SRS系統對現場儀表、電動機等現場設備的配置要求

一般來說，SRS系統的供貨商都會根據堿回收爐安全控制的要求，按照IEC 61508中SIL的原則，對進入SRS系統的現場儀表和設備，提出SIL的等級要求，一般為SIL-1或SIL-2。對于進入SRS系統的儀表，一部分是隨SRS系統供貨商配套提供的，但也有不少現場儀表和裝置，需甲方根據SIL要求單獨采購。因此，對具有SIL等級要求的現場儀表和裝置，甲方在采購時要引起足夠的重視，使采購的儀表達到SRS系統供貨商的要求，以充分保證SRS系統的功能實現。

(1)燃燒器安全自動化也被稱為燃燒器邏輯系統，包括幾個與安全有關的功能、且安全等級SIL≥1。在其實施中，必須滿足對現場裝置規定的邏輯和安全等級的要求，例如:安全開關閥門 (氣密性、關閉時間和帶彈簧復位的執行器)、火焰探測器(可靠性)等。

(2)選用測量壓力、溫度等的模擬量變送器要選用具有自診斷功能的、帶HART協議的兩線制變送器，其接至SRS的信號必須是4～20 mA的硬接線信號，不是通訊方式的數字信號。限位開關，位置開關等的二進制信號，應直接接至SRS系統，并且必須遵循故障安全的原則，即“fail to safe” －安全邏輯。

(3)在SIL＞1的狀況下，需設置冗余測量裝置，(二選一或三選二)，并且要將信號接至不同的I/O卡件上去。測量值的偏差超過5%時，將會報警;測量值的偏差超過10%時，將設定為信號是處于最不好的狀態 (此時必須進行單獨檢查)。所有裝置或電纜出現故障時，要采取隔離處理措施并報警。

(4)對于那些需要進行關閉的裝置，例如:控制閥門，所選的設備必須能保證可靠的切斷介質，并且關閉的速度要達到安全系統的要求及其他所指定的要求。

3 SRS系統及相關設備的供電方式和要求

SRS系統及相關設備的供電方式和要求是多種多樣的，有的需要通過UPS進行供電，有的只需要常規市電供電，有的需要采用柴油發電機的電源作為備用電源進行供電。一般來說，SRS系統要求設置兩套獨立的UPS供電裝置，每套容量至少380VAC/220VAC，10 kVA，4 h容量。

(1)SRS系統的I/O柜、控制柜等硬件設備，應由UPS(不間斷電源)冗余供電 (220VAC)。

(2)SRS系統的輔助設備的照明，采用220VAC市電供電。

(3)關鍵部位的電動閥門、泵和攪拌器的電機，應配置柴油發電機組作為緊急備用電源，柴油發電機組由電氣專業統一配置。

4 在設計聯絡會時應注意的問題

(1)由于SRS系統一般由堿回收爐設備供貨商配套提供，并提供詳細的設計，因此，供貨商提供的圖紙的表達方式，如儀表位號的編寫方式、電動機位號的編寫方式、電纜編號的表達方式等，要在設計聯絡會中提出，并要與整個項目的設計保持一致，以方便用戶的理解和安裝。

(2)供貨商應提前交付的圖紙及資料清單:SRS系統布置圖、SRS系統機柜的數量尺寸及電源需求、SRS系統的電纜清單等，以方便設計。

(3)SRS系統機柜的尺寸和顏色:應與DCS系統機柜的尺寸和顏色保持一致，因為布置在同一個接線架室。

(4)供貨商應提供的備品備件清單:SRS系統硬件的備品備件清單、現場控制箱的備品備件清單、現場裝置的備品備件清單等。

5 在設計SRS系統、現場設備的布置與接線時應注意的問題

(1)首先要清楚堿回收爐的前、后、左、右位置，位置的定義要和工藝的保持一致。在布置現場控制裝置和設備時，其布置的位置才能與工藝流程圖所示的一致。即:溜槽所處的位置是堿回收爐后墻，正對著的前面是爐前墻。站在爐前墻看堿回收爐，分左墻和右墻。不少儀表是對稱設置的，因此，在布置現場儀表時要與流程圖上的儀表位置一致，不能放反。

(2)進入SRS系統的回路，要單獨接線，不要進接線箱，更不要與DCS合用多芯電纜。即:SRS的接線是獨立的，SRS系統供貨商提供詳細的電纜清單和電纜編號，不必與進入DCS的信號電纜表混在一起。這樣電纜長度和安裝材料就可以獨立統計和施工。

(3)從ESD控制盤到RBS-Z20系統柜的信號，要采用硬線連接的方式。

(4)進入SRS系統的調節閥門，其DO輸出控制的電磁閥，是要求安裝在閥門本體上的，位置在I/P定位器后，不要布置在現場接線箱中。

(5)進入SRS系統的調節閥門、開關閥門的氣源可以由設計院設計的現場氣源箱提供。

(6)DCS系統與SRS系統部分通過硬線連接交換的信號也要遵循共同制定好的電纜編號規則，利于施工。

(7)如果進入SRS系統的電纜是采用多芯電纜，則要在設計聯絡會上要求SRS系統留有過渡端子，最好要求一根多芯電纜，進同一個SRS系統機柜，以方便接線。

(8)一般SRS系統的機柜，與DCS系統的機柜布置在同一個接線架室，以方便兩者之間進行硬線信號的傳送、UPS供電電源的合用等。但是，由于SRS系統的機柜及UPS裝置等占地面積較大，在項目剛啟動時，給建筑專業提供接線架室面積、給暖風專業提供發熱量、以及給電氣專業提供電源要求時，都要通盤考慮。以免提供的數據不準確。

(9)要設置雙UPS，其中一個UPS配置，可和DCS系統的UPS合用，以節省費用。

(10)由于安德里茨的SRS系統在主控室沒有特定的操作員站，只有一個10″的觸摸屏，它的運行狀態及報警信息都要在DCS系統的操作員站上進行顯示，因此，SRS系統和DCS系統兩者之間要進行大量的數據傳輸，一般采用OPC方式進行。因此，SRS系統供貨商要將傳輸的數據清單提供給DCS系統供貨商，并需進行必要的溝通和設計聯絡，由于SRS系統的FAT是在國外的設備制造商所在的工廠進行，一般由其獨立完成。因此，要在做DCS系統的FAT和SAT時，兩家一起在國內DCS系統供貨商的所在地進行檢查和驗證。

6 SRS現場施工安裝及調試時應注意的問題

(1)壓力和溫度變送器未經授權許可，不能對變送器進行校正。例如:授權許可方式，可以采用密碼的方式，進行授權許可。

圖1 SRS系統硬件設備布置圖

(2)對冗余的變送器，一定要有相同的校正。

(3)連接到SRS系統的現場裝置，例如:傳感器、限位開關等，也可以用于連接到DCS系統。但是必須遵守:信號總是首先進SRS系統，然后再進DCS系統。

(4)壓力、壓差變送器要直接安裝在工藝管道上;若不直接安裝時，要采用帶遠傳毛細管的壓力、壓差變送器。如果壓力、壓差變送器采用隔離閥或三閥組，那么要通過鎖定的方式或通過移除閥柄的方式，來防止閥門的開、閉。

(5)首先要由SRS系統供貨商來負責制定相應的安裝及調試時間表以及詳細的施工內容清單，并全程提供現場施工代表。一般的施工及調試周期如下:施工到第一次點火，需要6周，再到燃燒黑液，需要4周。

(6)一般SRS系統的供貨商的供貨及服務分界線，就是所供機柜或盤的接線端子。SRS系統的供貨商不提供現場的電纜及其他類型的安裝輔助材料，安裝工作也是由安裝公司來完成的。因此，在具體施工時，SRS系統供貨商一定要有合適的施工代表在現場，以方便指導施工。

(7)由于汽包水位的顯示儀表是安裝在主控室的，一般離汽包現場較遠，會超過500 m以上，水位信號檢測裝置和顯示裝置之間的電纜敷設要沿管廊上的橋架進行，敷設時要特別注意。

(8)SRS系統的機柜接地，要采用等電位的接地方式，與DCS系統的TE、PE板合用。

7 SRS系統硬件設備布置圖

SRS系統硬件設備布置圖如圖1所示。

8 小結

安全控制系統是為堿回收爐安全運行必須配置的控制系統，采用安德里茨公司的SRS系統，設計時一定要嚴格遵守供貨商提出的對現場儀表的SIL等級要求、UPS電源要求;進入安全系統的現場儀表接線，最好不經由接線箱直接進入SRS系統;并在設計聯絡過程中規定好提供資料的深度和時間，以免后期安裝過程中出現不必要的人力物力的浪費。

［1］ 謝來蘇，詹懷宇．制漿原理與工程［M］．北京:中國輕工業出版社，2001．

［2］ 王樹青，樂嘉謙．自動化與儀表工程師手冊［M］．北京:化學工業出版社，2010．

Application of SRS Safety Related System in Large-scale Recovery Boiler

XU Hai-lan*CUI Huan-xin
(China BCEL International Engineering Co．，Ltd．，Beijing，100026)

The experiences in engineering design and construction of SRS safety related system applied in large scale chemical recovery boiler of paper industry are presented in this paper．

SRS;SIL;hardwire;redundant measure device

TS736

B

0254-508X(2012)03-0042-04

許海藍女士，高級工程師;主要從事制漿造紙自控儀表設計工作。

(*E-mail:xuhl@becl-cn．com)

2011-11-15

(責任編輯:常 青)