林洪俊谈油品储运罐区液位仪表及SIS系统设置

2020/10/23 13:15:53 人评论 次浏览 分类:液位测量  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/3398.html

文章源自中国石油华东设计院副总工程师/中国石油天然气集团公司高级技术专家林洪俊回答油品储运罐区自动化十三大热点问题的内容,对油品储运罐区液位计和SIS系统设置和规范使用给出权威解答。

各位好!大家为了罐区安全,不顾个人安全,前来参会,中国罐区何愁不安!我也是怀揣问题,汇报认识,求知问道而来。以下浅见,不一定正确,尤其与您观点可能不同,敬请谅解。海纳百川,兼听更明。我的观点是问题可以有争论,但不可以没观点。我们追求安全,但没有绝对的安全。绝对安全是不堪承受的,也不需要。我们要做的是遵纪守法,优化方案,少花钱,多办事,办好事。即使这样,也没有最优方案。有的业主追求底线,有的业主追求脸面,有的业主追求方便。应该通过讨论,获得启发,弄清真谛,选择适合自己的方案。


1、油罐是否必须选用两种原理的液位计?

答:不是必须选用两种原理的液位计,是优先选择,防止共因失效。例如:原油罐,重质油罐,只适合雷达液位计,不适合伺服液位计、磁致伸缩液位计等接触式仪表。国外规定也是如此。但确实曾有文件要求须选用两种原理的液位计。今后也可能还会冒出不专业的文件有此要求。这都是只管理论,不管实际。但我相信都将被纠正。希望真正的专家应持科学的态度,不要故意拿这些不科学的条款设法给企业定罪,以此显示能耐。

2、液位开关是否合规?是否不准用了,必须选用液位变送器?

答:SH/T3184-2017《石油化工罐区自动化系统设计规范》。
4.2.3 计量级压力储罐
4.2.3.1 应在罐顶设置2套配备罐旁指示仪的液位连续测量仪表,其中一套用于在控制系统中设置高、低液位报警。
4.2.3.2 应根据工艺要求在控制系统中设置高高液位报警及联锁关闭储罐进料管道开关阀的控制方案,信号采用上述另一套液位连续测量仪表;当需要第三套液位仪表时,宜采用连续测量仪表,也可采用液位开关。
4.2 储罐的仪表测量方案
4.2.1 计量级常压和低压储罐
4.2.1.1
容积大于100m3的储罐应在罐顶设置液位连续测量仪表,容积不小于1×105m3的储罐宜设置2套,液位连续测量仪表应配罐旁指示仪显示液位,应在控制系统中设置高、低液位报警。
4.2.1.2
应根据工艺要求在控制系统中设置高高、低低液位报警及联锁,信号所用的测量仪表应单独设置,宜采用连续测量仪表,也可采用液位开关;应设置高高液位联锁关闭罐进口管道开关阀、低低液位联锁停泵并关闭出口管道开关阀的控制方案,报警及联锁应在控制系统中实现。
结论:液位开关能用。但需根据场合选用。液位开关的技术性能同连续液位计相比,有短处。但在经济、安装等方面占优势。应该因地制宜,把开关、变送器优化组合。

3、油罐上到底该配几台液位计才合规?

答:①SH/T3184-2017《石油化工罐区自动化系统设计规范》
4.2 储罐的仪表测量万案
4.2.1 计量级常压和低压储罐
4.2.1.1 容积大于100m3的储罐应在罐顶设置液位连续测量仪表,容积不小于1×105m3的储罐宜设置2套,液位连续测量仪表应配罐旁指示仪显示液位,应在控制系统中设置高、低液位报警。
4.2.1.2 应根据工艺要求在控制系统中设置高高、低低液位报警及联锁,信号所用的测量仪表应单独设置,宜采用连续测量仪表,也可采用液位开关;应设置高高液位联锁关闭罐进口管道开关阀、低低液位联锁停泵并关闭出口管道开关阀的控制方案,报警及联锁应在控制系统中实现。

工艺要求:SH/T 3007-2014《石油化工储运系统罐区设计规范》

5.4.3 储存I级和II级毒性液体的储罐、容量大于或等于3000m3的甲B和乙A类可燃液体储罐、容量大于或等于10000m3的其他液体储罐应设高高液位报警及联锁,高高液位报警应联锁关闭储罐进口管道控制阀,高高液位报警的设定高度,宜按下式计算:
h6=h+h2
公式中h6为高高液位报警器的设定高度,m
5.4.4 装置原料储罐宜设置低低液位报警,低低液位报警宜联锁停泵。
5.4.5 储罐高高、低低液位报警信号的液位测量仪表应采用单独的液位连续测量仪表或液位开关,报警信号应传送至自动控制系统。

②SH/T3184-2017《石油化工罐区自动化系统设计规范》
4.2.3 计量级压力储罐
4.2.3.1 应在罐顶设置2套配备罐旁指示仪的液位连续测量仪表,其中一套用于在控制系统中设置高、低液位报警。
4.2.3.2 应根据工艺要求在控制系统中设置高高液位报警及联锁关闭储罐进料管道开关阀的控制方案,信号采用上述另一套液位连续测量仪表;当需要第三套液位仪表时,宜采用连续测量仪表,也可采用液位开关。

工艺要:SH/T3007-2014《石油化工储运系统罐区设计规范》

6.3.2 压力储罐液位测量应设一套远传仪表和一套就地指示仪表,就地指示仪表不应选用玻璃板液位计。
6.3.3 液位测量远传仪表应设高、低液位报警。高液位报警的设定高度应为储罐的设计储存高液位;低液位报警的设定高度,应满足从报警开始 10min-15min内泵不会汽蚀的要求。
6.3.4 压力储罐应另设一套专用于高高液位报警并联锁切断储罐进料管道阀门的液位测量仪表或液位开关。高高液位报警的设定高度,不应大于液相体积达到储罐计算容积的90%时的高度。
结论:以上是标准要求,底线要求。

根据用途,为了防止误关误停,增加可用性,可以增加检测仪表,组成逻辑判断;现在误停车率比较高,需要高度重视可用性。没有可用性,工艺设施将失去存在的价值;我们需要分清哪些是法律法规、标准规范被迫让咱干的,哪些是自己愿意干的。


4、凡是油罐都要设SIS吗?一、二重大危险源都要设SIS吗?安监局40号令、20条禁令有要求,油罐都要设SIS,真的吗?

答:不对,不是都要设SIS,也没有要求都设SIS。需要具体分析。
问题原因:理论不够清楚,文件理解不透,名词分辨不清,受人误导偏信。
安监局40号令:
(二)重大危险源的化工生产装置装备满足安全生产要求的自动化控制系统;一级或者二级重大危险源,装备紧急停车系统;
(三)对重大危险源中的毒性气体、剧毒液体和易燃气体等重点设施,设置紧急切断装置;毒性气体的设施,设置泄漏物紧急处置装置。涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或者二级重大危险源,配备独立的安全仪表系统。

安监局20条禁令(安监总管三[2017]121号化工和危险化学品生产经营单位重大生产安全事故隐患判定标准):构成一级、二级重大危险源的危险化学品罐区未设置实现紧急切断功能;涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级、二级重大危险源的危险化学品罐区未配备独立的安全仪表系统。


中石化要求:

三、IS联锁系统
1、各企业应当对其重大危险源进行安全评估,并确定重大危险源等级,凡属一级或者二级重大危险源的储罐区应设置紧急停车系统,紧急停车系统的安全功能可通过基本过程控制(DCS或SCADA)系统实现,也可通过安全仪表(SIS)系统实现;
2、储罐区的SIS系统应根据安全评估的SIL等级进行设置,并应符合GB/T50770的相关规定;未进行HAZOP研究和SIL评估的(涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或二级重大危险源)在役罐区,应配备独立的SIS系统,每个回路的检测元件和执行元件均宜独立设置,安全仪表等级应按SIL2考虑。

江苏安监局要求与中石化基本相同。


5、SIS逻辑控制单元是否只能用可编程控制器?SIS逻辑控制单元是否只能用各大公司的专用SIS?

答:GB/T 50770-2013:
8.1.1 逻辑控制器宜采用可编程电子系统。对于输入、输出点数较少、逻辑功能简单的场合,逻辑控制器可采用继电器系统。逻辑控制器也可采用可编程电子系统和继电器系统混合构成。

6、SIL1 ,SIS控制器与BPCS能否共用?

答:问题可分为两层:
①SIL1,SIS控制器能否与BPCS共用?
根据保护层原理,已经使用了BPCS,还有剩余风险,才增加了SIS保护层。由此可见,新保护层还能继续用原BPCS吗?不能用。(详见GB/T 32857-2016 保护层分析(LOPA)应用指南)

GB/T 50770-2013:

8.2 逻辑控制器的独立设置
8.2.1 SIL1级安全仪表功能,逻辑控制器宜与基本过程控制系统分开。

②SIL1,SIS控制器能否与BPCS使用相同类型的控制系统?

GB/T50770-2013:
2.1.19 基本过程控制系统用于生产过程的连续测量、常规控制(如连续、顺序、间歇控制等)、操作管,保证生产装置的平稳运行。在石油化工工厂或装置中,基本过程控制系统通常采用分散控制系统(DCS)。基本过程控制系统不应执行SIL1、SIL2、SIL3的安全仪表功能。
GB/T21109.1-2007(IEC 61511-1:2003,IDT)
BPCS不执行任何具有被声明的SIL≥1的仪表安全功能。

BPCS可以达到较低失效率,但这还不是SIS的全部要求。BPCS不是按照IEC61508标准制造的。我们可以诅咒IEC61508,但它是我们自愿选择的,国标等效采用。有规则比无规则好,不能以点概全,我们要的是整体利益最大化。


7、多个罐区单元,可否共用一个SIS控制器?

答:GB/T50770-2013
5.0.2 安全仪表系统的工程设计应兼顾可靠性、可用性、可维护性、可追溯性和经济性,应防止设计不足或过度设计。

工艺装置按加工过程彼此独立,或串联,或并行,开停不同步。不应相互影响,为了满足可用性、可实施性、可操作性、可维护性等需求,SIS控制器应按装置独立设置。


目前的罐区单元不是按加工过程划分,按品种人为划分,命名,设计划分与生产划分不同,不存在彼此独立的需求。因此,SIS控制器可多单元共用。一般按区域、按机柜间共用,满足可靠性、可用性、可实施性、可操作、可维护性、经济性的需求。


8、是否可以按照罐区类别,在国内或行业内统一SIL等级

答:相互间只能参考,不能统一。不同用户,规模不同,罐容不同,安全设计相同;即使相同设计,业主管理方式不同,运维人员人数、频次等不同,风险则不同,安全需求也就不同。

9、SIS和BPCS是否可以共用液位计?

答:问题可分为两层:
①只有一台液位计,SIS和DCS共用,是否可以?
根据保护层原理,已经使用了BPCS,还有剩余风险,才增加SIS保护层。还能继续用原BPCS吗?简单说不能,除非证明液位计失效率足够低,不是失效点,不影响两个保护层都能各自正常完成应有的安全功能。这种可能性极小。仪表本身的失效率就是需要SIS的原因之一。共用还受制于设计者的设计能力,受制于建设过程程序的影响,受制于运行维护的影响,难以实施。

油罐只有一台液位计的机会很少,见前面液位计配置数量。


②有多台液位计,SIS有独立的液位计,然后又与BPCS共用了1-2台液位计,是否可以?

◆多台液位计都具有要求的SIL等级。SIS和BPCS都有自己的变送器。保护层已经独立,满足了可靠性的要求。为提高可用性,SIS又共用了本供BPCS使用的液位计,利用它做了三取二逻辑(或其它要求的逻辑)。逻辑组合后的测量单元,SIL等级满足SIS的要求。当共用的变送器故障时,三取二自动降为二取一,一取一。可以共用。

共用方式,宜采用液位计输出两路信号,分别去SIS和BPCS。


不应采用先输入到SIS,再从SIS输出至BPCS的方式,或相反的方式。这破坏了独立保护层原则,降低了可靠性。


不建议采用信号分配器将液位计信号一分为二,分别去SIS和BPCS。降低了可靠性。


10、SIS与BPCS能否共用控制阀?

答:根据保护层原理,已经使用了BPCS,还有剩余风险,才增加SIS保护层。还能继续用原BPCS吗?简单说不能。参见前面液位计共用说明,不再赘述。

SIS联动关闭/打开非安全功能调节阀,不属于共用控制阀。


罐区,液位联锁,SIS联锁罐根阀,DCS控制二道阀,不需要共阀。SIS不需要联锁控制二道阀;DCS不需要、不应控制罐根阀。只有DCS、没有SIS的情况除外,也不存在此问题。


11、罐区内气体检测器设置标准规范要求不一致,怎么办?

答:①《危险化学品重大危险源    罐区  现场安全监控设备设置规范》AQ3036-2010要求:
7.2.1 可燃气体监测报警点的确定
7.2.1.1 可燃气体或易燃液体储罐场所,在防火堤内每隔20m-30m设置一台可燃气体报警仪,且监测报警器与储罐的排水口、连接处、阀门等易释放物料处的距离不宜大于15m。

②《石油库设计规范》GB50074-2014要求:

15.1.9  有毒气体和可燃气体检测器设置应符合下列规定:
3  一级石油库的甲、乙A类液体地上储罐组……可能发生可燃气体泄漏和积聚的露天场所,应设置可燃气体检测器;覆土罐组和其它级别石油库的露天场所可配置便携式可燃气体检测器。
注:一级石油库,库容大于10×104m3的油库。

③《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB/T50493-2019

4.1.3 下列可燃气体和/或有毒气体释放源周围应布置检测点:
1.气体压缩机和液体泵的动密封;
2.液体采样口和气体采样口;
3.液体/气体排液(水)口和放空口;
4.经常拆卸的法兰和经常操作的阀门组。
4.3.1 液化烃、甲B、乙A类液体等产生可燃气体的液体储罐的防火堤内,应设探测器。可燃气体探测器距其所覆盖范围内的任一释放源的的水平距离不宜大于10m,有毒气体探测器距其所覆盖范围内的任一释放源的的水平距离不宜大于4m。

个人认识:按照安监标准AQ3036,检测器太多。按照油库标准GB50074,既不满足AQ3036,也不满足GB/T50493。个人认为安监标准AQ3036要求过度严格。但目前仍然有效。标准的不一致,给企业带了很多违规风险。处理原则:只能是根据各地要求不同分别对待。


对于要求宽松的地区,只需按照GB/T50493-2019要求,只把把排水口、阀组作为释放源,设置气体检测器。


对于要求严格的地区,建议以目的为导向,兼顾不同要求的实质目的,既达到检测目的,又节省投资,还能获得安全部门的认可。排水口、阀组处是必须的检测点。除此之外,对于大型储罐,沿油罐底部周围约隔30米设一台。对于小型罐,在排水口、阀组的油罐背面设置1台检测器。这样设置至少可以用于辅助溢油检测,而且增设较少,不至于设置过多,投入过多,而基本无用。对此,在工程设计和安全专篇中需要说清楚。根据以往的案例,这样设计会得到安全管理部门的认可。


12、装车过程中,可燃、有毒气体报警后是否需要停止装车?

答:许多油品装车发生跑油事故,原因多种。
2016年发生了液化烃装车区严重爆炸伤人事故。从此开始,我开始实行:
◆液化烃装车,可燃气体报警联锁应停止装车。不商量。
◆汽油装车,可燃气体报警联锁宜停止装车。有商量。
二十多年前看到国外就这样做。

13、储运控制室是否需要抗爆?

答:常见观点:
◆与工艺装置不同,油品储运单元的控制室不需要抗爆。
◆工艺装置相同,油品储运单元的控制室也需要抗爆。

以上观点都是偏颇和极端的。正确的做法应分成两种储运场景,分别对待:

①独立油库
a、原油库,汽油库,航煤库,柴油库,重油库,控制室不需要抗爆。不是VCE爆炸源。
b、液化烃(LPG)库,根据储量计算确定是否需要抗爆。没能力计算时可以按抗爆处理。

②石化厂内储运

同长内其他控制室一样,根据厂内爆炸力等高图,控制室位置,确定是否需要抗爆。抗多强的冲击波。VCE爆炸源不仅仅局限于本单元,而是面对全厂。

作者:林洪俊(教授级高级工程师,TUV安全工程师, 中国石油华东设计院副总工程师,中国石油天然气集团公司高级技术专家。从事石油化工工程设计三十多年,主持设计了多项国内外大型石化工程,编审了国内石油化工行业主要仪表设计规范)

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