安全仪表系统(SIS)在焦炉煤气制甲醇行业的应用

张 凯

(山西兴新安全生产技术服务有限公司，山西 太原 030000)

引 言

以焦炉煤气为原料生产甲醇时目前较为普遍的一种煤气利用方式，且具有环保和经济可行的特点。为了保证焦炉煤气制甲醇生产的安全性，必须设置独立的SIS系统。

1 SIS系统的简述

SIS是一套安全系统，它由检测元件(如各类开关、变送器等)、逻辑运算器、以及执行机构(如电磁阀、电动门等)的组合组成。SIS系统是独立于过程控制系统设置的，在正常生产状况下处于备用状态，当过程控制系统失效时，SIS系统会开始工作，并将化工反应工况控制在安全的工艺指标下，最大程度地降低事故的发生。

2 焦炉煤气制甲醇工艺

焦炉气制甲醇生产工艺可分为：焦炉煤气压缩、H2、CO、CO2转化、甲醇合成气压缩、甲醇合成、精馏。焦炉煤气经压缩后，经脱硫后送入转化炉，与蒸汽混合反应后生成甲醇合成气，合成气再经过压缩后送入甲醇合成塔，经反应合成粗甲醇，粗甲醇经精馏工序除去各类杂质后得到精甲醇，最终送至产品储罐。

3 控制要求

3.1 焦炉气压缩机联锁

压缩机的安全运行是整个生产的关键，压缩机设有独立的联锁保护，包括对于压缩机本体参数的检查与判断，设置联锁开关的目的。

3.2 甲醇合成塔汽包液位三冲量控制

锅炉汽包水位控制的主要工艺控制指标为：锅炉汽包水位、锅炉进水流量、锅炉蒸汽流量(三沖量)。此外为了提高控制的精度，将锅炉蒸汽负荷和给水流量作为辅助冲量。

3.3 比值控制

甲醇生产中包含常用的一些比值控制，如燃料气与空气、焦炉气与蒸汽、氧气与蒸汽等，其中参考量为燃料气、焦炉气、氧气，只有测量值没有调节，被调量空气和蒸汽分别组成调节回路。参考量与比值系数进行运算，得出相应的被调量的回路给定值，回路以此来进行被调量的调节，从而可以保持两种气体流量之比为K(比值系数)。

对以上的比值控制，在程序设计时设定了个比值投入按钮，当按钮投入时，进行比值调节，当未投入时，单回路控制。

4 SIL定级要求

4.1 LOPA分析

保护层分析(LOPA)必须满足以下三个原则：有效性、独立性、可审核性。

4.2 部分回路分析结果

见第134页表1所示。

5 SIS系统配置

SIS系统实际的安装使用中，应当保证SIS系统设置于现场机柜室内，并配置独立的控制器。同时，要在系统内部配置辅助操作台、实时数据通讯设备、声光报警器等。完成调试后，数据通信网络、数据存储器的负载稳定在40%以内；电源负载稳定在50%以内；通信系统扩展能力稳定在30%以内[1]。

表1 回路分析结果表

5.1 控制站配置

为了保证控制的可靠性，控制器进行冗余设计，并处于热备状态。

5.2 各工段操作站配置

转化3台、压缩合成3台、精馏3台、公用1台。

5.3 IO点配置原则

控制回路AI、AO、联锁输入输出信号均冗余，其余IO点不冗余。IO卡件采用了全智能化设计，实现了控制站内部数据传递的数字化。卡件采用专用的工业级、低功耗、低噪声微控制器，负责该卡件的控制、检测、运算、处理、传输以及故障诊断等工作。

5.4 安全栅

对于有防爆要求的场所与无防爆要求的场所之间进行信号传递，安全栅作为限制电路能量的有效方式，可解决爆炸危险场所对于电气防爆等级的要求[2]。

根据隔爆原理分齐纳栅和隔离栅，齐纳栅采用冗余齐纳管限能电路结构将输出电能量限制在规定范围。而隔离栅通常是通过输入/输出及电源三端口的隔离，回路限能来限制回路电能量。

5.5 网络

控制网冗余、操作网非冗余，系统采用光纤构成一个网络。

5.6 数据策略

各工序之间数据可互相监视但无权操作其它工序。

6 SIL验证

本次SIL验证采用马尔可夫模型计算PFDavg(要求时的平均失效概率)及STR(误动作停车概率)，收集相关元器件的SIL证书。

部分回路验算结果，如表2所示。

表2 回路验算结果表

7 结语

焦炉煤气制甲醇装置引入SIS系统，可有效地降低过程控制系统失效对甲醇生产过程的影响，一定程度上降低事故发生的可能性，可在甲醇生产和人们生命财产安全之间筑起一道防护墙。此外，应在SIS系统的设计、施工、安装调试、运行维护等阶段关注SIS系统的安全完整性等级。