液氯贮槽的安全仪表系统（SIS）改造总结

王海斌，杨永财，黄克劲，张海霞

（内蒙古亿利化学工业有限公司，内蒙古鄂尔多斯014300）

内蒙古亿利化学工业有限公司成立于2004 年4月，目前年产50 万t聚氯乙烯树脂、38 万t烧碱、1.5 万t液氯及8 万t盐酸。依据国家相关部门已对该公司危险化学品重大危险源评估的结论，其中认定烧碱装置系统已构成一级重大危险源，涉及到的重大危险源物质有氢气、氯气和氯化氢。烧碱生产装置系统包括：电解、氯氢处理、氯化氢/盐酸、次氯酸钠装置以及液氯贮槽、液氯钢瓶和事故氯气处理单元，其中液氯贮槽是该公司重点监控重大危险源之一。

根据国家安全监管总局《关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》（安监总管三［2009］116 号）、国家安全监管总局《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》（安监总管40 号令）、《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）、《化工（危险化学品）企业安全检查重点指导目录》（安监总管三〔2015〕113 号）文件的要求，以及该公司液氯贮槽的实际情况，对该装置安全仪表系统进行了改造，并采用了浙江中控自主研发的TCS-900 安全仪表系统，且系统于2018 年3 月投入使用。

1 安全仪表系统

安全仪表系统，Safety instrumented System，简称SIS，又称为安全联锁系统（Safety interlocking System）[1]。

SIS 系统独立于集散控制系统（DCS）[2]，其级别高于DCS 系统。在正常情况下，SIS 系统是处于静态的，无需人员操作。只有当生产装置出现紧急情况时，不经过DCS 系统，而直接由SIS 系统发出联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成严重损失。

2 原DCS 系统联锁逻辑

氯气液化装置包括了冷凝机组、液氯贮存和包装、冷水机组3 个单元。液氯贮存和包装工艺流程示意图见图1。

图1 液氯贮存和包装工艺流程示意图

根据液氯贮槽工艺的操作规程，在DCS 系统画面引入贮槽液位、压力、温度监测点和进出口控制阀，以及有毒气体监测仪（GIAT0123～0127）等设备，并要求DCS 系统程序中加入液氯贮槽进出口阀门的联锁控制。

以液氯贮槽（V0603A）举例说明，其进出口阀门的动作条件如下。

（1）进口阀动作条件。当GIAT0123（液氯中间槽V0604AB 之间的氯气监测仪）与GIAT0124（液氯贮槽V0603AB 之间的氯气监测仪）的高高报警信号同时触发，并且PLAC（液氯贮槽V0603A 联锁投入允许信号）值为1 时，或者LIA601A（液氯贮槽V0603A 的雷达液位计）的高高报警信号触发后，强制关闭液氯贮槽（V0603A）的进口阀门XV601A。

（2）出口阀动作条件。当LIA602AB（液氯中间槽V0604AB 的雷达液位计）的高高报警信号同时触发后，强制关闭液氯贮槽（V0603A）的出口阀门XV602A。

3 SIS 系统改造

由于现有DCS 系统不能满足SIS 系统的相关要求，依据国家相关法律文件以及液氯贮槽现有工艺监测点和控制设备，并按照SIS 系统的完整性、独立性和安全等级要求，进行了液氯贮槽SIS 系统招标，由设计院进行SIS 系统的设计及选型。经过对多家系统集成商的技改方案、供货周期和同行业的业绩评比，最终方案采用了浙大中控TCS-900 安全仪表系统。

3.1 TCS-900 系统简介

TCS-900 系统是浙大中控面向工业自动化安全领域，自主研发的安全仪表系统。该系统采用完全三重化[3]五次表决的高可靠结构设计，由获得TÜV Rheinland SIL3 认证[4]且符合IEC61508 标准的安全模块组成，满足SIL3 应用要求。可应用于石油天然气、大型石化化工、能源等领域的关键过程安全控制场合，包括ESD 系统、FGS 系统、BMS 系统和CCS系统等。

3.2 系统结构

TCS-900 系统硬件由SIS 系统辅操台、操作站（兼工程师站）和安全控制站构成。安全控制站由控制器、输入模块、输出模块、网络通信模块以及IO端子板组成，SIS 系统辅操台信号、现场仪表I/O 信号和DCS 系统共享数据都通过I/O 端子板和DB 电缆接入到机架I/O 模块的通道中，TCS-900系统结构示意图见图2。

图2 TCS-900系统结构示意图

3.3 主要部件

TCS-900 系统的主要部件包括机架、控制器、网络通信模块、各类I/O 模块和端子板等，控制站部件列表见表1。

3.4 监测点和控制回路

切断阀根据工艺要求，送控制室DCS 系统的液位联锁回路10 个，切断阀遥控10 个。进入DCS 的IO 点数及类型如下。

（1）模拟量输入信号10 个（其中新增5 个，利旧5 个）；

（2）开关量输入信号20 个（利旧20 个）；

（3）开关量输出信号10 个（利旧10 个）。

表1 控制站部件列表

根据工艺要求另有10 套液位联锁控制回路送入SIS 系统。进入SIS 系统的IO 点数及类型如下。

（1）模拟量输入信号10 个；

（2）开关量输入信号27 个；

（3）开关量输出信号16 个。

3.5 SIS 系统辅操台

液氯贮槽SIS 系统辅操台主要包括5 个贮槽急停完成指示灯、5 个贮槽阀门急停按钮、综合报警灯、蜂鸣器、消音按钮和试灯按钮。辅操台主要用于触发SIS 系统急停按钮、急停信号复位以及SIS 系统报警指示和确认。

3.6 SIS 系统逻辑关系

以液氯贮槽（V0603A）阀门动作条件举例说明，SIS 系统的逻辑关系示意图见图3，进出口阀门动作条件如下。

（1）生产装置运行正常，且液氯贮槽（V0603A）的进口阀门VX601A、出口阀门XV602A 都在关闭状态。

液氯贮槽（V-0603A）雷达液位计ALT-601A 和外测试液位计ALT-601A1 均显示正常，液氯贮槽（V-0603A）阀门急停按钮DHS-A 未按下，并且2 台液位计的联锁允许信号已投入，逻辑关系中的RS触发器输出保持不变（前一次复位后的输出值），电磁阀CXY-601AA1、CXY-602AA1 均保持原有状态，液氯贮槽（V-0603A）进出口阀门VX601A、XV602A 不动作。

操作画面的状态：逻辑输入条件和输出结果对应的状态指示全为绿色，逻辑关系中所有的线条为绿色。

（2）生产装置出现异常情况，且液氯贮槽（V0603A）的进口阀门VX601A、出口阀门XV602A都在开启状态。

雷达液位计ALT-601A 显示值≥80%或外测式液位计ALT-601A1 显示值≥80%，或者阀门急停按钮DHS-A 已按下，并且两台液位计的联锁允许信号已投入，逻辑关系中的RS 触发器输出低电平，电磁阀CXY-601AA1、CXY-602AA1 均在失电状态，进出口阀门VX601A、XV602A 全部关闭。

操作画面的状态：逻辑输入中异常条件的状态指示由绿变红，逻辑关系中对应的线条由绿变红，输出结果中4 个电磁阀的状态指示全部由绿变红。在操作窗口报警栏中将显示报警信号并闪烁，电脑主机发出报警声音。

SIS 辅操台状态：综合报警灯闪烁，蜂鸣器发出响声；如果是因阀门急停按钮DHS-A 被按下时，液氯贮槽（V-0603A）急停完成指示灯也变红色。

（3）联锁复位

当生产装置的异常情况已排除后，且液位计ALT-601A、ALT-601A1 均显示正常，SIS 辅操台上的阀门急停按钮DHS-A 也进行了手动复位，操作人员只需在操作画面中点击复位按钮一次，之后逻辑关系中的RS 触发器输出高电平，电磁阀CXY-601AA1、CXY-602AA1 均在得电状态，进出口阀门VX601A、XV602A 才允许操作人员从DCS 系统中手动开启。

3.7 SIS 系统操作规范

SIS 系统操作规范如下。

（1）SIS 系统的操作开关、按钮均由生产装置指定人员操作。操作人员必须爱护设备，保持设备的清洁卫生。

（2）操作人员必须懂得正确操作和使用SIS 系统，加强SIS 系统知识的学习。

（3）操作人员必须注意保护自己的SIS 系统，对登录系统的口令必须保密。

（4）不得允许任何无关人员使用自己的SIS 系统，严禁擅自或允许其他非专业技术人员修改自己SIS 系统的重要设置。

4 存在隐患

液氯贮槽的有毒气体监测点同时引入DCS 系统和SIS 系统，虽然DCS 系统中已经做了相应的联锁控制，但是SIS 系统的逻辑关系中未加入其联锁控制，这一点需要引起关注。由于SIS 系统的安全级别高于DCS 系统，如能在SIS 系统中引入有毒气体监测点的联锁控制，一旦检测到其报警，SIS 系统可以快速响应，直接触发急停保护联锁。

5 结语

在液氯贮槽的安全生产管理中，安全仪表系统是非常特殊的控制系统，在日常的使用和维护中必须遵循严格的安全标准和操作规范，综合多种安全可靠的措施，实施正确操作，确保安全仪表系统功能安全的实现，使人员和设备安全都得到充分的保障。