安全儀表系統(tǒng)ppt課件.ppt

1、0,輸油管道安全儀表系統(tǒng),雍永鵬 華東管道設(shè)計研究院 2015.05.26,1,2,1,一、輸油管道安全儀表系統(tǒng)提出的背景 二、安全儀表系統(tǒng)基本概念介紹 三、輸油管道安全儀表系統(tǒng)設(shè)計方案 四、主流安全儀表系統(tǒng)介紹,目 錄,3,輸油管道安全儀表系統(tǒng) 提出的背景,3,一、標準規(guī)范及法律法規(guī) 1、國際標準 IEC61508 電氣、電子、可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全 IEC61511 過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全 在安全儀表領(lǐng)域，IEC 61508，IEC61511提供了很好的國際通用技術(shù)規(guī)范和參考。IEC于2000年5月發(fā)布了IEC 61508標準，2003年1月頒布IEC61511標準。

2、這兩個標準有很密切的關(guān)系，IEC 61508標準是綜合性基礎(chǔ)標準，主要為裝置的制造商和使用，IEC 61511可以說是IEC 61508的延續(xù)，主要針對具體的儀器儀表設(shè)計者和使用者。,4,4,一、標準規(guī)范及法律法規(guī) 2、國標及行標 GB/T 20438電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全(等同采用IEC 61508) GB/T 21109過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全（等同采用IEC 61511 ） GB/T 50770-2013石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（針對石油化工廠或裝置） SY/T6966-2013輸油氣管道工程安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（2014年4月1日實施，適用于陸上原油

3、、成品油和天然氣管道）,5,5,一、標準規(guī)范及法律法規(guī) 3、法律法規(guī),6,6,一、標準規(guī)范及法律法規(guī) 3、法律法規(guī) 國家安全監(jiān)管總局關(guān)于 加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見 （安監(jiān)總管三2014116號） “從2016年1月1日起，大型和外商獨資合資等具備條件的化工企業(yè)新建涉及“兩重點一重大”的化工裝置和危險化學(xué)品儲存設(shè)施，要按照本指導(dǎo)意見的要求設(shè)計符合相關(guān)標準規(guī)定的安全儀表系統(tǒng)?！?“從2018年1月1日起，所有新建涉及“兩重點一重大”的化工裝置和危險化學(xué)品儲存設(shè)施要設(shè)計符合要求的安全儀表系統(tǒng)。其他新建化工裝置、危險化學(xué)品儲存設(shè)施安全儀表系統(tǒng)，從2020年1月1日起，應(yīng)執(zhí)行功能安全相關(guān)標準要

4、求，設(shè)計符合要求的安全儀表系統(tǒng)。 ”,7,7,二、行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1、行業(yè)現(xiàn)狀 中石油西氣東輸、西部原油成品油管道、蘭鄭長成品油管道、 中緬油氣管道等國內(nèi)重點長輸管道工程已設(shè)置獨立的安全儀表系統(tǒng)。 中石化川氣東送管道、涪陵-王場頁巖氣管道等輸氣管道已設(shè)置獨立的安全儀表系統(tǒng)；儀長復(fù)線儀征至九江段是管道公司第一條獨立設(shè)置安全儀表系統(tǒng)的管道，目前正在建設(shè)中。,8,8,二、行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2、發(fā)展趨勢 輸油管道安全儀表系統(tǒng)獨立于過程控制系統(tǒng)，單獨設(shè)置； 輸油管道安全儀表系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)合并設(shè)計，提高過程控制系統(tǒng)PLC安全完整性等級，滿足安全儀表系統(tǒng)的安全完整性等級要求。,9,9,安全儀表系統(tǒng)

5、 基本概念介紹,10,10,一、系統(tǒng)的定義 1、基本過程控制系統(tǒng)（BPCS，basic process control system） 不執(zhí)行任何SIL1以上的安全儀表功能，響應(yīng)過程測量以及其它相關(guān)設(shè)備、其它儀表、控制系統(tǒng)或操作員的輸入信號，按過程控制規(guī)律、算法、方式，產(chǎn)生輸出信號實現(xiàn)過程控制及其相關(guān)設(shè)備運行的系統(tǒng)。 2、安全儀表系統(tǒng)（SIS，safety instrumented system） 用來實現(xiàn)一個或多個安全儀表功能的儀表系統(tǒng)。 3、緊急停車系統(tǒng) （ESD，emergency shutdown system） 當(dāng)生產(chǎn)過程出現(xiàn)緊急情況時，應(yīng)在允許的時間內(nèi)做出響應(yīng)，及時地發(fā)出保護信號，

6、對管道或現(xiàn)場設(shè)備進行安全保護的系統(tǒng)。,11,11,一、系統(tǒng)的定義 3、火災(zāi)及可燃氣體報警系統(tǒng)（FGS，fire & gas alarm System） 能夠檢測到工藝裝置區(qū)火災(zāi)及可燃氣體泄漏并發(fā)出報警的系統(tǒng)。 4、消防控制系統(tǒng) 接收火災(zāi)信號，并按預(yù)設(shè)邏輯完成各項消防功能的控制系統(tǒng)。,12,12,二、系統(tǒng)間相互關(guān)系 站控制系統(tǒng)宜由基本過程控制系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)和消 防控制系統(tǒng)組成。 1、未設(shè)置消防控制系統(tǒng)的站場，火災(zāi)和可燃氣體報警系統(tǒng) 報警信號應(yīng)引入安全儀表系統(tǒng)。 2、 設(shè)置消防控制系統(tǒng)的站場，火災(zāi)和可燃氣體報警系統(tǒng)應(yīng) 納入消防控制系統(tǒng)。消防控制系統(tǒng)啟動信號、報警信號引入安 全儀表系統(tǒng)，由安全儀

7、表系統(tǒng)完成相關(guān)的聯(lián)鎖保護。,13,13,二、系統(tǒng)間相互關(guān)系,14,14,二、系統(tǒng)間相互關(guān)系,15,15,三、術(shù)語及定義 1、安全完整性等級（SIL，safety integrity level） 用來規(guī)定分配給安全儀表系統(tǒng)的儀表安全功能的安全完整性要求的離散等級（4個等級中的一個）。SIL 4是安全完整性的最高等級，SIL 1為最低等級。 2、安全儀表功能 （SIF, safety instrumented function） 具有某個特定SIL等級，用以達到功能安全的安全功能。它既可以是一個儀表安全保護功能，也可以是儀表安全控制功能。,16,16,三、術(shù)語及定義 IEC61508中對安全完整

8、性等級SIL的定義為：在一定時間，一定 條件下，安全相關(guān)系統(tǒng)執(zhí)行其所規(guī)定的安全功能的可能性。選擇安全完整性等級的目的是通過降低風(fēng)險發(fā)生的概率把系統(tǒng)的風(fēng)險降低到一個可以接受的等級。 安全儀表功能就是當(dāng)潛在危險發(fā)生時安全儀表系統(tǒng)為了整個過程 的安全所采取的動作。安全儀表功能要做的第一件事判別危險的出現(xiàn)。接下來考慮安全儀表功能動作后要將過程帶入什么樣的安全狀態(tài)。最后安全儀表功能具體應(yīng)該做什么才能使過程進入安全狀態(tài),17,17,三、術(shù)語及定義 3、危險與可操作性分析（HAZOP, hazard and operability study） 由有經(jīng)驗的多專業(yè)的專家小組對工藝裝置的設(shè)計和操作提出有關(guān)安全上

9、的問題，共同討論解決問題的方法。 4、故障安全 fail safe 安全儀表系統(tǒng)發(fā)生故障時，被控制過程將轉(zhuǎn)入預(yù)定安全狀態(tài)。,18,18,四、安全儀表系統(tǒng)基本原則 1、獨立設(shè)置原則 當(dāng)安全完整性等級為SIL2及以上時，安全儀表系統(tǒng)與基本過程控制系統(tǒng)應(yīng)分開設(shè)置；安全儀表系統(tǒng)與基本過程控制系統(tǒng)合用時，共用部分應(yīng)與安全完整性等級相適應(yīng)。 獨立設(shè)置包括三個方面：檢測元件、執(zhí)行元件、邏輯控制器等。 2、故障安全原則 執(zhí)行元件電磁閥應(yīng)為勵磁回路；開關(guān)量檢測元件應(yīng)為常閉或帶診斷功能的接點。,19,19,四、安全儀表系統(tǒng)基本原則 3、優(yōu)先原則 安全儀表系統(tǒng)的動作應(yīng)優(yōu)先于基本過程控制系統(tǒng)；執(zhí)行元件應(yīng)無條件的接受和

10、執(zhí)行安全儀表系統(tǒng)的邏輯控制單元的命令。 4、最簡原則 應(yīng)減少安全儀表系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)；邏輯控制單元與檢測元件、執(zhí)行元件間均應(yīng)采用硬線方式直接連接。,20,20,輸油管道安全儀表系統(tǒng) 設(shè)計方案,21,21,下面簡要介紹儀長復(fù)線儀征至九江段（下面簡稱儀九線）安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計方案。 一、儀九線安全儀表系統(tǒng)提出的背景 2014年年初，國家安監(jiān)總局先后組織西氣東輸三線和儀九線的安全評價報告的驗收會，這是在中石化青島11.22事故后國家安監(jiān)局組織的首批油氣管道的安全評價報告的驗收。在此背景下，與會專家提出明確儀九線安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計原則和主要回路的安全完整性等級。 為提高儀九線運行的安全性，在經(jīng)過廣泛調(diào)研

11、和深入討論后，儀九線獨立設(shè)置安全儀表系統(tǒng)，主要回路SIL等級定為2級，設(shè)置獨立的安全儀表PLC，進出站ESD閥門執(zhí)行機構(gòu)由電動改為電液聯(lián)動。,22,22,二、安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計原則 安全完整性原則：對每項安全儀表回路確定適當(dāng)?shù)陌踩暾缘燃墸?獨立設(shè)置原則：當(dāng)安全完整性等級為SIL2及以上時，SIS與過程控制系統(tǒng)從功能和結(jié)構(gòu)上分離設(shè)置；當(dāng)安全完整性等級為SIL1時，SIS與過程控制系統(tǒng)合用，共用設(shè)備有SIL認證并應(yīng)滿足SIL1要求。 主要回路的SIL等級： 給油泵入口管線壓力超低、輸油泵入口匯管壓力超低、輸油泵出口匯管壓力超高、出站壓力超高等安全儀表回路為SIL2。 泵機組停車、液位超限聯(lián)鎖等

12、安全儀表回路的安全完整性等級為SIL1，安全儀表系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)合用, 共用設(shè)備滿足SIL1要求。,23,23,三、檢測儀表 1、檢測儀表主要包括： 壓力檢測儀表：給油泵入口管線、輸油泵入口匯管、輸油泵出口匯管、出站壓力設(shè)置壓力變送器。 可燃氣體探測器及火焰探測器：在閥組區(qū)、泵區(qū)、計量區(qū)、罐區(qū)等應(yīng)設(shè)置可燃氣體探測器；在泵區(qū)、儲罐區(qū)宜設(shè)置火焰探測器。 ESD按鈕：站控制室操作臺應(yīng)設(shè)置ESD按鈕；站場的工藝設(shè)備區(qū)通道旁應(yīng)設(shè)置ESD按鈕。,24,24,三、檢測儀表 2、檢測儀表設(shè)置原則： 獨立設(shè)置原則：對于SIL1安全儀表功能回路，其檢測元件可與基本過程控制回路共用；對于SIL2以上安全儀表功能回

13、路，其檢測元件應(yīng)獨立設(shè)置。 冗余設(shè)置原則： 對于SIL1安全儀表功能回路，可采用單一的檢測元件。 對于SIL2安全儀表功能回路，宜采用冗余的檢測元件。 對于SIL3安全儀表功能回路，應(yīng)采用冗余的檢測元件。,25,25,三、檢測儀表 檢測儀表的冗余設(shè)置方式有以下三種： 當(dāng)系統(tǒng)要求高安全性時，應(yīng)采用1oo2； 當(dāng)系統(tǒng)要求高可用性時，應(yīng)采用2oo2； 當(dāng)系統(tǒng)的安全性和可用性均需保障時，宜采用2oo3。,26,26,三、檢測儀表,27,27,四、執(zhí)行元件 1、執(zhí)行元件主要包括： 輸油管道進、出站管線應(yīng)設(shè)置緊急關(guān)斷閥（ESDV）； 輸油管道儲油罐區(qū)的進、出匯管宜設(shè)置緊急關(guān)斷閥（ESDV）； 輸油管道燃料

14、油（氣）的入口管線應(yīng)設(shè)置緊急關(guān)斷閥（ESDV）； 輸油泵； 加熱爐 。 對于儀九線來說，安全儀表系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要為進、出站緊急關(guān)斷閥（ESD閥）。,28,28,四、執(zhí)行元件 2、執(zhí)行元件的設(shè)置原則： SIL 1安全儀表功能回路，閥門可與基本過程控制系統(tǒng)共用。 SIL 2安全儀表功能回路，閥門宜與基本過程控制系統(tǒng)分開。當(dāng)閥門與基本過程控制系統(tǒng)共用時，配套的電磁閥應(yīng)分別設(shè)置。 SIL 3安全儀表功能回路，閥門應(yīng)與基本過程控制系統(tǒng)分開。,29,29,四、執(zhí)行元件 3、執(zhí)行機構(gòu)的冗余設(shè)置原則： SIL 2安全儀表回路，宜采用冗余控制閥。如采用單一的控制閥，其配套的電磁閥應(yīng)冗余設(shè)置。采用冗余控制閥或電

15、磁閥時，冗余方式宜采用1oo2邏輯結(jié)構(gòu)。 但在實際工程中為了節(jié)省建設(shè)和維護成本，大多不會采用執(zhí)行機 構(gòu)串、并聯(lián)的方式，那么在這種情況下，如何滿足功能回路的SIL等級要求呢？解決方案：在執(zhí)行機構(gòu)回路中串、并聯(lián)電磁閥。,30,30,四、執(zhí)行元件 4、儀九線ESD閥介紹： 儀九線干線進出站采用34”CL600開維喜球閥，配套德國法奧克電液聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)SEHAZ-E-1-125-KSP,31,31,四、執(zhí)行元件,32,32,四、執(zhí)行元件 技術(shù)特點：FAHLKE電液聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)為一體化（電動液壓與手動液壓獨立配置）、模塊化、高集成化裝置。其中包括集成型電液動力裝置、活塞式蓄能器、聯(lián)軸器、獨立的手動泵、電

16、磁閥、集成安全閥和單向閥、按鈕、接線盒、電控箱以及其它附屬設(shè)備。 ESD通道的電磁閥采用長期勵磁型，斷電時關(guān)閥，ESD電磁閥供電由安全儀表系統(tǒng)單獨提供。 帶儲能器，在閥門掉電情況下，可滿足三個行程的動作。,33,33,五、安全儀表PLC 1、安全儀表PLC應(yīng)與SIL等級相適應(yīng)； 2、安全儀表PLC冗余設(shè)置原則： 對于SIL 2安全儀表功能回路，宜采用冗余的邏輯控制單元。其中央處理單元、電源模塊、通訊網(wǎng)絡(luò)與接口等應(yīng)冗余配置，輸入、輸出模塊宜冗余配置。 對于SIL 3安全儀表功能回路，應(yīng)采用冗余的邏輯控制單元。其中央處理單元、電源模塊、輸入、輸出模塊及通訊網(wǎng)絡(luò)與接口等均應(yīng)冗余配置。,34,34,五

17、、安全儀表PLC 3、安全儀表 PLC 的冗余結(jié)構(gòu) 在構(gòu)建一個安全系統(tǒng)時，可以有很多方式來安排安全系統(tǒng)部件，主要考慮系統(tǒng)的可用性和安全性，側(cè)重點不同則冗余結(jié)構(gòu)的選擇不同。 1oo2 兩個控制器并行處理和連線可以降低單個PLC危險失效的影響，兩個輸出電路采用串行連接，以防止任何一個控制器在危險的方式下失效。1oo2 結(jié)構(gòu)具有高安全性，但降低了可靠性。,35,35,五、安全儀表PLC 1oo2D 使用兩重1oo1D（一個帶有診斷功能的控制器通道，一個診斷通道利用串行連接構(gòu)成輸出回路）結(jié)構(gòu)，并有額外的控制線路。既有較高的可用性，又有較高的安全性。,36,36,五、安全儀表PLC 2oo3 帶有三個控

18、制器單元，每個控制器單元帶有兩個輸出點，把三個控制器的各自兩個輸出點連接成表決電路，用表決的結(jié)果來決定真正的輸出信號。 2oo3結(jié)構(gòu)即具有安全性又具有高可用性。,37,37,六、安全儀表系統(tǒng)功能 1、ESD：在事故狀態(tài)下能使本站停運并與管道線路迅速隔離，緊急停車動作包括：打開全越站旁通閥、關(guān)閉進出站閥門、停主輸油泵、停給油泵、關(guān)閉油罐的進出口閥等。緊急停車動作的啟動命令來自于現(xiàn)場或站控緊急停車按鈕的直接觸發(fā)。 2、超壓保護功能：給油泵入口壓力超低、輸油泵入口匯管壓力超低、輸油泵出口匯管壓力超高、出站壓力超高聯(lián)鎖本站停運，并與管道隔離， 3、火災(zāi)及可燃氣體報警系統(tǒng)聯(lián)鎖保護功能。,38,38,六、

19、安全儀表系統(tǒng)功能,39,39,六、安全儀表系統(tǒng)功能,40,40,七、供電與接地 1、供電：安全儀表系統(tǒng)為SIL2時，電源宜由UPS電源雙回路供電；安全儀表系統(tǒng)為SIL3時，電源應(yīng)由UPS電源雙回路供電。 下圖為儀九線控制系統(tǒng)供電系統(tǒng)圖：,41,41,七、儀表安裝及配線 1、安全儀表功能回路為SIL2及以上時，現(xiàn)場儀表的取源口應(yīng)獨立設(shè)置。 2、安全儀表系統(tǒng)與基本過程控制系統(tǒng)的電纜宜分開設(shè)置。 3、所有信號電纜應(yīng)采用阻燃型屏蔽電纜。 4、安全儀表系統(tǒng)的接線端子排應(yīng)獨立設(shè)置。 5、安全儀表功能回路不應(yīng)共用同一公共線。 6、不同電壓等級的電纜應(yīng)分開敷設(shè)。 7、電纜應(yīng)連續(xù)敷設(shè)，中間不應(yīng)有接頭，直埋敷設(shè)的

20、電纜應(yīng)采用鎧裝銅芯電纜。,42,42,八、HMI及報警 安全儀表系統(tǒng)HMI應(yīng)顯示以下內(nèi)容： 1 過程執(zhí)行順序； 2 保護動作命令指示； 3 旁路狀態(tài)； 4 檢測元件和執(zhí)行元件的狀態(tài)； 5 診斷結(jié)果； 6 電源狀態(tài)。,43,43,主流安全儀表系統(tǒng) 介紹,44,44,一、德國HIMA 發(fā)展歷史： 1908 由Johannes Hildebrandt先生創(chuàng)建于曼海姆, HIMA的名字源于 Hildebrandt 和 Mannheim； 1970 世界上第一套獲TV認證的安全系統(tǒng): Planar； 1986 世界上第一套獲TV認證的PES系統(tǒng): H50； 1991 世界上第一個獲TV認證的 軟件-反向編譯功能； 1994 通過DIN ISO 9001、DQS 認證； 1997 世界上第一家獲TV認證的 安全以太網(wǎng)通訊技術(shù)； 19