煉化企業(yè)GDS系統(tǒng)合規(guī)性改造

李 政，王海崗

（中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103）

0 引言

煉化企業(yè)以石油煉制和化工生產(chǎn)為主，生產(chǎn)過(guò)程高溫高壓，工藝介質(zhì)有毒有害。生產(chǎn)過(guò)程中較易發(fā)生介質(zhì)泄漏。為了預(yù)防生產(chǎn)過(guò)程中，可能泄漏的可燃?xì)怏w、有毒氣體產(chǎn)生人身傷害以及火災(zāi)與爆炸事故的發(fā)生，必須設(shè)置檢測(cè)生產(chǎn)區(qū)域危險(xiǎn)介質(zhì)泄漏情況的可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)施[1]，即GDS 系統(tǒng)（Gas Detection System，以下簡(jiǎn)稱GDS）。

GDS 系統(tǒng)通常由固定式可燃/有毒氣體檢測(cè)器、可燃/有毒氣體報(bào)警控制器、指示聲光報(bào)警器組成，如圖1。固定式氣體檢測(cè)器安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，可燃/有毒氣體報(bào)警控制器通常安裝在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間，指示聲光報(bào)警器通常安裝在有人值守的控制室或者消防控制室。對(duì)于工廠面積較小或者GDS 系統(tǒng)組成較小時(shí)，也有將可燃/有毒氣體報(bào)警控制器和指示聲光報(bào)警器都安裝在控制室或者消防控制室的[2]。

圖1 GDS系統(tǒng)構(gòu)成示意圖Fig.1 Schematic diagram of GDS system structure

GDS 系統(tǒng)配置及系統(tǒng)部件的選擇要依據(jù)相關(guān)規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)來(lái)完成，同時(shí)要符合相關(guān)法律法規(guī)的要求。規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)中有些條文是強(qiáng)制性條文，必須執(zhí)行。隨著社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，這些規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)條文內(nèi)容、法規(guī)要求也會(huì)適時(shí)修訂和調(diào)整。各級(jí)安監(jiān)部門(mén)以及企業(yè)自身，依據(jù)規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)條文和法規(guī)要求來(lái)管理和約束煉化企業(yè)，不斷滿足生產(chǎn)安全的需要。

1 問(wèn)題的提出

某煉化企業(yè)1500 萬(wàn)噸/年煉油項(xiàng)目，2013 年設(shè)計(jì)建成[3]。生產(chǎn)過(guò)程控制采用了DCS 控制，控制系統(tǒng)采取CCR-FAR 方式布置。該企業(yè)各個(gè)裝置配置的可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測(cè)器，及報(bào)警控制器的選型，GDS 系統(tǒng)的設(shè)置[3]，都符合GBT 50493-2009《石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》條文要求。

1.1 2009版規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)條文對(duì)GDS的要求

按照規(guī)范GBT 50493-2009 的條文5.3.2 第4 條規(guī)定：“當(dāng)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)合并設(shè)計(jì)時(shí)，輸入/輸出卡件應(yīng)獨(dú)立設(shè)置”。該條文說(shuō)明指出，指示器和報(bào)警器可以獨(dú)立設(shè)置，也可以與其他儀表系統(tǒng)共用。指示報(bào)警系統(tǒng)可以是盤(pán)裝單元，也可以是專用的以微計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[4]。因此，該企業(yè)的GDS 系統(tǒng)可燃/有毒氣體報(bào)警控制器采用了生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)備，GDS 控制器與生產(chǎn)過(guò)程控制用控制器共用，但輸入/輸出卡件單獨(dú)設(shè)置，顯示報(bào)警畫(huà)面單獨(dú)設(shè)置，獨(dú)立于生產(chǎn)過(guò)程控制。建成投用后GDS 系統(tǒng)一直工作正常。

1.2 “116號(hào)文”對(duì)GDS的要求

2014 年底，國(guó)家安監(jiān)總局下發(fā)《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》（安監(jiān)總管三〔2014〕第116 號(hào)，以下簡(jiǎn)稱116 號(hào)文）。該文件第四（十一）條，對(duì)GDS 系統(tǒng)配置提出明確要求：

第四（十一）條：嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和實(shí)施有毒有害和可燃?xì)怏w檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，為確保其功能可靠，相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立于基本過(guò)程控制系統(tǒng)[5]。

1.3 2019版規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)條文對(duì)GDS的要求

2019 年發(fā)布的GBT 50493-2019《石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，依據(jù)“116 號(hào)文”要求，對(duì)GDS 系統(tǒng)設(shè)置相關(guān)條文做了修訂。其中5.4.1 條：報(bào)警控制單元應(yīng)采用獨(dú)立設(shè)置的以微處理器為基礎(chǔ)的電子產(chǎn)品。條文5.4.1 說(shuō)明中對(duì)此做了解釋：在可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中，需根據(jù)裝置的規(guī)模、業(yè)主的安全管理要求，生產(chǎn)裝置的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量和檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的技術(shù)要求，綜合考慮氣體報(bào)警控制單元的設(shè)計(jì)方案。可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)不能合并設(shè)計(jì)，是為了保證裝置生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)岀現(xiàn)故障或停用時(shí)，可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)仍能保持正常工作狀態(tài)[6]。

1.4 新版法規(guī)頒布后對(duì)企業(yè)的影響

在2020 年以來(lái)的各級(jí)相關(guān)安全檢查和行業(yè)檢查時(shí)，檢察人員多次對(duì)該煉化企業(yè)的GDS 系統(tǒng)配置合規(guī)性提出質(zhì)疑，要求該煉化企業(yè)根據(jù)“116 號(hào)文”要求，適時(shí)對(duì)GDS 系統(tǒng)進(jìn)行合規(guī)性整改，將GDS 系統(tǒng)從DCS 系統(tǒng)中獨(dú)立出來(lái)。所謂合規(guī)性整改，是對(duì)GDS 系統(tǒng)實(shí)施整改，保證GDS 系統(tǒng)從氣體檢測(cè)器選型、報(bào)警控制器設(shè)置到指示聲光報(bào)警器的配置都要符合規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)的要求[7]。2021 年7 月該煉化企業(yè)所在的當(dāng)?shù)貞?yīng)急管理局組織安全檢查時(shí)，明確指出煉油企業(yè)的GDS 系統(tǒng)配置不符合《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》要求，需要限期整改。

2 改造方案選定

按照“116 號(hào)文”和GBT 50493-2019 的條文內(nèi)容要求，該煉化企業(yè)的GDS 系統(tǒng)中的可燃/有毒氣體檢測(cè)器、指示聲光報(bào)警器都符合要求，只是在可燃/有毒氣體報(bào)警控制器部分不符合規(guī)定，因此需要把可燃/有毒氣體報(bào)警控制器部分改造成獨(dú)立于生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)DCS 即可。

對(duì)GDS 系統(tǒng)中這部分設(shè)備設(shè)施進(jìn)行合規(guī)性改造，需要按照GBT 50493-2019 要求進(jìn)行。

在GBT 50493-2019 中，對(duì)報(bào)警控制單元有如下定義：

條文2.0.7 報(bào)警控制單元（alarm control unit）：接收探測(cè)器的輸出信號(hào)，顯示和記錄被檢測(cè)氣體的濃度，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并能向消防控制室圖形顯示裝置等設(shè)備發(fā)送氣體濃度報(bào)警信號(hào)和報(bào)警控制單元故障信息的電子設(shè)備。可燃/有毒氣體報(bào)警信號(hào)參與消防聯(lián)動(dòng)時(shí)，報(bào)警控制單元通常采用按專用可燃/有毒氣體報(bào)警控制器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制造并取得檢測(cè)報(bào)告的專用可燃?xì)怏w報(bào)警控制器[6]。

對(duì)條文2.0.7 的條文說(shuō)明：報(bào)警控制單元可以采用微處理器為基礎(chǔ)的電子產(chǎn)品，也可以采用專用的可燃?xì)怏w報(bào)警控制器。專用的可燃?xì)怏w報(bào)警控制器是指符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 16808-2008《可燃?xì)怏w報(bào)警控制器》質(zhì)量要求且具有消防產(chǎn)品型式檢驗(yàn)報(bào)告的產(chǎn)品[6]。

依據(jù)上述內(nèi)容，對(duì)這部分的合規(guī)性改造可以有如下方案選擇[8,9]：

1）按要求選擇將指示報(bào)警設(shè)備改造成盤(pán)裝指示報(bào)警控制儀表。

2）按要求選擇將指示報(bào)警設(shè)備改造成壁掛式指示報(bào)警控制器。

3）按要求選擇將指示報(bào)警設(shè)備改造成單獨(dú)的PLC 或者DCS 設(shè)備。

鑒于該煉化企業(yè)的GDS 系統(tǒng)已經(jīng)使用了DCS 單獨(dú)的輸入/輸出卡件、單獨(dú)的顯示報(bào)警畫(huà)面，綜合考慮改造成本、改造的難易程度以及后期的設(shè)備管理等因素，只要把GDS控制器和電源模塊部分從DCS 中獨(dú)立出來(lái)，即可符合“116號(hào)文”和GBT 50493-2019 的條文內(nèi)容要求，這種改造方案簡(jiǎn)單易行。

3 具體的改造方案

3.1 煉化企業(yè)煉油項(xiàng)目裝置

該煉化企業(yè)煉油項(xiàng)目裝置共包含：常減壓、輕烴回收、渣油加氫、MTBE、氣分、汽油加氫，產(chǎn)品精致、催化、連續(xù)重整、芳烴抽提、異構(gòu)化、制氫、加氫裂化、焦化、硫磺、聚丙烯、煤油加氫、柴油加氫、儲(chǔ)運(yùn)、空分空壓、供排水、碼頭等裝置。

3.2 橫河電機(jī)DCS[10]

該煉化企業(yè)各裝置的GDS 和DCS 系統(tǒng)采用橫河電機(jī)株式會(huì)社的CENTUM CS3000 控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱CS3000）。CS3000 具有功能強(qiáng)大、組態(tài)靈活、硬件可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，是一種通過(guò)專用實(shí)時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)V net，將諸如人機(jī)界面站HIS、現(xiàn)場(chǎng)控制站FCS 等連接在一起，依靠在人機(jī)界面站和現(xiàn)場(chǎng)控制站運(yùn)行相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)操作監(jiān)視和控制功能的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。典型的CS3000 控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2。

3.3 該煉化企業(yè)GDS系統(tǒng)改造前系統(tǒng)狀況

該煉化企業(yè)煉油項(xiàng)目DCS/原GDS 系統(tǒng)共劃分為15 個(gè)控制域，分布在14 個(gè)機(jī)柜間（FAR01 ～FAR14），全部煉油裝置的可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測(cè)器，按照對(duì)應(yīng)的區(qū)域分布，進(jìn)入相應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程控制單元，進(jìn)行采樣、指示、報(bào)警、記錄。GDS 和DCS 的控制單元合用一個(gè)，GDS 的I/O輸入卡件及組態(tài)報(bào)警顯示畫(huà)面與過(guò)程控制系統(tǒng)相應(yīng)設(shè)備相對(duì)獨(dú)立。為了對(duì)可燃/有毒氣體檢測(cè)器進(jìn)行獨(dú)立有效管理，符合新版規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)的要求，需將對(duì)應(yīng)位置的氣體檢測(cè)控制單元單獨(dú)設(shè)置。

圖2 典型的CS3000控制系統(tǒng)架構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of typical CS3000 control system architecture

3.4 GDS系統(tǒng)合規(guī)性改造具體方案

通過(guò)統(tǒng)籌分析對(duì)比，該煉化企業(yè)選擇了在原有橫河CS3000 DCS 系統(tǒng)上進(jìn)行改造。新增GDS 控制器和電源模塊，原接入DCS 控制器的GDS 的I/O 卡信號(hào)轉(zhuǎn)為接入新增的GDS 控制器，從而組成完全獨(dú)立的GDS 系統(tǒng)。

選擇這種改造方案具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：由于是在原有的控制系統(tǒng)上進(jìn)行改造，企業(yè)人員對(duì)設(shè)備的技術(shù)認(rèn)知上不需增加技術(shù)儲(chǔ)備；由于只是增加部分設(shè)備硬件，不需要購(gòu)置軟件，改造的總體投資可控；由于改造不牽涉生產(chǎn)過(guò)程控制，可以隨時(shí)施工，改造的工期可控；改造新增加的設(shè)備硬件型號(hào)與原來(lái)的DCS 硬件型號(hào)完全相同，后期的維修維護(hù)管理上更加方便。

這樣的改造方案既能大幅度地降低采購(gòu)成本，減少施工量，又能為完成改造提供時(shí)間上的保障，還有利于后期管理，確實(shí)是該企業(yè)的最優(yōu)選擇。

改造前與改造后對(duì)比如圖3 和圖4。

3.5 GDS合規(guī)性改造過(guò)程

1）按照規(guī)范條文要求，增加獨(dú)立的GDS 系統(tǒng)控制器和電源模塊，集成在新增加的GDS 控制器機(jī)柜。

2）原有GDS 系統(tǒng)通訊卡件、I/O 卡件、進(jìn)線電纜、機(jī)柜端子、端子板等利舊，其物理位置和接線不改動(dòng)。

3）延長(zhǎng)KS 數(shù)據(jù)通訊電纜，將DCS 系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)的相應(yīng)I/O 輸入卡件移接到新增加的GDS 系統(tǒng)控制單元節(jié)點(diǎn)上，滿足GDS 控制單元的獨(dú)立要求。

4）指示報(bào)警信號(hào)通過(guò)通訊卡及總線遠(yuǎn)傳到CCR 的原來(lái)獨(dú)立的操作站指示報(bào)警。

圖3 GDS和DCS共用控制單元（改造前）示意圖Fig.3 Schematic diagram of GDS and DCS shared control unit (before reconstruction)

5）重新進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài),下裝，整個(gè)GDS 合規(guī)性改造完成。

改造完成后，GDS 系統(tǒng)運(yùn)行良好，改造工作得到了安監(jiān)部門(mén)的認(rèn)可，GDS 系統(tǒng)合規(guī)性整改成功。

4 結(jié)束語(yǔ)

安全生產(chǎn)不是一句口號(hào)，特別對(duì)煉化企業(yè)更是極大挑戰(zhàn)。為了杜絕事故發(fā)生，僅僅依靠工廠管理及人員的監(jiān)控和監(jiān)管，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。通過(guò)設(shè)置高效、穩(wěn)定、靈敏的，符合規(guī)范要求的監(jiān)控儀器儀表等設(shè)備設(shè)施，可以輔助企業(yè)監(jiān)管設(shè)備的安全狀態(tài)和人員的安全行為。隨著社會(huì)發(fā)展，科技進(jìn)步，技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不斷推陳出新，相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備設(shè)施也需要隨之進(jìn)行合規(guī)性更新改造。

按照舊版本的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建設(shè)的老企業(yè)，在新版本規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施以后，可以依托企業(yè)自身基本情況，結(jié)合新版本規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，在多個(gè)適用的方案中選擇最有利于企業(yè)的改造方案，對(duì)設(shè)備設(shè)施實(shí)施合規(guī)性進(jìn)行改造。通過(guò)煉化企業(yè)GDS 系統(tǒng)安全合規(guī)改造,企業(yè)的可燃?xì)怏w、有毒氣體泄漏自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，技術(shù)上符合新版規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，方案上也得到了完善，性能更加穩(wěn)定，為企業(yè)人員生命和企業(yè)財(cái)產(chǎn)安全提供有力的保障。

圖4 GDS獨(dú)立控制單元（改造后）示意圖Fig.4 Schematic diagram of GDS independent control unit (after modification)