國(guó)產(chǎn)隔膜壓力表系統(tǒng)在聚酯裝置中的應(yīng)用

摘要：根據(jù)guojia安全監(jiān)管總局相關(guān)文件，聚酯生產(chǎn)工藝被列為shou批重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)工藝之一。通過對(duì)在役聚酯裝置開展危險(xiǎn)與可操作性分析（ＨＡＺＯＰ）工作，在原有ＤＣＳ之外增設(shè)好立的隔膜壓力表系統(tǒng)，ＳＩＳ采用國(guó)內(nèi)shou套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，介紹了系統(tǒng)的組成及系統(tǒng)架構(gòu)、軟件組成、工作原理等，開創(chuàng)了不停車實(shí)施安裝的先例，具有示范作用。

根據(jù)原中國(guó)guojia安全監(jiān)管總局２００９年下發(fā)的１１６號(hào)文件“guojia安全監(jiān)管總局關(guān)于公布shou批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄的通知”，聚酯生產(chǎn)工藝被列為shou批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝之一。根據(jù)原guojia安監(jiān)總局２０１４年下發(fā)的１１６號(hào)文件“guojia安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工隔膜壓力表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見”，為了加強(qiáng)化工隔膜壓力表系統(tǒng)（ＳＩＳ）管理，某單位在役聚酯裝置增設(shè)好立于ＤＣＳ的ＳＩＳ，在原有的安全聯(lián)鎖功能基礎(chǔ)上，為風(fēng)險(xiǎn)較高的工藝過程增設(shè)監(jiān)測(cè)和聯(lián)鎖保護(hù)，在好立的ＳＩＳ中完成。該系統(tǒng)可大幅降低裝置發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)和后果的嚴(yán)重程度，使裝置得到更好的安全聯(lián)鎖保護(hù)［１］，并使裝置達(dá)到guojia對(duì)危險(xiǎn)化工工藝監(jiān)管的相關(guān)規(guī)定要求。針對(duì)聚酯裝置中風(fēng)險(xiǎn)較高的工藝流程，安裝新的測(cè)量隔膜壓力表，將信號(hào)送入ＳＩＳ進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)在原有聯(lián)鎖回路氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣路中增加電磁閥，并將電磁閥接入ＳＩＳ，當(dāng)工藝參數(shù)達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，如ＤＣＳ聯(lián)鎖回路失效，此時(shí)ＳＩＳ聯(lián)鎖電磁閥關(guān)閉，從而切斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)切換到故障安全狀態(tài)，#終讓工藝參數(shù)回歸到安全狀態(tài)。以乙二醇蒸發(fā)器為例，使用液相高溫導(dǎo)熱油氫化三聯(lián)苯加熱乙二醇使其氣化，該過程存在溫度聯(lián)鎖回路失效時(shí)導(dǎo)致蒸發(fā)器超壓的安全風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)目在乙二醇蒸發(fā)器上增設(shè)了壓力變送器，在現(xiàn)有的溫度控制閥的定位器和模頭之間增設(shè)電磁閥，當(dāng)設(shè)備壓力高高報(bào)警時(shí)通過ＳＩＳ聯(lián)鎖電磁閥關(guān)閉對(duì)應(yīng)的一次溫度控制閥。

１　國(guó)產(chǎn)ＳＩＳ簡(jiǎn)介

１．１　概　述

ＨｉａＧｕａｒｄ是和利時(shí)集團(tuán)公司針對(duì)流程工業(yè)而開發(fā)的隔膜壓力表系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過了Ｔ�aＶＲｈｅｉｎｌａｎｄ�。桑睿洌酰螅簦颍椋濉。樱澹颍觯椋悖濉。牵恚猓日J(rèn)證［２］，滿足ＩＥＣ６１５０８［３］／ＩＥＣ�。叮保担保保郏矗葜卸�義的ＳＣ３系統(tǒng)能力等級(jí)和ＳＩＬ３安全完整性等級(jí)［５］要求。對(duì)照ＩＥＣ�。叮保担埃福�ＩＥＣ�。叮保担保保�ＩＥＣ�。担埃保担叮�１中要求，ＨｉａＧｕａｒｄ系統(tǒng)可用于要求安全完整性等級(jí)不高于ＳＩＬ３的安全相關(guān)應(yīng)用。

１．２　系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由工程師站、操作員站、系統(tǒng)歷史站、通信控制器及網(wǎng)絡(luò)等組成，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)安全功能，能確保好立單元或裝置具有一定的安全度。每個(gè)采集站內(nèi)的主控模塊和各Ｉ／Ｏ模塊通過控制網(wǎng)絡(luò)連接，各控制站、歷史站、通信模塊、工程師站和操作員站等通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)成完整的隔膜壓力表系統(tǒng)。ＨｉａＧｕａｒｄ系統(tǒng)架構(gòu)如圖１所示，系統(tǒng)安全回路數(shù)據(jù)流［６－８］如圖２所示。

１．３　系統(tǒng)特點(diǎn)

綜合ＨｉａＧｕａｒｄ系統(tǒng)原理、技術(shù)性能及安全性等，其特點(diǎn)［

９］如下：

１）完全自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

２）安全相關(guān)部分和非安全相關(guān)部分采用物理隔離。

３）完全的三重化架構(gòu)。

４）多層表決機(jī)制可確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩�性，并且可保證故障的精que定位。

５）傳統(tǒng)“２ｏｏ３”表決中的診斷功能不能直接參與控制輸出導(dǎo)向安全，帶診斷的“２ｏｏ３”表決可在診斷到嚴(yán)重危險(xiǎn)故障時(shí)直接導(dǎo)向安全。

６）采用大量的診斷措施，部分高于ＳＩＬ３要求。

７）通道級(jí)的失效僅會(huì)導(dǎo)致失效通道的降級(jí)運(yùn)行，但不會(huì)影響其他通道；單個(gè)模塊#多可容忍３２個(gè)通道級(jí)故障。

８）為了避免線路故障導(dǎo)致的危險(xiǎn)失效，設(shè)計(jì)了豐富的線路監(jiān)測(cè)功能。

９）支持與ＨｏｌｌｙＳｙｓ�。停粒茫酉到y(tǒng)的無縫集成，共用ＨＭＩ界面，支持通過Ｍｏｄｂｕｓ與第三方的基本過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成。

１０）易于安裝維護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

２　主要設(shè)計(jì)原則

該ＳＩＳ主要的設(shè)計(jì)原則［９］包括以下幾個(gè)方面：１）ＳＩＳ和ＤＣＳ的隔膜壓力表信號(hào)從現(xiàn)場(chǎng)開始就完全分開，隔膜壓力表與監(jiān)控隔膜壓力表不共用。新增的測(cè)量隔膜壓力表利用原有就地顯示隔膜壓力表的安裝接口安裝或?qū)⒐艿啦鹱吆箝_孔安裝后再回裝等辦法，避免現(xiàn)場(chǎng)高安全風(fēng)險(xiǎn)的在線開孔安裝。電磁閥安裝時(shí)利用工具將控制閥開度固定后割開氣源管安裝實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的“零擾動(dòng)”。

圖３　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

２）與ＳＩＳ有關(guān)的隔膜壓力表由ＳＩＳ機(jī)柜供電，使ＳＩＳ相關(guān)隔膜壓力表系統(tǒng)的供電相對(duì)集中好立。

３）ＳＩＳ不與ＤＣＳ之間進(jìn)行通信，不與辦公網(wǎng)絡(luò)連接，有效降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

４）ＳＩＳ通過時(shí)鐘同步服務(wù)器與ＤＣＳ進(jìn)行時(shí)鐘同步，解決了２套系統(tǒng)時(shí)鐘不一致的問題。

５）原ＤＣＳ所具有的軟聯(lián)鎖和硬聯(lián)鎖均保持不變，實(shí)現(xiàn)了ＤＣＳ與ＳＩＳ的“雙保險(xiǎn)”。

３　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

３．１　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從經(jīng)費(fèi)角度考慮，該公司３個(gè)聚酯單元共用１套ＳＩＳ，系統(tǒng)配置２臺(tái)操作站，其中１臺(tái)兼工程師站，

１個(gè)系統(tǒng)柜，１個(gè)擴(kuò)展柜，系統(tǒng)網(wǎng)采用冗余工業(yè)高速以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖３所示。

３．２　軟　件

ＨｉｇｈＧｕａｒｄ系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖４所示，核心為控制站主控系統(tǒng)軟件Ｓａｆｅ－ＡｕｔｏＴｈｉｎｋ，該軟件是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ平臺(tái)的編程工具，主要用于控制器算法編程，是聯(lián)鎖邏輯方案的開發(fā)平臺(tái)，是硬件配置和軟件編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。

３．３　控制方案

３．３．１　輔操臺(tái)設(shè)計(jì)

輔操臺(tái)設(shè)有３個(gè)急停按鈕，依次為Ａ單元、Ｂ單元、Ｃ單元急停按鈕。按鈕設(shè)有防護(hù)罩，按下按鈕將會(huì)使ＳＩＳ中對(duì)應(yīng)單元的所有閥門恢復(fù)到安全狀態(tài)。按鈕按下后不會(huì)自動(dòng)復(fù)位，需按照按鈕上所標(biāo)的方向（順時(shí)針）旋轉(zhuǎn)才會(huì)復(fù)位。輔操臺(tái)設(shè)有１個(gè)蜂鳴器，在系統(tǒng)有聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)發(fā)出聲響。輔操臺(tái)還設(shè)有聯(lián)鎖指示燈、報(bào)警指示燈、正常指示燈、聯(lián)鎖解除總開關(guān)、試燈按鈕、報(bào)警確認(rèn)按鈕。其中：聯(lián)鎖解除總開關(guān)，旋到“允許”位置時(shí)，流程中單個(gè)聯(lián)鎖回路才能解除聯(lián)鎖；試燈按鈕用于測(cè)試聯(lián)鎖指示燈、報(bào)警指示燈、正常指示燈及蜂鳴器是否正常，防止故障時(shí)不亮或不響誤導(dǎo)操作人員造成生產(chǎn)事故。輔操臺(tái)還設(shè)有報(bào)警確認(rèn)按鈕，用于確認(rèn)報(bào)警。

３．３．２　主要模塊設(shè)計(jì)

１）過程監(jiān)視模塊。該系統(tǒng)為每個(gè)聚酯單元繪制１幅流程圖，用于顯示邏輯控制及工藝參數(shù)等，是主要的監(jiān)控畫面。流程圖上方報(bào)警欄顯示當(dāng)前報(bào)警，可同時(shí)顯示３個(gè)報(bào)警，操作員及以上權(quán)限雙擊報(bào)警欄對(duì)應(yīng)報(bào)警可確認(rèn)報(bào)警。流程圖中還設(shè)置了１個(gè)報(bào)警確認(rèn)按鈕及試燈按鈕，功能與輔操臺(tái)對(duì)應(yīng)按鈕一樣，在輔操臺(tái)對(duì)應(yīng)按鈕故障時(shí)可以通過點(diǎn)擊流程圖上對(duì)應(yīng)按鈕代替使用。流程圖中還設(shè)有聯(lián)鎖投切允許總開關(guān)的狀態(tài)顯示，當(dāng)測(cè)量值達(dá)到聯(lián)鎖值（聯(lián)鎖投切開關(guān)閉合，即投入）與操作臺(tái)急停按鈕按下兩個(gè)條件至少一個(gè)滿足時(shí)觸發(fā)聯(lián)鎖，聯(lián)鎖條件恢復(fù)正常后需點(diǎn)擊“軟復(fù)位”按鈕才能復(fù)位。流程中還設(shè)有單個(gè)回路的“軟急停”按鈕實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)情況下手動(dòng)緊急停車。

２）趨勢(shì)模塊。用于查看檢測(cè)點(diǎn)的走勢(shì)信息，便于用戶從時(shí)間縱向角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。１個(gè)趨勢(shì)頁面#多可以顯示８?jìng)�(gè)檢測(cè)點(diǎn)趨勢(shì)，方便用戶做出測(cè)點(diǎn)信息的比較和分析。趨勢(shì)顯示有曲線和數(shù)字兩種方式，稱為“趨勢(shì)曲線顯示”和“趨勢(shì)數(shù)值顯示”，缺省為趨勢(shì)曲線顯示。

用戶可以自定義趨勢(shì)組，每個(gè)趨勢(shì)組可以同時(shí)包括模擬量和開關(guān)量。趨勢(shì)曲線畫面總是保持#近的一部分歷史數(shù)據(jù)，并跟蹤顯示檢測(cè)點(diǎn)的當(dāng)前值和狀態(tài)，當(dāng)畫面填滿時(shí)，已顯示的曲線平移后繼續(xù)跟蹤，時(shí)間刻度和日期隨之改變。通過翻頁操作可查看測(cè)點(diǎn)在歷史站保存的與當(dāng)前使用數(shù)據(jù)庫版本一致的歷史庫中的點(diǎn)值。

３）事件順序記錄ＳＯＥ模塊。ＳＯＥ以ｍｓ級(jí)的分辨率記錄中斷型開關(guān)量的變位信息，以便分辨事故的起始發(fā)生位置，并記錄事故發(fā)生后相關(guān)聯(lián)事件發(fā)生的先后順序。ＳＯＥ記錄的主要內(nèi)容包括事件發(fā)生的時(shí)間、類型、位置等。在Ｓａｆｅ－ＡｕｔｏＴｈｉｎｋ軟件中，只有定義了具有ＳＯＥ屬性即開關(guān)量點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)ＳＯＥ功能，對(duì)具有ＳＯＥ屬性的幵關(guān)量點(diǎn)稱為ＳＯＥ報(bào)警變量。根據(jù)開關(guān)量數(shù)據(jù)來源的不同將ＳＯＥ報(bào)警變量劃分為測(cè)點(diǎn)變量和簡(jiǎn)單變量?jī)煞N類型。

４　結(jié)束語

該聚酯裝置國(guó)產(chǎn)化ＳＩＳ已于２０１８年年底投入運(yùn)行，在行業(yè)內(nèi)具有較大的示范作用，系統(tǒng)的安裝實(shí)現(xiàn)了不停車實(shí)施安裝的先例。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，事實(shí)證明該ＳＩＳ選型得當(dāng)，設(shè)計(jì)合理，國(guó)產(chǎn)ＳＩＳ技術(shù)成熟，安全可靠，為裝置安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力的保障。