徐志奇 王可奇 刘丽媛

中国石化集团第五建设公司 甘肃兰州 730060

浅谈安全仪表系统（SIS系统）在煤化工项目中的应用

徐志奇 王可奇 刘丽媛

中国石化集团第五建设公司 甘肃兰州 730060

随着人们对装置安全及人员保护的要求逐步提高，安全仪表系统（SIS系统）会得到越来越多的重视和应用。本文简述了SIS系统的必要性、发展趋势及其优势，简要介绍了HONEYWELL公司的SIS系统在神华包头煤制烯烃项目中的配置方式及其操作模式，由于其配置方式已经在神化包头煤制烯烃项目中实施成功，这对以后大型煤化工装置SIS系统的配置有着重要的指导意义。

SIS(安全仪表系统) 冗余/容错 控制系统 控制器

神华煤制烯烃项目于2006年12月获得国家发展和改革委员会核准，总投资165亿元，是迄今为止经国家核准的唯一的煤制烯烃项目，也是世界首套煤制烯烃工业化生产示范基地。项目建设规模：180万t/a煤制甲醇、60万t/a甲醇制烯烃、30万t/a聚乙烯、30万t/a聚丙烯、4套6万m3/h空分制氧、3套480t/h蒸发量的热电站以及辅助生产设施和公用工程等。核心技术采用国内自主知识产权的甲醇制烯烃技术，其他主要工艺装置均采用世界先进的煤化工/石油化工技术，包括GE水煤浆气化技术、德国林德公司低温甲醇洗技术、英国DAVY公司甲醇合成技术、美国DOW公司聚丙烯技术、美国UNIVATION公司聚乙烯技术等。

1 SIS系统的必要性

在石油化工工业多数物料易燃易爆，操作条件为高温高压，易发生安全事故。随着石油化工装置规模的日趋大型化，设计操作指标越发贴近安全临界点，造成事故发生的可能性也在增加，故而人们对安全系统提出了新的要求。一套好的SIS系统能够有效降低整个系统的风险、提高系统装置的可靠性，在石化等行业，SIS系统已经成为保障企业安全可靠运行的必备手段之一。

2 SIS系统发展趋势及其优势

安全仪表系统的实现经历了从气动系统，继电器系统，固态继电器系统到PLC系统几个发展阶段。安全仪表系统将力求具备更高的过程可用性及更低的维护成本，作为一个系统，本身也存在出现故障的可能性，由于SIS可提高化工装置的本质安全度,保障生产过程的安全、稳定运行,最大限度地减少由于过程失控造成的人身伤害和设备损坏，未来SIS系统会朝智能化方向发展，逻辑控制器通过跟现场智能仪表进行的数字通讯，可以在装置跳车之前提醒操作员或者维护人员来自于现场设备的问题或者故障，从而提高系统的可用率。

2.1 SIS系统的优势

2.1.1 冗余技术的发展

容错手段主要是冗余、自诊断和在线维护修理。容错机制是指一个和多个元件或部件出现故障时系统仍能继续运行的能力。容错系统能发现故障并排出故障的影响。新型SIS（如TRICON）可以实现系统所有部件和部分相关设备故障的容错特性。据有关数据显示SIS系统故障40%属于传感器，50%属于执行机构，对此目前推出了具有安全水平认证的变送器产品，相关产品达到了IEC61508SIL1～4安全等级并获得TUV认证，执行元件采用冗余配置提高了系统的可靠性和可用性，一般采用下列两种方式：采用冗余的阀门，每套阀门配套冗余的电磁阀；对于切断回路执行设备应为串联安装的2台切断阀，对于放空回路执行设备应为并联安装的2台放空阀这在神化包头煤制烯烃项目中已有很好的应用。

2.1.2 安全系统与控制系统同在

伴随着石化MAV项目的日益增多，DCS与SIS打包的现象将愈加普遍，霍尼韦尔正利用其DCS的强大市场动力推动其SIS系统的发展，并已在煤化工市场上取得相当好的成绩，例如神华包头煤制烯烃项目。由于控制系统的可靠性不足以保证安全系统的可靠性，现阶段安全系统与控制系统集成，又完全独立，所有的SIS数据对其它系统来说都是可用并可直接引用的（如DCS系统、PDS系统），充分满足了一个流程画面上对DCS包括SIS数据同时显示的功能。这些优势，很好的保证了我们在较短的工期内，实现和满足了用户的需求。

3 SIS系统在神化煤制烯烃项目的应用实例

SIS系统由霍尼韦尔（香港）有限公司负责设计，采用霍尼韦尔推出故障安全系统（FSC），设计及供货范围为MAV框架协议要求及内容。主要包括系统硬件及软件的配置，SOE站及冗余光缆配置，系统组态，系统生成，技术支持及现场服务。神化包头煤制烯烃项目使用的霍尼韦尔公司最新的SM控制器，采用霍尼韦尔推出故障安全系统（FSC）帮助专业人员监控SIS系统的运行状况和可靠性。通过精确监控系统状态，减少对其进行的不必要的维护，并能够将导致安全事故和工厂意外停机的故障减至最少。

（1）本项目采用联合控制室（UCR）和现场机柜室（FRR）分离设置的方式，正常生产时操作员都在联合控制室，现场仪表信号通过电缆连接到现场机柜室，从现场机柜室至联合控制室的信号采用双冗余光缆，生产装置SIS系统的辅助操作台设置在相应的联合控制室，SIS系统控制器设置在相应的现场机柜室，操作管理人员在联合控制室完成生产装置的控制、监测、报警及报表等工作。联合控制室设置：

UCR1:第一联合控制室，电站。

UCR2：第二联合控制室，甲醇装置。

UCR3：第三联合控制室，烯烃装置。

本装置正常工况的操作在第三联合控制室（UCR3）中完成。

（2）神化包头煤制烯烃项目SIS系统采用了HONEYWELL公司最新的SM控制器。SIS系统采用三重化中央逻辑控制器的可编程控制器（ProgrammableLogicController-PLC）完成装置的紧急停车（ESD）。HSMS采用SM-2004D配置：每套SIS系统有20%的裕量空间用于安装I/O卡件，控制器负荷能力包括扩展能力。按照DIN19250标准，SM-2004D配置符合TUV AK6级及IEC 61508 SIL3级标准安全认证。这种两套完全平行运行、完全冗余的系统能对单系统容错。如图1所示。

（3）各装置独立设置控制器，以确保人员及生产装置、重要机组和关键设备的安全，而且对于有多个系列的装置（如气化装置有7台气化炉），每个系列都配独立的控制器。

（4）对于离联合控制室较远的装置，从辅操台到SIS系统的控制器无法用硬接线实现信号的可靠传送，因此在联合控制室设置了1台SIS远程控制器，辅操台上的信号先通过硬线接到SIS远程控制器的输入/输出卡件，SIS远程控制器与装置SIS系统控制器间通过TUV认证的冗余安全网来传送信号。如图2所示。

（5）SIS系统按照故障安全型设计，与DCS系统实时数据通信，在DCS系统操作站上显示报警及打印。SIS系统设工程师站和顺序事件记录站，显示报警及操作通过辅助操作台上的开关、按钮和DCS系统操作站来完成。

（6）SIS系统的HART信号经过FTA时被分离出来，经过HART信号分离器MTL4842进入MTL4841模块，再经过RS485串行通讯接口接入AMS系统，实现智能设备的统一管理。

（7）在PP装置现场部分HART信号进SIS系统，经SIS系统处理后，一路通过电缆返回至现场二次指示表进行指示，一路通过电缆至PDS系统，这样SIS系统的数据就可以随时被PDS系统共享，从而对其进行实时调节控制。

4 总结

HONEYWELL公司最新的SM控制器通过跟现场智能仪表进行的数字通讯，可以在装置跳车之前提醒操作员或者维护人员来自于现场设备的问题或者故障，通过和现场智能仪表的配合，用户可以进行预测性维护，这样就增加了装置过程的可用性，大大减少了因设备故障而发生的停车时间，。随着人们对装置安全及人员保护更加深刻的认识，安全仪表系统会得到越来越多的重视和应用。

1 Wayne Labs．DcSs adopt standards．becolllC enterprise-friendly．I&CS．2000(7).

2 安全仪表系统发展与市场分析，中国变频器行业网，2009（7）.

3 匡蕾等 基于危险工艺装置设置安全联锁系统的研究，《中国安全科学学报》，2009（7）.

TH6

B

1672-9323（2011）01-0075-02

2010-08-11）