SIS系统在苯加氢装置中的应用

石海兰

摘 要：安全仪表系统（SIS）属于生产过程的自动化范畴，是用于保障安全生产的一种系统，是保障化工装置安全运行的重要技术措施，苯加氢装置增设SIS系统提高了安全完整性水平、降低了生产过程风险，避免安全事故的发生。

关键词：安全仪表;“两重点一重大”;危险与可操作性;安全完整性;安全运行

随着化工业的快速发展，生产工艺变得异常复杂，必然使化工工艺装置设计和操作更加困难和复杂。这给工人操作带来了相当大的难度，误操作的概率越来越大，安全隐患愈发严重。这就需要一种安全装置，在工人误操作的时候，能够及时报警或纠正误操作，避免安全事故的发生。安全仪表系统（SIS）的安全性更高、容错能力更强、并具有故障自诊断功能、顺序事件记录功能，是生产过程中的一种安全保护系统，符合化工业安全生产的需要。

国家安全生产监督管理总局〔2011〕第40号令，要求“涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或者二级重大危险源，配备独立的安全仪表系统（SIS）”，《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》〔2014〕116号要求从2018年1月1日起，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，我公司按要求对10万/年苯加氢生产装置进行了增设安全仪表系统改造。

1 10万/年苯加氢装置组成及工艺

山西焦化集团有限公司10万/年苯加氢生产装置于2009年8月建成，总投资2.4亿元，占地面积为50976㎡，其中主装置占地4324㎡，该装置由加氢精制、芳烃萃取蒸馏、储罐区、汽车火車装卸站、PSA制氢和地面火炬组成。采用国际先进的KK加氢法，工艺技术成熟，产品收率高。该项目以焦炉煤气为原料，经变压吸附为加氢精制单元提供高纯度氢气，原料精苯首先脱除C9及以上重组分，再经过三级蒸发后，进行两级气相加氢处理（预加氢和加氢净化），含H2S气体通过稳定塔分离后送出装置。经加氢处理后的三苯馏分送往萃取精馏单元，利用萃取剂将芳烃与非芳烃分离，非芳烃作为副产品送出装置，芳烃分别经苯塔、甲苯塔、二甲苯塔分离出产品纯苯、甲苯、二甲苯，同时副产C8、C8+馏分，生产过程具有高温高压、易燃易爆、有毒有害等危险。苯加氢生产装置是我单位安全监管的“两重点一重大”对象：氢、硫化氢、苯（含粗苯）、甲苯、二甲苯等为重点监管的危险化学品，苯精制加氢工艺为重点监管的危险化工工艺，苯精制装置区和罐区为重大危险源，一旦发生事故危害巨大，保证苯加氢的安全稳定生产非常重要。

2 SIS安全仪表系统在苯加氢的应用

2.1 SIS系统介绍

安全仪表系统（Safety Instrumented System），简称SIS，

是一种经专门机构认证、具有一定安全完整性水平、用于降低生产过程风险的仪表安全保护系统。

SIS不仅能响应生产过程因超过安全极限而带来的风险，而且能检测和处理自身的故障，从而按预定条件或程序使生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。SIS独立于过程控制系统（如DCS等），生产正常时处于休眠或静止状态，一旦生产装置或设施出现可能导致安全事故的情况时，能够瞬间准确动作，使生产过程安全停止运行或自动导入预定的安全状态，是安全等级高于DCS的自动化控制系统。

SIS包括安全联锁系统、紧急停车系统和有毒有害、可燃气体及火灾检测保护系统等。由仪表和控制设备构成，主要包括现场检测仪表、逻辑控制单元、现场执行装置三部分，其中逻辑控制单元是整个控制系统的核心。通过传感器（如各类开关、变送器等）、逻辑控制器、以及最终元件（如电磁阀、电动门等）的组合来实现自动控制保护。

2.2 应用

2.2.1 苯加氢单元危险与可操作性分析（HAZOP）

HAZOP分析目的是识别工艺或操作过程中存在的危害，识别过程偏差导致的不可接受的风险状况，将不同工艺过程划分为适当的节点，采用引导词引导的方法，尽量找出偏离设计意图的所有可能的偏差。根据工艺流程特点，本次HAZOP工作将苯加氢单元划分为19个节点进行讨论，节点与PID相对应，共分析危害场景337个，整体装置的初始风险等级统计131个低风险（L），120个中风险（M），86个高风险（H），无极高风险。削减后风险等级风险总数为343个，变为313个低风险，14个中风险，16个高风险。对于消减后仍为高风险等级的场所，HAZOP分析小组提出了相应的31条建议措施。安全（S）28个，操作（O）1个，财产（A）2个。

2.2.2 苯加氢单元安全完整性等级（SIL，Safety Integrity Level）定级分析

安全完整性等级根据安全性能不同共分为1、2、3、4四个等级，SIL4具有最高安全系统完整性要求等级。SIL定级分析是对功能安全系统SIS每一个功能安全回路SIF的安全完整性等级SIL进行评定的过程。本次在HAZOP分析的基础上分析了苯加氢单元的29个SIF回路，根据 HAZOP分析或其他风险分析的结果，审查本项目安全相关系统的安全功能要求、安全完整性要求;确认安全仪表功能，并将安全仪表系统的每个安全仪表功能进行安全完整性等级评定分析;编制SIL定级分析报告，作为进一步编制各个SIF回路的SRS功能安全规格书的输入文件。共产生了29条建议，无SIL等级要求（A）8个，无特殊要求4个，11个SIL1，6个SIL2，无SIL3、SIL4，需特别关注的建议措施有两条：如萃取塔进料缓冲罐（V1201）增设SV安全阀，且安全阀泄放量满足上游窜压工况，则该SIF回路可由SL2降为一般DCS;如预蒸馏塔（C9201）上T9202增设TAH，则该SIF回路可由SIL1降为一般DCS控制。最终确定苯加氢装置17条SIF回路要求SIL等级为SIL1以上（含SIL1），需进行SIS改造。

2.2.3 苯加氢装置SIL验算

为了提高危险与可操作性分析及安全完整性等级评定项目苯加氢单元的运行安全，对苯加氢单元中安全完整性等级需求在SIL1以上（含SIL1）的SIF回路进行SIL验算工作。

根据各个SIF回路的配置，以及检验测试等相关因素，对各SIF回路的平均失效概率进行了计算，并考虑各SIF回路的可靠性，而且兼顾了误动作停车对生产的影响。这种方法不但可以减少因误动作停车而造成的经济损失，还可以避免因装置频繁跳车后重启而引起的安全风险。

通过与SIL定级分析的目标等级进行比较后，所有回路均达到SIL等级要求。

根據SIL验算和放感性分析的结果，因执行机构对于整个回路的平均失效概率贡献率最大，本装置中继电器的使用量较多，应选用具有SIL认证的可靠性较高的继电器，应在定检时对继电器触电及底座进行检查。在装置的运行过程中，SIF回路配置发生变更（如：新增SIS回路，新增检测元件、增加或减少报警设定点、电缆敷设路径变化、执行机构中新增电磁阀等），这些变更均会影响实际的SIL等级。因此装置运行后，应在发生重大变更时对变更的SIF回路进行再次定级并验证在役装置经过工艺改造、安全仪表系统的变更以及检维修策略的变更等，其实际工艺风险也可能发生变化，因此，应当在运行期间，每5年对SIS系统进行再验证。以确保SIS系统在整个生命周期内符合完整性要求。

2.2.4 苯加氢装置增加SIS现场施工

经苯加氢单元危险与可操作性分析、安全完整性等级定级分析、SIL验算阶段，进入苯加氢装置增加SIS建设阶段，主要进行了DCS系统改造、SIS机柜和汽车装车站PLC系统移位，系统单回路调试、SIS机柜内系统到继电器联调、39台仪表更换接线调试、现场液位开关安装13套仪表保护箱，DCS系统SIS系统整体调试等工作。经改造后的系统，已安全投入使用。

3 结束语

SIS属于生产过程的自动化范畴，是保障化工装置安全运行的重要技术措施，苯加氢装置增设的SIS系统与基本过程控制系统并驾齐驱更好的保证人员、设备、生产和装置的安全，取得了很好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]危洋，郑玉时.SIS系统在大型化工装置上的应用探讨[J].自动化博览，2016（01）：112-113.

[2]王接焕.SIS系统在化工生产装置中的应用[J].海峡科学， 2009（7）：45-46.