液氯貯槽的安全儀表系統（SIS）改造總結

王海斌，楊永財，黃克勁，張海霞

（內蒙古億利化學工業有限公司，內蒙古鄂爾多斯014300）

內蒙古億利化學工業有限公司成立于2004 年4月，目前年產50 萬t聚氯乙烯樹脂、38 萬t燒堿、1.5 萬t液氯及8 萬t鹽酸。依據國家相關部門已對該公司危險化學品重大危險源評估的結論，其中認定燒堿裝置系統已構成一級重大危險源，涉及到的重大危險源物質有氫氣、氯氣和氯化氫。燒堿生產裝置系統包括：電解、氯氫處理、氯化氫/鹽酸、次氯酸鈉裝置以及液氯貯槽、液氯鋼瓶和事故氯氣處理單元，其中液氯貯槽是該公司重點監控重大危險源之一。

根據國家安全監管總局《關于公布首批重點監管的危險化工工藝目錄的通知》（安監總管三［2009］116 號）、國家安全監管總局《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》（安監總管40 號令）、《國家安全監管總局關于加強化工安全儀表系統管理的指導意見》（安監總管三〔2014〕116 號）、《化工（危險化學品）企業安全檢查重點指導目錄》（安監總管三〔2015〕113 號）文件的要求，以及該公司液氯貯槽的實際情況，對該裝置安全儀表系統進行了改造，并采用了浙江中控自主研發的TCS-900 安全儀表系統，且系統于2018 年3 月投入使用。

1 安全儀表系統

安全儀表系統，Safety instrumented System，簡稱SIS，又稱為安全聯鎖系統（Safety interlocking System）[1]。

SIS 系統獨立于集散控制系統（DCS）[2]，其級別高于DCS 系統。在正常情況下，SIS 系統是處于靜態的，無需人員操作。只有當生產裝置出現緊急情況時，不經過DCS 系統，而直接由SIS 系統發出聯鎖信號，對現場設備進行安全保護，避免危險擴散造成嚴重損失。

2 原DCS 系統聯鎖邏輯

氯氣液化裝置包括了冷凝機組、液氯貯存和包裝、冷水機組3 個單元。液氯貯存和包裝工藝流程示意圖見圖1。

圖1 液氯貯存和包裝工藝流程示意圖

根據液氯貯槽工藝的操作規程，在DCS 系統畫面引入貯槽液位、壓力、溫度監測點和進出口控制閥，以及有毒氣體監測儀（GIAT0123～0127）等設備，并要求DCS 系統程序中加入液氯貯槽進出口閥門的聯鎖控制。

以液氯貯槽（V0603A）舉例說明，其進出口閥門的動作條件如下。

（1）進口閥動作條件。當GIAT0123（液氯中間槽V0604AB 之間的氯氣監測儀）與GIAT0124（液氯貯槽V0603AB 之間的氯氣監測儀）的高高報警信號同時觸發，并且PLAC（液氯貯槽V0603A 聯鎖投入允許信號）值為1 時，或者LIA601A（液氯貯槽V0603A 的雷達液位計）的高高報警信號觸發后，強制關閉液氯貯槽（V0603A）的進口閥門XV601A。

（2）出口閥動作條件。當LIA602AB（液氯中間槽V0604AB 的雷達液位計）的高高報警信號同時觸發后，強制關閉液氯貯槽（V0603A）的出口閥門XV602A。

3 SIS 系統改造

由于現有DCS 系統不能滿足SIS 系統的相關要求，依據國家相關法律文件以及液氯貯槽現有工藝監測點和控制設備，并按照SIS 系統的完整性、獨立性和安全等級要求，進行了液氯貯槽SIS 系統招標，由設計院進行SIS 系統的設計及選型。經過對多家系統集成商的技改方案、供貨周期和同行業的業績評比，最終方案采用了浙大中控TCS-900 安全儀表系統。

3.1 TCS-900 系統簡介

TCS-900 系統是浙大中控面向工業自動化安全領域，自主研發的安全儀表系統。該系統采用完全三重化[3]五次表決的高可靠結構設計，由獲得TüV Rheinland SIL3 認證[4]且符合IEC61508 標準的安全模塊組成，滿足SIL3 應用要求。可應用于石油天然氣、大型石化化工、能源等領域的關鍵過程安全控制場合，包括ESD 系統、FGS 系統、BMS 系統和CCS系統等。

3.2 系統結構

TCS-900 系統硬件由SIS 系統輔操臺、操作站（兼工程師站）和安全控制站構成。安全控制站由控制器、輸入模塊、輸出模塊、網絡通信模塊以及IO端子板組成，SIS 系統輔操臺信號、現場儀表I/O 信號和DCS 系統共享數據都通過I/O 端子板和DB 電纜接入到機架I/O 模塊的通道中，TCS-900系統結構示意圖見圖2。

圖2 TCS-900系統結構示意圖

3.3 主要部件

TCS-900 系統的主要部件包括機架、控制器、網絡通信模塊、各類I/O 模塊和端子板等，控制站部件列表見表1。

3.4 監測點和控制回路

切斷閥根據工藝要求，送控制室DCS 系統的液位聯鎖回路10 個，切斷閥遙控10 個。進入DCS 的IO 點數及類型如下。

（1）模擬量輸入信號10 個（其中新增5 個，利舊5 個）；

（2）開關量輸入信號20 個（利舊20 個）；

（3）開關量輸出信號10 個（利舊10 個）。

表1 控制站部件列表

根據工藝要求另有10 套液位聯鎖控制回路送入SIS 系統。進入SIS 系統的IO 點數及類型如下。

（1）模擬量輸入信號10 個；

（2）開關量輸入信號27 個；

（3）開關量輸出信號16 個。

3.5 SIS 系統輔操臺

液氯貯槽SIS 系統輔操臺主要包括5 個貯槽急停完成指示燈、5 個貯槽閥門急停按鈕、綜合報警燈、蜂鳴器、消音按鈕和試燈按鈕。輔操臺主要用于觸發SIS 系統急停按鈕、急停信號復位以及SIS 系統報警指示和確認。

3.6 SIS 系統邏輯關系

以液氯貯槽（V0603A）閥門動作條件舉例說明，SIS 系統的邏輯關系示意圖見圖3，進出口閥門動作條件如下。

（1）生產裝置運行正常，且液氯貯槽（V0603A）的進口閥門VX601A、出口閥門XV602A 都在關閉狀態。

液氯貯槽（V-0603A）雷達液位計ALT-601A 和外測試液位計ALT-601A1 均顯示正常，液氯貯槽（V-0603A）閥門急停按鈕DHS-A 未按下，并且2 臺液位計的聯鎖允許信號已投入，邏輯關系中的RS觸發器輸出保持不變（前一次復位后的輸出值），電磁閥CXY-601AA1、CXY-602AA1 均保持原有狀態，液氯貯槽（V-0603A）進出口閥門VX601A、XV602A 不動作。

操作畫面的狀態：邏輯輸入條件和輸出結果對應的狀態指示全為綠色，邏輯關系中所有的線條為綠色。

（2）生產裝置出現異常情況，且液氯貯槽（V0603A）的進口閥門VX601A、出口閥門XV602A都在開啟狀態。

雷達液位計ALT-601A 顯示值≥80%或外測式液位計ALT-601A1 顯示值≥80%，或者閥門急停按鈕DHS-A 已按下，并且兩臺液位計的聯鎖允許信號已投入，邏輯關系中的RS 觸發器輸出低電平，電磁閥CXY-601AA1、CXY-602AA1 均在失電狀態，進出口閥門VX601A、XV602A 全部關閉。

操作畫面的狀態：邏輯輸入中異常條件的狀態指示由綠變紅，邏輯關系中對應的線條由綠變紅，輸出結果中4 個電磁閥的狀態指示全部由綠變紅。在操作窗口報警欄中將顯示報警信號并閃爍，電腦主機發出報警聲音。

SIS 輔操臺狀態：綜合報警燈閃爍，蜂鳴器發出響聲；如果是因閥門急停按鈕DHS-A 被按下時，液氯貯槽（V-0603A）急停完成指示燈也變紅色。

（3）聯鎖復位

當生產裝置的異常情況已排除后，且液位計ALT-601A、ALT-601A1 均顯示正常，SIS 輔操臺上的閥門急停按鈕DHS-A 也進行了手動復位，操作人員只需在操作畫面中點擊復位按鈕一次，之后邏輯關系中的RS 觸發器輸出高電平，電磁閥CXY-601AA1、CXY-602AA1 均在得電狀態，進出口閥門VX601A、XV602A 才允許操作人員從DCS 系統中手動開啟。

3.7 SIS 系統操作規范

SIS 系統操作規范如下。

（1）SIS 系統的操作開關、按鈕均由生產裝置指定人員操作。操作人員必須愛護設備，保持設備的清潔衛生。

（2）操作人員必須懂得正確操作和使用SIS 系統，加強SIS 系統知識的學習。

（3）操作人員必須注意保護自己的SIS 系統，對登錄系統的口令必須保密。

（4）不得允許任何無關人員使用自己的SIS 系統，嚴禁擅自或允許其他非專業技術人員修改自己SIS 系統的重要設置。

4 存在隱患

液氯貯槽的有毒氣體監測點同時引入DCS 系統和SIS 系統，雖然DCS 系統中已經做了相應的聯鎖控制，但是SIS 系統的邏輯關系中未加入其聯鎖控制，這一點需要引起關注。由于SIS 系統的安全級別高于DCS 系統，如能在SIS 系統中引入有毒氣體監測點的聯鎖控制，一旦檢測到其報警，SIS 系統可以快速響應，直接觸發急停保護聯鎖。

5 結語

在液氯貯槽的安全生產管理中，安全儀表系統是非常特殊的控制系統，在日常的使用和維護中必須遵循嚴格的安全標準和操作規范，綜合多種安全可靠的措施，實施正確操作，確保安全儀表系統功能安全的實現，使人員和設備安全都得到充分的保障。