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摘要：本文阐述了通过改造升级原有焦化厂老旧无水氨装置集散控制系统（DCS）、新增安全仪表系统（SIS），实现无水氨装置系统性的安全控制、应急控制及远程监控功能，符合危化品及重大危险源的相关法规标准
关键词：改造升级；集散控制系统；安全仪表系统；安全控制
一、背景
在危险性高、生产工艺复杂的化工工业领域，安全生产始终是化工企业永恒的关注焦点，重视程度越来越高。随着技术发展进步，安全仪表系统（SIS-Safety Instrumented System）的规范，为确保企业生产过程的安全，SIS系统已越来越多的得到重视和应用，借以保护人员、设备、环境及财产安全。
为从源头加快规范安全仪表系统管理工作，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）要求从2018年1月1日起，所有新建涉及“两重点一重大（即重点监管危险化学品、重点监管危险化工工艺和危险化学品重大危险源）”的化工装置和危险化学品储存设施需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。
二、现状
始建于2013年3月份焦化厂无水氨系统，主要根据以往相关设计规范进行设计实施，并未就是否设置安全仪表系统有强制要求。2014年11月份投产运行至今，在设计、安装、操作和维护管理等全生命周期管理的各阶段，存在危险与风险分析不足、设计选型不当、冗余容错结构不合理、缺乏明确的检验测试周期、预防性维护策略针对性不强等问题尤为突出。该无水氨系统只有生产工艺控制系统，未完全配置相关的安全联锁系统、紧急停车系统和有毒有害气体及火灾检测保护系统及化工安全仪表系统（SIS），不符合“两重点一重大”的化工装置和危险化学品的安全要求。同时，原设计标准较低，进入安全仪表系统（SIS）设备选型的安全本质化较低，部分生产工艺操作及控制需要操作人员到现场调节，另外，相关视频监控及消防检测不完善，未实现联动控制，无水氨具有易燃、易爆、窒息的危险性，人员频繁在现场作业存在较高的安全风险。
三、生产工艺
从脱硫工段来的含NH3煤气（也可与蒸氨工段来的氨蒸汽在进吸收塔前混合），自吸收塔的下部进塔，煤气在塔内与循环喷淋的磷酸铵盐溶液接触，煤气中的氨气被溶液吸收。吸收塔为多段空喷塔，自解吸系统来的贫液从塔顶进入，塔底富液用泵抽送在塔内循环喷淋，并从中连续抽出一定量的富液至解吸系统再生。为防止解吸系统的设备堵塞和腐蚀，富液在解吸之前需进行脱焦油，此处设有除焦油器（气浮式），与热贫液换热和脱酸（分离器）处理，然后经富液加压泵送入解吸塔的顶部。解吸塔要维持在1.3MPa压力下操作，塔底通入由干熄焦来的2.0MPa蒸汽经稳压后为1.6MPa的直接蒸汽，塔底贫液经贫富液换热器、贫液冷却器后返回吸收塔顶循环使用。自解吸塔顶逸出的氨汽经冷凝冷却至沸点温度下的氨水入供料槽，为了进一步去除氨水中的酸性气体，用苛性钠计量泵连续地将NaOH溶液送入供料槽，浓氨水由精馏塔给料泵送到精馏塔中部，99.8%的氨汽自精馏塔塔顶蒸出，经精馏塔冷凝冷却器冷却到40℃的液氨进入回流槽，由精馏塔回流泵升压后部分作塔顶回流，部分作产品送往液氨中间罐，中间罐上部设置水喷淋系统，产品用槽车送到电厂液氨贮罐。塔底的含氨废水送蒸氨塔系统回收处理。
主要技术操作指标：
洗氨塔阻力 ≤2.0kPa
解吸塔顶温度 180℃
解吸塔阻力 ≤50kPa
精馏塔阻力 ≤18kPa
精馏塔顶温度 40℃
四、自动控制系统
1．控制系统
按照典型的SIL3结构设计。无水氨中控室新增设1套SIS系统，并在原DCS系统基础上实施升级改造，将新增调节阀控制信号上传至原有DCS系统参与控制；根据过程危险及可操作性分析，无水氨装置的危险回路信号上传至SIS系统，达到人员、过程、设备及环境的安全保护。SIS系统独立于DCS控制系统，完成安全仪表功能，并设置紧急停止操作。
原DCS处理器为PM803F，带载能力为1000点左右，现带载544点。
新增调节阀16台，需模拟量输入、输出点数为32点，控制器带载能力不超过60%的负荷，因此将控制阀门检测点引入原有DCS控制系统。
SIS系统配置原则：
可用率不低于99.99%。
设计为故障安全型，系统内发生故障时能按照设计预定方式将过程转入安全状态；系统具有完善的硬件、软件故障诊断及自诊断功能，自动记录故障报警并能提示维护人员进行维护；冗余设备能在线诊断，排错报警，无差错切换；系统各种卡件能在线插拔、更换；系统中央处理单元、数入输出单元、通讯单元及电源单元采用冗余技术。
输入、输出信号线路中可能存在来自外部的干扰信号，采取信号隔离器及继电器等隔离措施。
具有完备的冗余和容错技术：控制器和模块之间通讯及控制器间通讯互为冗余，其它非安全相关的通讯保证1:1冗余；控制站处理器冗余；电源设备和部件至少1:1冗余；卡件冗余。冗余设备能在线故障诊断、报警、自动切换及维修提示。
SIS系统与DCS系统采用RS485串行通信接口，MODBUS RTU或TCP/IP通讯协议，通讯口冗余配置并有诊断功能。
将现场共计64点的压力、液位等高风险回路信号引入SIS系统。
2．仪表系统
仪表选型：仪表选型严格根据规范，考虑经济合理、技术成熟、可选择范围广、维护及校验方便、免维护或售后服务优良等方面，结合介质特性，采用符合安全完整性等级要求及相应的防护防爆等级，检测仪表远传信号4~20mA标准信号。
压力仪表选用达到相应安全等级的压力变送器。
液位测量仪表选用达到相应安全等级的外贴液位计，替换目前在装磁翻板液位计。
新增达到相应安全等级的有毒探测器，其信号上传至SIS系统，参与联锁控制。
3．控制阀
更换液氨装置内的工艺阀，增加DCS远程控制的防爆型气动调节阀。对于直接接触强腐蚀介质的阀门，在选型时考虑其材质的抗腐蚀性。切断阀的选用除考虑其隔爆、材质的抗腐蚀性外，还需达到相应安全防护等级的要求。
4．仪表电缆的选型，敷设方式及抗干扰措施
进入控制系统的信号电缆选用阻燃屏蔽的计算机用电缆；其余电缆选用阻燃控制电缆。所有仪表电缆均采用穿保护管、电缆桥架内敷设方式。为了防止干扰，仪表专业电缆桥架与电力专业电缆桥架分开，单独敷设，处于同一桥架内部的信号电缆与控制电缆之间用隔板将其分开敷设。
5．控制室的设置
充分考虑环境腐蚀性基础上设置机柜及电源间、控制室等。
6．应急电源
电源系统设置不间断电源（UPS），后备电池时间不低于30分钟，通过配电柜为控制室内的控制系统和本次新增的调节阀集中供电，在突然停电时保证操作员能进行必要的操作以保证工艺装置安全。
五、结论
鉴于目前现场人员操作、巡检的不安全性及部分设备本质化安全性差的问题，通过此方案升级改造及更新，全面实现远程控制及现场关键部位无人操作，最大限度实现安全生产的目标要求。
参考文献：
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