某化工項目SIS設計

1、某化工項目SIS設計亠、八0刖言本項目屬于問歇生產，要求原料和產品品種更換頻繁，要求裝臵靈活度高。工藝過程涉及高溫、劇毒、；氣粘稠、；氣腐蝕的工藝介，整個生產工藝對控制水平、安全性、可靠性要求極高。囚此，設臵BPS,SIS,GDSE大系統(tǒng)確保工藝裝臵安全、氣效生產、本義只對SIS系統(tǒng)設計進行詳細介紹。1、安全儀表系統(tǒng)的總體結構設計經過HAGC分析和SIL定級，安全儀表系統(tǒng)（SaferclnstmmentedSystems,SIS設計了32個安全儀表功能（SaferclnstmmentedFunction,SIF），最高定SIF級為SIL2,共105個安全聯鎖輸入輸出。SIS系統(tǒng)的設計嚴格遵國內

2、外的設計標準、設計規(guī)范及相關法律法規(guī)，特別要準守化工相關規(guī)范。恨據安全儀表系統(tǒng)的關斷要求、網絡通信要求、安全完整性等級要求這此條件，結合生產工藝流程，本系統(tǒng)也有自己特有的性質，最終制定出符合本項日的安全儀表系統(tǒng)總體結構要求，結構示意圖如圖1所示：圖1安全儀表系統(tǒng)結構示意圖系統(tǒng)從現場表、控制器、執(zhí)行設備均硬件獨立，在控制牢獨立設臵工程師站，工程師站兼有操作員站及SOE站的功能。SIS系統(tǒng)具有完備的冗余容錯技術，包括SIS系統(tǒng)控制器（CPU）、1/（）設備和通訊部件冗余。整個SIS系統(tǒng)通過ISO9001認證、CE認證，符合工ECG1508SIL3整個系統(tǒng)供電，采用兩路UPS電源進行供電。經過招標采

3、辦最終確定，采用羅克韋爾控制器及I/O卡件、采用在尼韋爾管理軟件ExperionPIiS監(jiān)控管理記錄報件及歷史數據，整套控制系統(tǒng)通過SIL3認證。恨據SIL3系統(tǒng)要求，I/O卡件均需冗余，。最終規(guī)劃出SIS系統(tǒng)硬件構架，硬件卞要配臵為2臺冗余服務、兩臺冗余工業(yè)交換機、兩臺顯示打印機、一臺機柜（相內主要包括2個7秒機架、4個11秒機架、2臺CPU,G臺電源、2個Ethernet模塊、6臺Controlnet模塊、2臺冗余模塊、1C塊AI、12塊DI、6塊DO端子排及信號分配器等）。2、安全儀表系統(tǒng)的詳細設計與開發(fā)2.1系統(tǒng)關斷等級制定恨據特種聚氨酯的生產工藝要求，本安全儀表系統(tǒng)的聯鎖等級定義四個

4、關斷級別：級關斷、二級關斷、過程關斷和單元關斷。一級關斷為最高級別關斷，當內發(fā)生屯大火災、泄漏、爆炸或發(fā)生人類不可抗拒的自然災害等惡劣危險時觸發(fā)，具體聯鎖原囚為輔操臺級關斷按鈕。此關斷觸發(fā)時，聯鎖所有二級關斷，此外，聯鎖應急發(fā)電機延時10min后進行關斷，同時，棄狀態(tài)燈藍燈亮、應急廣播系統(tǒng)將被激活。二級關斷是內發(fā)生屯大生產十故的關斷，聯鎖原囚為輔操臺二級關斷按釗。卞要聯鎖原囚為發(fā)生火災、此可燃氣體泄漏、儀表風系統(tǒng)出現屯大故障或者電路系統(tǒng)出現屯大故障時候執(zhí)行此關斷。二級關斷將聯鎖所有三級關斷。過程關斷卞要是生產工藝出現危險或者故障的時進行過程停車，關斷原囚卞要是原料儲罐液位低低及產品儲罐液位高高

5、，以及單個設備發(fā)生故障。聯鎖時將引發(fā)水性或者改性生產裝臵緊急停車。過程關斷將觸發(fā)所有對應裝臵的單元關斷。單元關斷卞要是單個設備上的壓力高高、低低，液位高高、低低等引起的單個設備關斷，同時中控牢有乎動關斷按釗，可對單個設備進行乎動關斷。綜上所述，電氣等級的關斷可以引起低等級關斷，但是低等級關斷不能觸發(fā)高等級關斷，這樣確保了整個安全儀表系統(tǒng)的邏輯的條理性2.2系統(tǒng)設備設計與PFD分配IECG1508/IEC61511給出了SIS系統(tǒng)各個設備的選型指導原則，最終日的是計SIS系統(tǒng)的各個安全儀表功能要求時平均失效概率達到要求。安全儀表功能要求時平均失效概率來源可以分三種：具有SIL認證的設備數據、“經

6、驗使用”(PriorUse)設備數據以及用戶根據大量現場操作經驗提供的SIF的數據。通過這此數據，恨據工ECC1508給出的PFD計算公式，計算出整個SIF的PFD乃至整個SIS系統(tǒng)的PFD本項目SIF的最高為SIL2，設備選用采用通過SIL驗證的設備。恨據恨據IECC1508標準得出的計算公式，具體公式見標準，計算每個SIF的PFD以變送器、控制器、切斷閥為例，結合供應商及業(yè)主所提供數據進行PFD算，設備供應商數據如下：啦趙難白勺g=五X】OJtw試制Ji牡旳和£年、MTTIR二3峙I舍占也為；瞬趣IFt勺耳“=聆兀wx步則畔沁兔n句：rvrrriR=工増b,鉆松為hW趣牟辭旳IM

7、l為1rZrX=躺慫1刃時用日H凹性體fl勺13:sxI?>W泵址Tttd卜劉|曄電號樂冒1：,I>1I>avcl.H=ofrLM命SIF厲勺.対二PRDavj:=2LSXIO"亠玉xBO-1JiX1CT亠心5齊？x'計算結果為SIL2，符合SIF的SIL等級要求，同時符合結構約束。經過業(yè)主經濟核算及審查,此方案交業(yè)主最終通過。2.3系統(tǒng)關斷邏輯制定SIS系統(tǒng)邏輯設計原則為故障安全型，若不能準守這原則，將大于零，嚴重時會影響SIL等級。為了方便維護，SIS系統(tǒng)的每個輸人高限增加旁路邏輯，旁路時間(1S-24h-寸間設臵)、剩余時間和剩余時間報警。因為當投產或

8、者維護的時候，如果沒有旁路功能系統(tǒng)在沒有達到工藝穩(wěn)態(tài)前，高高聯鎖原因將導致SIF關斷，導致整個系統(tǒng)沒法正常投產。因此默認每個高高觸發(fā)的原因ESD原因都需要啟動旁路。SIS系統(tǒng)所有的閥門在控制室設臵手動復位按鈕。電氣停泵信號，在電氣二次回路設計常開繼電器。通過上述原則，結合因果表、PID及工藝邏輯描述，根據每個觸發(fā)原因開始指定控制邏輯。一個低液位觸發(fā)一個開關閥關斷為例，關斷邏輯如圖2所示。背AS1S*出&1tqL5-IK&3cicintm11豈1Lb汗DCSit01S2關斷邏蜓示克2.4、SIS系統(tǒng)其他設計根據PID,結合業(yè)卞要求對SIS系統(tǒng)監(jiān)控畫面進行設計。SIS系統(tǒng)畫面設關斷

9、層次畫面，SIS系統(tǒng)維護、旁路畫面、報警總匯畫面以及在BPCS控制畫面顯示相應的關斷狀態(tài)和報警。ConteolLogix控制器為了達到SIL3認證，需要I/O卡件冗余。具體實現為，現場信號通過傳感元件進行現場參數檢測，變送器將傳感元件輸人信號轉化為4-20mA標準信號，經過分線器內部串聯25052精密電阻將電流信號轉化為1-5V電壓信號，分為兩路后進輸人模塊。數字量的輸人就是通過變送器將電壓信號輸人到分線器，分線器將數字信號變換為兩路相同信號進入PLCoPLC數字量的輸出模塊將兩路數字量信號輸出到端子排，通過與邏輯變?yōu)橐宦沸盘枺涍^繼電器實現對現場執(zhí)行機構的控制。通過這一結構，實現了現場設備1001,輸入卡件、控制器、輸出卡件的硬件冗余。3結論SIS系統(tǒng)通過合理的系統(tǒng)選型設計，提高了整個工藝裝臵的安全性，對項日的順利投產和安全運行起到了至關重要的作用。SIS系統(tǒng)設備選型時，仍然有以下問題需要考慮：(1) 計算時未考慮安全柵、繼電器、防電涌保護器等回路中的電器元件，實際項日的SIL驗證也需將其計算在內。電器元件越多，故障率越高。因此，在系統(tǒng)滿足安全的前提下應盡量減少安全柵、繼電器、防電漏保護器的使用，必須選用時應選擇安全儀表的SIF功能的SIL定級往往通過經驗值，可能部分回路定級較高，會提高儀表選型的投資，造