焚烧装置安全仪表系统的设计

焚烧装置安全仪表系统的设计 一、什么是DCS、ESD、SIS？ DCS（Distributed Control System）集散控制系统，是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中的仪表控制系统，也称为“分散控制系统”、“分布式控制系统”。 ESD（Emergency Shutdown Device) 紧急停车装置，ESD独立于DCS，当生产装置出现紧急情况时， ESD发出保护联锁信号，紧急停车，避免危险扩散造成大的损失。 SIS(Safety Instrument System ) 安全仪表系统，安全仪表系统独立于过程控制系统完成安全保护功能，当过程达到预定条件时，安全仪表系统动作，使被控制过程转入安全状态。 二、焚烧装置为什么要配置SIS？ 1、2014年11月13日，国家安全监管总局发出《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），明确了从源头加快规范新建项目安全仪表系统管理工作。指导意见中规定了： 从2016年1月1日起，大型和外商独资合资等具备条件的化工企业新建涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施，要按照本指导意见的要求设计符合相关标准规定的安全仪表系统。 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。其他新建化工装置、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、《化工建设项目废物焚烧处理工程设计规范》第5.13.3条：化工废物焚烧处置过程应设置独立于DCS系统的紧急停车系统，并与在线监测设施进行联锁。 3、《危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范》 第6.7.8条：危险废物焚烧处置系统应设置独立于分散控制系统的紧急停车系统。 三、SIS的设计原则 1、可靠性原则 为了保证焚烧装置的生产安全，SIS必须具备与工艺过程相匹配的可靠性。安全仪表系统的可靠性有两个含义，一是安全仪表系统本身的工作可靠性；二是安全仪表系统对工艺过程认知和联锁保护的可靠性，以及对工艺过程测量、判断和联锁执行的可靠性。 2、可用性原则 对于安全仪表系统的设计而言，不能一味地追求系统的高可靠性，系统的可用性也需要一并考虑。 可用性（也称可用度）是指安全仪表系统在一个给定的时间点内能够正确执行功能的概率。常用以下公式表示： A=MTBF/（MTBF+MDT） 其中：A----可用性，MTBE----平均无故障工作时间，MDT----平均停车时间 要增加系统的可用性，就要增加平均无故障工作时间（MTBF），或减少平均停车时间（MDT）。正确地判断过程事故，可以减少装置的非正常停车，减少开/停车造成的经济损失。 3、独立性原则 安全仪表系统应独立于基本过程控制系统（BPCS，如DCS、PLC等），独立实现安全保护功能，安全仪表系统的检测元件、控制单元和执行机构应单独设置。如果工艺需要同时进行联锁和控制的话，安全仪表系统和BPCS应各自设置独立的检测元件和取源点（特殊情况除外，如配置三取二检测元件，进DCS信号三取中，进安全仪表系统三取二，经过信号分配器公用检测元件）。如需要，安全仪表系统应能通过数据通信连接以只读方式与DCS通信，但禁止DCS通过该通信连接向安全仪表系统写信息。安全仪表系统应配置独立的通信网络，包括独立的网络交换机、服务器和工程师站等。安全仪表系统应采用冗余电源，由独立的双路配电回路供电。应避免安全仪表系统和BPCS的信号接线在同一接线箱、中间接线柜或控制柜内出现。 4、故障安全原则 当安全仪表系统的元件、设备、环节或能源发生故障或者失效时，系统设计应当使工艺过程能够趋向安全运行或者安全状态。整个SIS，包括现场仪表和执行元件，都应设计成以下绝对安全形式，即： (1) 现场触点应开路报警，正常操作条件下闭合； (2) 现场执行元件联锁时不带电，正常操作条件下带电。 对于执行器（如切断阀），一般情况下SIS设计成安全联锁动作时，切断阀应在安全的（即失气的）状态。 5、冗余原则 为了提高安全仪表系统的SIL等级，对系统的各个单元实现冗余是必要的。 检测元件的冗余原则为：对于SIL1回路，可采用单一的检测元件；对于SIL2回路，宜用“1002D”或“2003”冗余的检测元件；对于安全仪表系统的SIL3回路，应采用“2003”冗余的检测元件。 安全仪表系统控制单元的冗余原则为：SIL1可采用“1oo1D”单控制单元；SIL2宜采用“1002D”或“2003”冗余控制单元；SIL3应采用“2003”或 “2004D”冗余控制单元。 安全仪表系统执行机构的冗余设置原则为：SIL1可采用单电磁阀，单控制阀；SIL2宜采用冗余电磁阀，单控制阀；SIL3应采用冗余电磁阀，双控制阀。安全仪表冗余控制阀可以为分别带电磁阀的两个开关阀，也可以为带电磁阀的一个调节阀和一个开关阀。 6、中间环节最少原则 SIS的中间环节应该保持“最少原则”。一个回路中仪表越多可靠性越差，典型情况是本安回路的应用。因此，可尽量采用隔爆型仪表，减少由于安全栅而产生的故障源，减少误停车。 注意事项 SIS系统设计前装置应进行HAZOP分析，通过风险评估，采用保护层分析LOPA进行安全要求的分配，确定SIL等级； SIS的可靠性应从回路统筹考虑，SIS的SIL等级要求是指从测量仪表到逻辑控制器和执行单元整个回路的安全等级。在SIS系统规划选型时，不能只追求控制器部分的安全性，但忽略了现场外表的安全要求。实际上，就整个安全回路来看，90%以上的危险是因测量仪表和执行单元故障而导致的，逻辑控制器自身故障可能导致的危险不到10%。