SIS在液氯系统中的应用

SIS在化工生产中应用的重要性。针对液氯工艺过程存在的安全问题，采用浙大中控TCS-900安全仪表系统，实

现了不正常情况及时切断物料，避免事故扩大;实现了氯气系统的有毒气体检测报警的全覆盖，保证了生产装置的

安全可靠运行，创造了良好的经济和社会效益。［中图分类号］TQ02& 2 ［文献标志码］B ［文章编号］1008-133X(2019)08 -0028-04Application of SIS in liquid chlorine systemSUN Jif eng, WANG Qingjun(Chlor - Alkali Plant, Jianghan Salt Chemical Industry Hubei Co. , Ltd.,SINOPEC, 433121 Qianjiang, China)Key words: safety instrument system ； safety integrity level ； process flow ； control scheme ； network

topologyAbstract: The difference between DCS and the safety instrument system ( SIS) and the basis for SIL

rating of SIS were introduced. According to the relevant rules and SIS regulations, this paper expounds

the importance of the application of SIS to the chemical production. Aiming at the security problem in the technological process of liquid chlorine, SUPC0N TCS 一 900 safety instrument system was applied,

realizing to timely cut off the material at abnormal situation and to avoid accident expanding, realizing the

full coverage of chlorine gas detection and alarm system so the safe and reliable operation of the

production equipment is ensured , and creating good economic and social benefits.中石化江汉盐化工湖北有限公司氯碱厂（以下 简称“江汉盐化工总厂”）烧碱产能20万t/a,副产

1原系统存在的安全问题11原工艺控制过程从氯气处理岗位送来的干燥氯气，一部分送至 漂粉精装置，一部分进入氯气液化器,在氯气液化器

氯气产能17万t/a左右。副产的液氯一部分由液 下泵升压输送给下游客户，一部分送充装台给槽车

运走及包装成1 t的液氯钢瓶由客户运走，另一部 分自用。产品氯气经液化装置冷冻成液氯输送到4 个储量为150 t的液氯储罐，每天自存80 t左右，整 个液氯系统采用DCS进行过程控制。依据GB

内与螺杆机压缩冷却的氟利昂间接热量交换，被冷 凝成液氯，液氯和气相不凝气经气液分离器分离,液

氯依靠位差流入液氯储罐，产生的尾氯（含不凝气） 被送去盐酸或次氯酸钠装置。液氯储罐中的液氯经

18218 -2009《危险化学品重大危险源辨识》第4条

危险化学品临界量界定：超过5 t氯气为危险化学 品重大危险源⑴。按照国家安监总局下发的2014

过液下泵加压，供液氯充装岗位进行液氯钢瓶充装 和槽车充装,或输送到液氯用户。其中，出入液氯储

［116］号文第13条要求，需对“两重点一重大项目”

设置安全仪表系统（SIS）O罐的液氯管线分别采用手动截止阀控制（如图1所* ［作者简介］孙继峰（1973—），男，工程师,1996年毕业于武汉测绘大学电子技术专业，现于中石化江汉盐化工湖北有 限公司氯碱厂从事氯碱生产的输、配电及整流技术、管理和改造工作。［收稿日期］2019 -06 -1528第8期孙继峰等：SIS在液氯系统中的应用示）。当外部发生泄漏或者其他工艺参数不正常情

况时,不能及时切断物料,引发事故扩大。出次液

氯去去平

氯酸盐抽衡回钠酸

空 管

流

图1改造前液氯储槽的管线控制图Fig. 1 Diagram of original pipeline control

of liquid chlorine tank1.2 DCS与SIS系统的区别上述工艺控制过程采用DCSO依据IEC61511 标准的规定,DCS属于基本过程控制系统的一种，用 于实现过程系统的控制，简而言之,DCS的作用是确

保过程受控，使过程系统的压力、液位、温度及流量 等参数控制在预先设定的范围，确保超过界限影响

工艺过程的稳定。与DCS用于执行过程控制不同，

在化工等过程装置中，为确保装置安全，还设置了用 于确保紧急情况下装置安全的SIS。SIS与DCS 一

样,也是由传感器、逻辑求解器和最终执行机构的系

统，但与DCS不同之处在于SIS仅用于安全目的，正 常情况下只要SIS所监控的参量未达到影响安全的 水平,SIS—般不执行动作。1.3 SIS应用的重要性国家越来越重视安全生产，持续出台相关标准 和意见。2010年，国务院下发国发[2010]23号《关 于进一步加强企业安全生产工作的通知》;2011年，

国务院下发国发[2011]40号《关于科学发展安全发 展促进安全生产形势持续稳定好转的意见》；2013

年、2014年国家安全总局分别下发了安监总管三

[2013J88号和安监总管三[2014]116号文《关于加

强化工安全仪表系统管理的指导意见》，强调所有 涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储 存设施，要设计符合要求的安全仪表系统。按照相 关标准，液氯储罐应设置SIS。2 SIS系统的SIL定级根据国家安监总局116号文《关于加强化工安

全仪表系统管理的指导意见》的要求，自2016年1

月1日起，各地的安监局逐步对于“两重点一重大 项目”要求进行SIL定级与验证。SIS的SIL功能分 配,SIL的确定、设计、安装、验收和维护，涵盖了装

置的生命周期。江汉盐化工总厂请青.岛安工院进行 了危险与可操作性分析（简称“ HAZOP” ），依据SIL 划分方法将氯气系统定为SIL2级。SIL等级划分方

法如表1所示。表1 SIL等级划分方法Table 1 SIL rating methodANSI/ISA-S84.01SIL等级划分方法IEC 61508几乎没有事故，很少有人员受伤

或死亡，不会造成大的经济损SIL1失。一旦事故发生，将轻微影响

SIL1到设备或产品，但不会马上污染

环境事故属于偶发，并有少量人员受

伤或死亡,会造成较大的经济损SIL2失。一旦事故发生，将较为明显 SII2地影响到设备和产品，并可能污 染环境事故的发生频率较高，并造成一 定的污染和人员的受伤或死亡会造成严重的经济损失。一旦 SIL3事故发生,将严重影响到设备和 SIL3产品，并有对环境造成严重污染

的可能性IEC 61508限定该等级应用于核

工业SIL43实施方案采用独立于DCS的SISO SIS包括安全联锁系 统、紧急停车系统、有毒有害、可燃气体及火灾检测 保护系统等。江汉油田盐化工总厂液氯储罐系统主

要采取了紧急停车系统和有毒气体检测保护系统。

目前国内只有3家安全仪表系统核心部件的安全系 统控制器获得TUV认证。江汉油田盐化工总厂采 用了浙大中控生产的TCS - 900系统,可提供SIL3

级的配置，完全满足系统的要求。系统改造包括工 艺流程变更、硬件软件配置、网络配置、控制方案设

计等相关工作。3.1工艺流程变更改造后液氯储槽的管线控制如图2所示。29氯 碱 工 业2019 年出次液

氯氯酸去盐去平钠酸抽衡回

干 管

流 图2改造后液氯储槽的管线控制图Fig. 2 Diagram of improved pipeline control

of liquid chlorine tank如图2所示:在4台液氯储罐进口安装2台紧 急切断阀（气动开关球阀），出口安装1台紧急切断 阀。采用的气动开关阀为FC&带易熔元件自动切 断装置，易熔元件在环境温度达到（70±5）乜时熔

化，实现阀门自动关闭，仪表系统增设现场8个切断 阀的手动操作开关及与原有压力、液位不同类型的 传感器各4块。3.2仪表系统配置仪表系统选用浙大中控生产的TCS-900o.

3.2.1系统硬件配置TCS-900系统硬件由工程师站和安全控制站

构成,控制站由控制器模块、安全输入模块及其端子 板、安全输出模块及其端子板、网络通信模块组成。 系统的控制器模块、网络通信模块和I/O模块都安

装在机架中,TCS-900系统的机架分为主机架和扩

展/远程机架，主机架与扩展机架通过扩展通信模块 和光纤电缆实现连接。现场I/O信号接入与I/O模

块配套的I/O端子板，再通过DB电缆接入到I/O 模块的3组通道中。3.2.2 软件配置安装有中控安全控制系统软件（SafeContrix软 件包）。软件集成了硬件组态、变量组态、控制策略 开发、系统诊断等功能。TCS-900系统通过组态软

件端的用户权限控制，并结合控制站端的操作权限 （钥匙开关）限制，实现系统授权管理。例如：用户 只有同时具有SafeContrix软件的工程师操作权限、

30授权的软件狗、联机密码、且控制站的操作权限开关

处于ENG或ADM模式时，才能对控制站进行下载、

调试、强制、切换控制器运行状态等联机操作。3.2.3网络拓扑图SIS网络拓扑图如图3所示。工程师站

FAR机柜间GDS监控站旨SISSIS1口QQpgBAnn ccnl图3 SIS网络拓扑图Fig. 3 SIS network topology3.2.4控制方案

根据现场控制点位，清点了详细的I/O点数（如表2所示）。表2 SIS输入和输出点Table 2 SIS input and output points类型AIAI(GDS)DIDODO(GDS)合计要求点数16301316277配置点数32643232

16176卡点数3232321616N/A卡件数1212

17按照停车要求提出了装置联锁控制策略及编制

相关程序。用于在储罐超过设定液位（95%）或储罐压力

超过高高报警设定值（1-25 MPa）时,S1S发岀联锁 信号自动关闭进料阀。每个储罐的联锁是独立的,

联锁动作互不影响。正常运行时，进口和出口切断 阀都是打开的，现场限位开关也能在DCS上看到阀 门状态（CLOSE，红色，阀门关闭；OPEN,黄色，阀门

开启）。液位、压力、氯气检测仪检测值均能在SIS

上监测。当出现报警时,SIS操作台报警铃响、报警

灯闪烁,SIS操作站报警信息栏也会出现报警信息。 只有在液位、压力高高报警时进料切断阀才会自动 关闭，其他报警信息为提示性报警。一旦超液位或

超压,SIS联锁动作将该储罐入口紧急切断阀自动 关闭,SIS操作台就会出现超液位（或超压）声光报

警,操作人员须将SIS操作台上的报警确认按钮按

下，消除声音报警。此时，如果超液位（或超压）报 警没消除，切断阀无法打开（只能在现场将该切断

阀手轮转换手柄转到手动位置，然后转动切断阀手 轮将切断阀手动打开）。只有当超液位、超压力报 警全部消除恢复正常值时，将操作台上的复位及第8期孙继峰等：SIS在液氯系统中的应用SIS联锁流程图上的复位按键按下,然后在操作台

上将阀门手动开关转到“开”位置才能将阀门打开。理工作亟待加强。随着化工装置、危险化学品储存设施规模大型

现场8个切断阀的操作开关安装在储罐区外西 北边管架立柱上，对应位号为KV- 1803 - 1、KV-

化、生产过程自动化水平逐步提高，同步加强和规范 安全仪表系统管理，十分紧迫和必要。1803 -2、KV - 1803 -3、KV - 1803 -4：1* ~4\"罐进

口进料阀 KV - 1803 -5、KV - 1803 -6、KV - 1803

5应用效果液氯储罐的进口管线和出口管线上只有手动截 止阀，都是由人去手动关闭的，费时费力，一但哪个

-7.KV -1803 -8为1 — 4*罐出口切断阀。这8个

现场开关的用途是:正常生产时开关在开的位置,在 紧急情况下使用，一旦开关转到关的位置阀门将关

储罐出现泄漏，要及时关闭阀门，使储罐进入预定安

全状态是很难做到的;实现了氯气系统有毒气体检

闭。正常情况下，这8个开关严禁操作，须作好防止

测报警的全覆盖，实现了生产装置的安全、稳定、长 周期运转,创造良好的经济效益。随着工业企业生产装置的日趋大型化,工艺过

误操作的防护措施。3.2.5有毒气体检测报警SIS依据GB 50493—2009《石油化工企业可燃气体

程的不断复杂化，生产过程中发生危险的可能性也 呈增大趋势。一旦生产过程出现异常且控制不当， 将会给人身和财产安全造成严重后果。近年来国家

和有毒气体检测报警设计规范》的规定:在有毒气

体的生产设施及储运设施的区域内，泄漏的可燃气 体浓度可能达到报警设定值时，应设置可燃气体探

对安全工作愈来愈重视，出台了对重大危险源的定 义和相关法规。自动化安全仪表系统的概念更多地 得到国家安全部门和企业的重视和认可。为了及时

测器和有毒气体探测器，沿生产区周边设置线型气 体探测器，其所覆盖范围内的任一释放源的水平距 离不宜大于2 m,采用UPS电源装置供电⑵。依据

响应生产装置和设备可能发生的危险，避免保护措 施不当行为致使继续恶化的状态，使生产装置和设 备进入一个预定义的安全停车工况，从而使风险降

规范要求液氯库装置共布置探测器21个，氯气检测

仪监测值在SIS上显示和报警。现场每个检测仪都 有声光报警。另外，在储罐区和充装厂房内各安装

低到可以接受的最低程度，保障人员、设备和生产装

一个区域报警器。当该区域内任意一个检测仪超标 报警时,现场报警器也会报警，操作人员应该到现场

置的安全,SIS应用势在必行。参考文献检查是否有氯气泄漏，及时进行处置并在报警记录

［1］ 中国国家标准化管理委员会.GB 18218 -2009危险化

本上作好处置记录。学品重大危险源辨识［S］.北京：中国标准出版社，

2009:2.4存在的问题SIS设计和应用方面，也存在一些问题。存在危险与风险分析不足、设计选型不当、冗余 容错结构不合理、缺乏明确的检验测试周期、预防性

［2］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50493

-2009石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设

计规范［S］.北京冲国计划出版社,2009：5-6［编辑:蔡春艳］维护策略针对性不强等问题，规范安全仪表系统管稳定作用⑴O(上接第27页)增大了反应体系中活化分子的 含量,使有效碰撞机会增大，反应速度常数增大，分

5结语内蒙古君正主要采取降低氢氧化钠碱液浓度和 降低循环碱液温度的方法解决废气吸收塔进气管道

解加快。相关研究表明：温度低于25乜时分解缓 慢，温度高于30 T时分解速度明显加快。次氯酸钠

应尽量在低温避光条件下保存，以有效降低其分解 速度。结晶问题,同时对塔内氯气分布器进行了固定，目前 一级废氯气吸收塔运行情况已恢复正常。以上提到

(3) 控制次氯酸钠溶液的pH值。pH值对其稳

定性有很大的影响。一般PH值在12以上时，次氯

的措施均可以缓解或解决次氯酸钠溶液结晶问题，

在实际生产中可根据具体情况选用相应措施。参考文献酸钠相对比较稳定，不易分解。(4) 添加稳定剂。研究表明次氯酸钠分解随着

［1］章斯淇，李永毛，李涛，等.BiTAC离子膜电解槽膜极距

*含量的增加而加快，含有铁离子的次氯酸钠溶 Fe液中加入硅酸钠稳定剂，对次氯酸钠溶液有较好的

改造的降耗效果和经济分析［J］.氯碱工业,2015,51

(3)：7-9.

［编辑:蔡春艳］31