罐区安全系统改造实验

可编程安全模块在小型安全系统中的应用

作者:阚爱林 杜峰 文章来源:PROCESS《流程工业》 发布时间:2019-11-13
为避免事故的发生和保障人身及设备的安全,小型安全控制系统诸如紧急停车、易燃易爆或有毒气体检测,系统IO点数通常不超过100,并广泛应用于油气田、油气管道、石化、化工和海上平台等有危险源的行业。小型安全系统拥有一个可靠性指标SIL(安全完整性等级),一般要求SIL2或SIL2以上的安全等级。

国家安全监管总局于2014年以安监总管三〔2014〕116号印发了《关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》。该《意见》第十三条要求: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。

中石化某公司的储罐区储存的原料为可燃性有毒气体,对正常生产和附近的人员存在安全隐患。为了降低风险,现场安装了许多温度传感器和气体检测仪,如热电阻、氢气检测仪和硫化氢气体检测仪等。

图1罐区改造独特的安全系统解决方案
图1罐区改造独特的安全系统解决方案

该地区有很高的安全需求。当检测的温度或被测气体浓度高于预设值或者按下急停按钮时,现场的报警设备需发出声光报警,并将报警信号发送到现场监视器和中央控制室,同时还需断开关键阀门,启动应急排风等措施。根据以上要求,菲尼克斯为中石化某公司的罐区改造提供了独特的安全系统解决方案,具体方案如图1所示。

方案的具体说明

现场信号为RTD、TC或4-20mA等模拟量信号,接入至通过SIL2认证的安全栅。安全栅输出一路数字量信号和一路模拟量信号。其中,模拟量信号输出(如4-20mA)进入远程本安型标准I/O模块(含PLC控制系统),通过PLC自带的通讯口和交换机以及MODBUS-TCP协议,最终将信号传至中控室及本地HMI显示。安全栅的数字量信号输出(通过设定上限或下限)接入通过SIL3认证的可编程安全模块,从而实现整体安全系统达到SIL2等级的安全控制及报警需求。

对于数字量的现场信号如急停按钮,可直接连接至可编程安全模块,实现SIL3等级的安全控制及报警需求。可编程安全模块的左侧安装一个网关通信模块,以便保证模块的输入和输出。同时内部状态通过交换机、MODBUS-TCP协议将信号传输至中控室和本地HMI显示。

图2中石化某灌区安全系统改造
图2中石化某灌区安全系统改造

可编程安全模块的输出信号有分为晶体管和触点2种,可满足不同得负载需求。直流24V且电流小于0.5A的负载由可编程安全模块直接控制,而对于电源高于24V、电压小于250V的负载来说,可采用继电器输出的可编程扩展模块,其带载能力高达4A,或者用户可以外接安全型耦合继电器。

另外,可编程安全模块的主模块本体提供了20个安全输入、4个晶体管安全输出和4个晶体管标准输出。如果总IO点数超过28点,可在其右侧增加扩展模块。可编程安全扩展模块有2种型号可选,第一种型号的扩展模块提供12个安全IO点,其中8点为安全输入,4点为可配置型晶体管安全输入或安全输出;第二种型号的扩展模块提供4个可独立控制的安全型继电器触点。扩展模块与主模块通过底部TBUS连接器连接,一个主模块最多带10个扩展模块。

可编程安全模块采用图形化编程。系统自带多种安全型和标准型功能块,如逻辑“与”、“或”、“非”、沿边触发、延时、计数、急停和复位等。编程只需3步即可轻松完成:添加功能块、连接功能块和检查程序。

安全栅是多功能的,其上下限预设值等参数可通过软件工具配置。图2是输入为4线制RTD、输出报警触点为SIL Off的应用示例。该系统除了采用了菲尼克斯的可编程安全模块和安全栅以外,还采用了其电源、端子、导轨和标识等,元器件明细如图2所示。该方案的优点是成本低廉、实施简单、维护方便,特别适用于新建的小型安全系统或者小型安全系统的改造。

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