成品罐区控制系统技改

贺 澎，刘学勇，王计涛，张 全，訾旭华，路建国

（内蒙古伊泰煤制油有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

0 引言

某公司成品罐区设置有石脑油罐4个（2000m3）、液化气罐2个（1000m3）、柴油罐3个（3000m3），经安全评估该罐区为二级重大危险源[1]。按照《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》安监总管三〔2014〕116号文件要求：“从2018年1月1日起，所有新建涉及“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，其它新建化工装置、危险化学品储存设施安全仪表系统，从2020年1月1日起，应执行功能安全相关标准要求，设计符合要求的安全仪表系统[2]。”

技改前罐区控制系统采用RTU控制，每两个罐采用一台RTU进行控制，按照距离罐区控制室物理位置由远及近，采用MODBUS串行通讯方式将罐区的控制参数上传至罐区控制室，对于阀门和泵的操作也通过通讯方式由上位机通讯至对应的RTU。这种控制方式在罐区这样的控制点相对少、物理位置分散的装置上普遍采用。随着近几年罐区事故多发，安监总局的多份文件要求加强对于重大危险源的安全管理，安监总管三〔2014〕116号文件则明确规定了重大危险源需要配置安全仪表系统，现有系统无法满足现行安全法规要求。

本文所述的技改项具有广泛的代表性，2014年之前国内罐区采用RTU控制系统的情况较普遍。因此，本文所述的技改对其它未进行技改的装置具有参考和借鉴意义。

1 成品罐区控制系统技改背景

1.1 系统现状

该系统于2007年设计，2009年施工完成投用。系统采用当时常见的RTU（远程终端单元）控制。RTU控制器为三菱PLC，每两个罐组使用一台RTU，点数就能满足要求。当时设计采用RTU是处于成本考虑，罐区设置较为分散，且IO点相对较少。相比于采用DCS系统，将RTU控制终端设置在现场（罐区围堰内），可以大量减少分支电缆及总电缆使用，降低系统投资。因此，在罐区建设时控制系统广泛采用RTU的情况下，该罐区控制系统也采用了RTU控制。

1.2 RTU控制系统存在的问题

1）目前控制系统设置不满足国家安监总局安监总管三〔2014〕116号文件要求，未设置SIS及独立的有毒可燃气体报警系统。近年来内部外部安全检查均列为整改项。

2）根据目前成品罐区安全监管要求和现有系统实际设置情况，成品罐区各储罐上仪表检修时，在RTU内无法对检修仪表单独断电，只能把整个RTU控制柜断电，检修完毕后送电，在检修期间整个RTU处于无电状态，操作人员无法对相应储罐参数进行监控，存在安全隐患。

3）现场RTU控制柜距离控制室最远距离为500m左右，通讯距离较长，上位显示和操作等存在约为2s以上的滞后，指令不能得到及时的执行，无法实现紧急停机。

4）因RS485长距离通讯传输稳定性差，容易受到周围环境干扰的影响，部分仪表经常出现波动和误报警现象，影响工艺的操作及工况的判断。成品罐区各罐仪表曾多次出现：在现场仪表实际未出现波动的情况下，上位机指示瞬间超量程、数值指示最大的现象。尽管已经采取RTU柜内增加安全栅等措施，但该问题仍未能彻底解决。

5）RTU柜内PLC供电由控制室内24V稳压电源提供，供电距离长，线路电压损耗较大，可燃有毒报警器出现声光报警等用电波动时，容易造成PLC供电不足，停止运行现象。导致上位机无法监控相应罐参数，存在安全隐患。

1.3 技改目标

希望通过技改，一方面提高系统可靠性及可维护性，满足生产和操作要求，更重要的是，技改完成后，成品罐区控制系统需要完全符合国家现行法律法规，满足安全性的要求。

2 成品罐区控制系统技改方案

2.1 技改难点

1）本次技改所需DCS使用原某项目退役DCS进行利旧，现有各类型控制点数可以满足要求，但根据设计要求需要重新排布卡件位置，增加安全栅，控制柜内部变更较大，安全栅需要重新采购，如果柜内安装空间不足需要增加机柜，且机柜内部接线改动工程量较大，需要将DCS利旧单独打包给DCS供应商进行改动。

2）SIS系统需要按照设计院规格书进行采购。

3）采购及敷设各类电缆21700m，敷设电缆桥架680m，其中至少120m在罐区围堰内，且敷设桥架均为动火作业，施工难度较大。

4）为确保罐区控制正常，所有施工需要在装置停车大修前完成，停车大修时进行两套系统切换，工作量大，需要装置区及控制室内各有176个IO点的接线需要进行调换。

综上所述，该项目为系统工程，设计院出图涉及电气专业、给排水专业、暖通专业、土建专业、自控专业，从专业跨度、施工难度、施工量角度考虑需各专业通力配合，任何一个环节出现纰漏都会导致新旧系统切换时间增长，增加罐区安全风险。

2.2 技改设计

本项技改涉及电气专业、给排水专业、暖通专业、土建专业、自控专业设计及施工。

◆ 电气专业

1）本项目在机柜室新增一台空调，电源引自原有空调电源回路。

2）无需新增UPS电源，采用原有系统UPS电源。

3）系统接地采用原有系统接地。

◆ 暖通专业

本项目需新增一台空调，380V N=2.77kW，拆除部分原有暖气，确保机柜间部分没有暖气管线。

◆ 土建专业

对原控制室进行改造，利用玻璃幕墙隔离出一个机柜间，新系统机柜安装至机柜间内，系统切换完成后，拆除原有RTU供电柜。

◆ 自控专业

1）设计单位发布DCS规格书，业主招标对一套DCS系统进行利旧，原有DCS控制器、卡件基本不变，需要按照罐区设计要求完善机柜内部卡件位置调整，增加安全栅。

2）根据现有国家安全规范对罐区安全的要求，为保证操作人员生命及公司财产的安全，本项目新增SIS系统一套，石脑油及液化气储罐的安全联锁在SIS系统中实现。SIS系统设置在交易大厅二楼现场机柜室，装置设置独立控制器。根据SIS规格书采购SIS。为降低项目投资，采购国产SIS。

3）根据现有国家安全规范对罐区安全的要求，本项目新增一套独立的可燃和有毒气体控制系统GDS，整个罐油区的可燃和有毒气体报警器接入系统。系统要求经过SIL认证，为降低投资，采购国产GDS。

4）设计单位根据现场实际情况设计电缆走向，必要时增加电缆桥架。根据现场测量的距离编制电缆清册。

5）设计单位根据现场实际需要的安装材料编制材料清册。

图1 交易大厅机柜室平面布置图Fig.1 Floor layout of cabinet room in trading hall

2.3 技改施工

本项目的控制系统监控成品罐区的各项参数，影响着成品装车。因此，项目实施的难度主要集中在项目施工。即便在整个装置停车大修期间，罐内也存有物料，很多时候需要进行物料装车作业。因而，需要在开工前制定详细的施工方案，确保不因系统技改出现各类生产或安全事故。

1）原有系统在线运行，安装新系统

新系统没有完全上线前，旧系统需保持运行状态。本项目施工需要先将新系统安装调试完成，逐罐进行切换，缩短罐区测点切换时间。在装置停车前1个月，开始机柜安装、桥架安装，电缆敷设等工作。完成这些工作需要在罐区围堰内进行动火作业，根据现行的安全管理要求，需要完整的工艺交出及监控措施。本项目施工时编制了详细完整的控制措施，并由公司安监部安排人员参与作业监护。由于涉及到爆炸危险区域内动火作业，作业前需编制详细的作业方案，过程中应严格按照方案提出的措施执行。

2）新系统上电调试

新系统安装完成后，立即开始上电调试工作。由于现场测点未接入系统，当前阶段可以完成的工作是将厂家的组态程序导入新系统，对各类IO点抽查测试，基本是每个卡件只抽查一个点。联系工艺人员核对联锁和操作画面组态，发现问题及时修改。这部分工作能够保质保量提前完成，是缩短系统切换时间的根本保证。同时完成主电缆的剥线、校线工作，准备按照工艺交出计划，逐罐进行系统切换。

3）系统切换

新系统调试正常，主电缆敷设完成，校线完成，开始按照工艺交出的罐进行系统切换。限于现场条件，原有RTU的防爆接线箱安装在就地控制柜内，为了利用就地控柜，只能先拆除原有RTU防爆箱，安装新的防爆接线箱，此时该RTU所带罐处于进出口阀均关闭状态，物料无进出，工艺人员采用就地仪表监控物料状态，每个RTU切换时间约为10h。

在原RTU系统中，所有点均在同一个RTU中接线，新系统将DCS、SIS、GDS分别独立设置。因此，在现场也按照测点接入的系统分别设置防爆接线箱，不仅符合规范要求，同时也便于后续维护。

4）旧系统拆除

系统切换完成后，现场的RTU已拆除完毕，需要拆除的还有原操作室的RTU供配电柜，拆除新机柜间的暖气管线，这些工作完成后，进行玻璃幕墙施工，将原有操作室的一部分变更为机柜室，如图1所示。

3 技改验收

系统切换完成后，按照《GB50093-2013工业自动化仪表工程施工及质量验收规范》的要求[3]，对项目进行验收。同时，工艺人员按照成品罐区原有工艺设计，对联锁逻辑进行测试，完全满足工艺要求。

4 结束语

本项目的顺利实施和完成解决了该公司罐区控制系统合法性的问题，同时提高了系统的可靠性和可维护性，对于行业内有一定的参考借鉴意义。随着近些年罐区安全事故频发，国家安监总局发布一系列文件，要求加强重大危险源的管理，〔2014〕116号文件更是对于罐区控制系统提出了详细的要求，并对系统技改规定了时间后墙。因此，凡是有重大危险源的项目，尤其不是2014年以后设计的项目，罐区控制系统或多或少存在与现行法律、法规、文件不符之处，且在2018年底必须要完成合规性技改。

本项目的技改顺利实施并通过验收，可以给行业内的其他企业作为参考，有着推广意义。