煉油裝置報警優化治理

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絡公司）

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

1 報警優化管理理念

Britain’s Health ＆ Safety Executive、ASM（Arizona，USA）兩個權威組織，以及工程設備和材料用戶協會（EEMVA）于1999 年制定了標準191《報警管理指導性原則》，是報警系統評價、設計和管理的國際權威標準，目前該標準已被國際上大多數企業（如美孚、殼牌及巴斯夫等）接受并成功應用。 好的報警系統能持續有效地幫助操作人員在正確的時間采取正確的行動，報警系統典型的KPI 指標見表1 （每個操作崗位給出至少30 d的數據）。 其中報警泛濫，即報警系統產生的報警數量超出操作人員的有效處理能力，如10 min 發出超過10 次報警；間歇報警，即某工藝變量短時間內在正常和報警狀態之間頻繁切換，如每分鐘發出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又恢復正常， 如1 s 內恢復正常狀態的報警；陳舊報警，即報警狀態長時間得不到解除的報警，如超過24 h 仍未解除報警狀態的報警。

表1 報警系統KPI 指標

（續表1）

根據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 報警優化管理措施

統計某煉油廠10 套裝置1 月份總報警218 153 次，每人每崗報警207 次，超出穩定操作情況下每天可接受的150 次報警數量。 根據生產裝置的實際情況， 結合各裝置生產運行調整、轉產及設備切換等操作，以及不同工況下的過程參數控制指標進行分析，識別出報警相關的位號及其占總報警數的比例情況，一般前十位報警占報警總數的60%左右［2］，對前十位報警的原因分析和優化措施制定主要分為以下6 種情況：

a. 現場機組等設備在未使用時發出的無效報警和報警泛濫問題，可采用報警抑制技術予以解決， 根據檢測特征量變化在DCS 中進行組態，自動啟用報警抑制功能。

b. 儀表、設備故障或儀表檢維修過程中發出的無效報警，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 系統中的IOP 和IOP-， 浙江中控ECS700 系統中的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； 涉及工藝生產操作，可配合屬地車間調整操作或執行報警屏蔽手段來抑制報警。 正常生產情況下，儀表指示恢復時再次出現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，或對儀表測量回路現場添加阻尼或對組態添加濾波予以解決。

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的ANS+、ANS-閥門未到位報警，可根據閥門實際開關時間，修改閥門到位檢測時間來避免無效報警頻繁產生。

f. 部分位號報警裕度設置不合理， 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測儀表會引起報警恢復滯后，對于測量范圍較小的監測儀表則會導致工位號長時間反復報警的情況，此類問題可根據監測儀表量程評估設置合適的報警裕度，避免無效報警發出［3］。

2.1 動態報警抑制技術

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

系統具體實現技術是，程序自動根據某類設備或器件的狀態（啟用/停用），判斷對應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，每次產生自擾報警10 余次，每天累積自擾報警240 余次。 為此，根據現場實際生產情況，通過設定觸發條件，當加料開始時觸發報警抑制管理功能， 將相應位號自動切換至AOF（報警屏蔽狀態）狀態，待加料時間滿足后，將相應位號報警屏蔽功能取消。 采用該技術可解決大量由于無效報警導致的報警“洪水”問題，該功能在橫河CENTUM VP 系統中的程序代碼如下：

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" ！ 自動調整報警至屏蔽狀態

FC5102.AOFS="AOF" ！ 自動調整報警至屏蔽狀態

NO2IN.AOFS="AOF" ！ 自動調整報警至屏蔽狀態

NO2OUT.AOFS="AOF" ！ 自動調整報警至屏蔽狀態

DELAY 540000 ！ 延時9 min

AI5105.AOFS="AON" ！ 自動恢復報警屏蔽

FC5102.AOFS="AON" ！ 自動恢復報警屏蔽

NO2IN.AOFS="AON" ！ 自動恢復報警屏蔽

NO2OUT.AOFS="AOF" ！ 自動恢復報警屏蔽

END IF

WEND

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

圖1 小型加料器時間自動抑制和恢復報警記錄

2.2 報警優化合并

根據關鍵測量部位對可靠性和可用性的要求，部分部位設置多塊測量儀表，雖然能夠保證安全， 但是會在達到報警限時觸發多次重復報警，長期運行會產生無效滋擾報警。 某煉油廠罐區流速報警采用儲罐液位除以時間累計數值的計算方式，現場儲罐液位計采用光導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，通過組態將儲罐流速計算由雷達液位計和光導液位二取二實現，同時增加儲罐液位報警判斷開關，防止進油、發油時發出誤報警，該功能在橫河CENTUM VP 系統中的程序代碼如下：

alias LI989 11212LI989.PV ！ 光導液位計指示

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

alias HB989 11212LIHB989.PV ！ 液位報警開關

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關閉

P03=LI989B

END IF

IF（HB989==1)THEN ！ 儲罐液位報警判斷開關開啟

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化

對于部分因設備和生產原因造成的高頻瞬閃報警，通過對測量干擾源進行排查或對儀表測量回路現場添加阻尼或組態增加濾波，實現報警信息屏蔽。 如罐區光導液位計使用年限超20 年，測量過程中存在毛刺波現象，容易造成偏差報警誤報，為減少報警次數，可以通過增加一階濾波功能實現過濾毛刺波的功能。 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

為實現對信號濾波和過程的動態特性進行補償，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，含小數點位數最大7 位，默認1.00；I為一階滯后時間設定值，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定值與掃描周期之差。

一階滯后運算器的步應答工作曲線如圖3所示，可以實現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液位計指示正常，系統中增加計算塊判斷程序，根據儲罐罐容計算單位時間內液位的最大變化量，對比濾波前后液位差值并輸出，確保顯示正常液位數值。

圖3 一階滯后運算器的步應答動作

圖4 為北罐區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，液位監測效果較好；其余曲線未采取濾波措施，存在較多毛刺，即產生較多誤報警信息。

圖4 濾波前、后罐區液位曲線對比

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

1～10 月份報警次數統計如圖5 所示。經過上述報警治理和優化措施實施，統計某煉油廠10月份報警統計次數為39 731 次，整體報警降低了81.8%，各裝置崗位平均報警30.53 次，已經滿足現場報警次數實現每天報警數量不超過150～300個（一個主操（內操）崗位）的要求。

圖5 某煉油廠1～10 月報警次數統計

3 結束語

筆者根據煉化裝置的生產特點，設計了涵蓋動態報警抑制技術、多參數報警優化合并及高頻瞬閃報警優化等的多種報警優化方案，針對性地對前十位報警、 頻繁報警和報警泛濫進行優化，彌補了裝置報警的不足，現場運行和推廣應用效果良好。