安全级控制系统在化工项目中的应用

摘要： 在化工项目中安全级控制系统的存在对项目的安全防护起着至关重要的作用，并且具有一定的安全性和经济性。本文主要介绍了安全级控制系统在国内某化工项目中的应用，及对安全级系统主要应急安全联动功能的验证，以充分证明安全级控制系统及其相关设备的在化工项目中的重要作用。

关键字：安全级控制系统；化工项目；控制系统；

一、安全级控制系统的基本功能

1.安全级控制系统的概念

安全级控制系统是一种专门用于保障项目中关键设施或工业过程安全性的控制系统，其核心目标是通过高可靠性和容错能力，防止事故发生或在事故发生时最大限度的减低危害。

2.安全级控制系统的基本功能：

为实现项目中安全级控制系统功能中的监视及报警等监测参数的收集及记录，安全级执行器的手动操作和自动逻辑联锁等功能，安全级室控制系统的基本功能如下：

1.现场各个区域监测参数的采集及记录，并通过隔离分配单元向应急控制盘、和非安全级控制系统提供监视和记录的信号数据；

2.根据参数变化情况触发自动联锁控制功能，以及现场操作员进行的应急情况下的切换全手动控制功能，并向应急控制盘和非安全级控制系统提供执行器的状态信号，以告知操作员执行器的运行情况；

3.根据现场参数（超阈值情况下）触发报警信号发送给应急控制盘，以通知操作员进行应急处置；

4.全厂控制权切换功能：包括在特殊工况下主控室和应急控制室之间的权限切换，应急控制盘与后备控制盘控制权限的切换，非安全级控制系统的闭锁等。

二、安全级控制系统主要结构及其组成

1.安全级控制系统主要结构

安全级控制系统主要分为 A、B 两个独立的安全列，列间满足物理分隔和电气隔离要求，

两列之间不会相互影响，保证了安全列的独立性和安全性。

2.安全控制系统的主要组成及功能

为实现安全级控制系统的基本功能，安全级控制系统主要配置为隔离柜和逻辑柜。

其功能如下：

1）隔离柜：安全列 A 和安全列 B 均配置；其功能如下：

1.隔离柜主要作用是采集现场变送器采集的4～20mA 信号，或现场热电阻信号（通过变送器采集，并转换成标准的 4～20mA 信号）后，将信号通过隔离柜分配至不同的系统和设备：

a. 分配给应急控制盘1和应急控制盘2 ，主要用于显示参数的监测和记录；

b. 分配至非安全级控制系统，主要用于参数的显示，记录等；

c. 分配至阈值比较单元（在隔离柜中），当现场实际参数超阈值后，阈值比较单元产生的报警信号在应急控制盘1和应急控制盘2中显示；

2.隔离柜另外还采集应急电源系统的柴油发电机和 UPS 电源系统状态信号，同样进行隔离分配至如下设备或系统上进行显示：分配至应急控制盘1和应急控制盘2，实时监测柴油发电机和UPS的状态（确保安全级控制系统的）；

3. 执行报警处理逻辑：隔离柜将产生的报警信号的发送至应急控制盘1和应急控制盘2显示；

2） 逻辑柜：安全列A和安全列B均配置；其功能如下：

1. 逻辑柜可以执行执行器的自动联锁控制逻辑，产生控制信号，下发到现场的执行机构；

2. 逻辑柜接收来自应急控制盘1和应急控制盘2的手动控制信号，与自动联锁控制信号进行逻辑处理后，形成安全级系统控制信号。该信号同时发送至非安全级控制系统，用于信号的一致性下发执行；

3. 逻辑柜接收非安全级控制系统控制信号，与安全级系统控制信号进行信号优选逻辑处理（安全级控制信号优先级高于非安全级控制系统控制信号），形成执行器控制信号，输出给执行器；

4. 逻辑柜还接收执行器的状态反馈信号，进行隔离分配，分配给如下设备；

a. 非安全级控制系统，在非安全级操作员站上显示执行器运行状态；

b. 应急控制盘1，显示执行器运行状态；

c. 应急控制盘2，显示执行器运行状态；

d. 一些设备的自动联锁逻辑回路；

e. 产生的报警信号 送至隔离柜 进行报警逻辑处理后送应急控制盘1 和应急控制盘2 显示。

5. 逻辑柜还可以控制切换逻辑：比如非安全控制系统的闭锁；主控室和应急控制室的切换：应急控制盘1和应急控制盘2控制权限的切换；

通过上述安全级控制系统的基本结构和功能的介绍，让我们对安全级控制系统有了一个基本的认识，也方便我们在实际应用中更好地验证安全级控制系统的功能。

三、安全级控制系统的功能验证的目的及应用

安全级控制系统在现场项目的实际应用，首先要根据系统的基本架构和功能，明确安全级控制系统基本目的和实际验证思路。

1.安全级控制系统功能验证的基本目的主要内容如下：

1）验证安全级系统对应的UPS电池的带载极限时长，为后续的事故工况处理提供安全级的数据支撑；

2）验证在应急电失电工况下，应急电源系统1、应急电源系统2里面的自带柴油发电机是否能自启，柴油发电机、UPS的状态切换是否正常；

3）安全级设备的状态确认，即与安全级控制盘台显示状态是否一致，设备是否处于工艺安全状态；

4）在事故工况（失电、火灾等）下，安全级控制系统是否满足设计要求，通过安全级控制系统监控现场安全级设备，防止事故的扩大或减轻事故后果；

5）验证现场安全级控制系统的退防功能，增强在异常事故工况的现场应急处置能力。

2.安全级控制系统功能验证的在实际应用中的思路

以某化工厂为例，当出现化工厂全厂失电的情况下，先应急电源系统验证柴油发电机能否自启，为全厂提供应急电，并通过安全级控制系统操控现场的安全级设备，实现柴油发电机、UPS、安全级控制系统、现场安全级工艺设备的联动，验证安全级相关设备的安全功能是否满足设计要求。

第一步，进行UPS的极限带载时长试验。该试验涉及安全级控制系统，需关注安全级控制系统的运行状态，验证在安全级控制系统正常运行的情况下，UPS的极限带载能力。

第二步，进行主厂房和辅助厂房，通排风系统和主控室的一次退防试验。一次退防的条件为DCS系统失电，无法查看各子项工艺系统运行参数，且恢复时长超过30min，由调度下发指令，进入一次退防状态，随后按以下步骤开展一次退防试验。

分别断开应急电源系统1的的进线开关及应急电源系统的的进线开关，此时应急电源系统1和应急电源系统2的自带柴油发电机组应自动启动，为主控室的安全控制系统、主厂房应急电所带设备供电，各厂房负责人员应关注应急电所带设备的状态是否变化，电仪人员关注UPS、柴油发电机、安全级控制系统的状态，启机运行10min后，主厂房工作人员开展相关试验，验证各厂房重要设备是否符合。

第三步，一次退防试验完成并恢复初始状态后，进行二次退防试验。当主控室不可用时，由调度下发命令，进入二次退防状态。即在应急控制室的安全级盘台完成二次退防试验，由应急控制室的安全级盘台2获得操作权限（权限切换旋钮应位于应急监控室），同时主控室安全级盘台1被闭锁。开始验证在二次退防状态下各厂房安全级设备的基本功能和状态是否满足厂房的安全控制要求。

四、结语

由于化工类项目工艺流程复杂，需要现场操作人员根据现场实际工况进行综合判断后才能执行安全操作。这对操作人员的工作经验和综合判断能力要求很高。而数字化安全级控制系统的应用可以大大的降低现场工作中的人因事故的得几率，提高化工项目的工作效率和安全系数，通过数字化安全级控制系统后续在多个化工项目中的应用，将很大的促进安全级控制系统在可靠性，安全性，智能化方面的优化与升级，对后续化工项目中安全级控制系统的数字化和智能化进一步发展奠定踏实的基础。

参考文献：

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[2]刘艳阳，刘明星，雷敏杰，等，安全级DCS“龙鳞系统”研制综述及展望[J]，中国核电，2019（5）：540.