2022年DCS报警系统存在问题分析及整改措施 .pdf
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1、1 DCS报警系统存在问题分析及整改措施新疆克拉玛依石化公司葛晓强李荣李欣摘要:以具体案例为事实, 详细分析装置集中控制系统报警存在的设置和管理的问题,针对存在的问题进行了整改,并制定了预防措施。关键词: 报警;问题;整改引言目前炼厂日常操作采用最多的就是DCS (Distributed Control System)系统暨装置集中控制系统, 装置 DCS 系统本身或生产工况发生异常时,系统能够利用计算机自动扫描, 及时发现, 及时发出信号, 并在第一时间提醒和警示操作人员进行处理,必要时计算机还可以根据预先设定的计算机控制程序进行自动处理,这一全过程就是 DCS 的报警过程。 报警基本包括系
2、统报警和过程报警两种类型,具体表现形式是以下几种:A、 相关位号的数据、图例颜色变化(变成红色或者黄色);B、 报警系统的声音提醒;C、 灯光闪烁(变成红色或者黄色) ;D、 对于高级、完善的系统甚至可以实现自停、自应急等程序控制。报警体现了集中控制的先进性, 同时为装置提供了安全保障。 但是如果对报警设置和管理不当, 又会造成处理不及时、 安全隐患等诸多问题, 下面就以具体实例来分析集中控制系统的报警存在的问题,并对存在的问题进行了整改, 并制定了预防措施。1 报警存在的问题1.1 报警设置过多在一套装置上把很多的功能都赋予报警,如加氢装置调节阀数量多达上千个,对该调节阀限位大量设置报警,操
3、作过程中是每间隔3 秒钟、5 秒钟就报警一个,DCS 画面满盘数据闪烁,左上角不停地在闪黄色、红色的位号、数据,一天报警成千上万, 不仅影响正常操作与监控, 而且造成操作人员的麻痹思想,熟视无睹了。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 29 页 - - - - - - - - - 2 统计某石化公司各生产装置在2010 年 4 月 265 月 2 日报警数量,具体见表 1 所示。从表 1 中我们可以看到, 单套装置报警非常多, 按照岗位操作人员每分钟处理一个报警
4、测算, 实际报警远远超过了操作人员的处理能力,因此过多的报警信息, 不但不能起报警作用, 反而削弱了重要报警信息的预警提示功能。以2003年 8 月北美洲东部地区发生了一次大面积停电事故为例。【1】该地区电网长期超负荷运行 , 操作人员对泛滥的报警不重视, 操作效率低下、同时缺乏对报警应急预案的培训和演练 , 使得事故状况恶化。表 1 某石化公司装置一周的报警数量统计表报警数26 日27 日28 日29 日30 日1 日2 日蒸馏 I 套14001 10290 12035 10143 12915 11181 10949 蒸馏 II套694 782 846 926 1002 1078 986 催
5、化裂化1536 1203 1802 824 536 467 229 丙烷 II套630 435 1834 2170 2772 3374 3976 丙烷 III套879 689 878 690 690 852 614 糠醛 I 套322 125 653 456 832 526 626 焦化 II套5268 3456 1536 4263 3682 2932 3695 制氢 I 套780 590 735 825 803 830 859 制氢 II套359 320 487 516 580 644 708 柴油加氢 II套641 1142 1067 1356 1250 1521 1664 加氢脱酸112
6、4 1238 1146 1205 1510 1466 1540 加氢处理382 352 578 386 615 512 662 柴油加氢 I 套1635 2210 1200 1913 2196 2478 2761 催化重整1234 2356 899 682 1526 1012 903 苯抽提306 84 820 1086 502 978 1117 高压加氢 I 套12536 12532 12636 12668 12718 12768 12818 高压加氢 II套16831 13456 15898 14356 13890 13391 15893 气体分馏2539 1521 3440 3401 3
7、851 4302 4752 脱硫 II套2 1 0 1 4 3 3 酸性水 II套15 15 0 1 31 18 20 硫磺 II套1 1 0 1 3 2 3 低压瓦斯回收4 8 0 0 12 7 8 公司合计61719 52806 58490 57870 61919 60342 64786 1.2 报警设置过少有些装置又对报警参数少设或设置过宽,导致报警偏少, 关键时候起不到利用计算机自动扫描、 不能及时发现问题, 并不能在第一时间发出提醒和警示信号作用。2005 年 12 月英国 Buncefield油库发生一起爆炸事故。【1】事故原因就是油名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -
8、 - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 29 页 - - - - - - - - - 3 罐自动测量系统( ATG )在进汽油时无法正常工作,油进满、溢出约300 吨汽油挥发形成油气云, 遇过路的拉油罐车排气管喷出火星引爆油气云酿成大事故。事故造成 20 余座油罐被烧毁, 43人受伤,直接经济损失2.5 亿英镑,约 35 亿元人民币。这是一起典型的对高自动化控制的系统仪表参数报警设置过少,出现不报警、假数据、联锁不动作等,最终造成了重大安全隐患。1.3 报警不及时响应日常操作中,存在操作不及时处理仪表故障,甚至
9、有操作工嫌报警声音吵,操作工擅自关掉高液位报警和联锁,导致报警和联锁功能失灵等等一系列失误,最终酿成了大事故。 2005年 3 月 BP公司 Texas City 炼油厂发生了一起爆炸事故。【1】事故造成 15人死亡, 180 人受伤,主要过程和原因是:蒸馏检修后开工,塔底高液位操作 (指标是 0-3 英尺,进油液位实际控制预计4 英尺、想多进一点油作为装置循环垫底油,减少再引油次数),但是塔底排出物料流量报警未开,操作工也未确认, 后来操作工嫌报警声音吵关掉了高位报警和自动联锁,被加热的原油从装满的分馏塔顶溢出,进入火炬系统, 大量油品再从火炬烟囱喷出, 油气被吸入停放在烟囱附近9 米的未熄
10、火作业车,引爆并炸毁了整个德州炼油厂。2 报警整改措施2.1 国际上的报警管理标准国际标准协会( ISA )和美国国家标准学会( ANSI )在 2009年推出了一个新的标准 ISA-18.2 “Management of AlarmSystems for the Process Industries ” 英国 EEMUA 协会经过调查各制造业的生产的生产报警频次,制定了制造业的报警基准:日允许报警144次。具体见下表1。【2】表 1 报警行业基准列表名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -
11、- - - 第 3 页,共 29 页 - - - - - - - - - 4 2.2 国内报警管理标准2010年 9 月 6 日国家安全生产监督总局下发了行业标准AQ/T 3034-2010化工企业工艺安全管理实施导则 。明文规定:化工生产装置“要有有效的报警系统 ”。该导则实施日期为2011 年 5 月 1 日。2.3 某公司报警管理标准2007年 1月份,某石化公司下发了公司文件DCS报警管理规定,对生产装置 DCS参数报警值的设置、报警的日常管理等,均有明确要求。总的原则:各装置报警应设置合理、数据有用、报警有效、必须响应。2.4 具体整改实施措施2.4.1 整改报警设置不合理问题我们按
12、照参数类型将报警分为工艺参数报警、设备参数报警、系统参数报警、可燃可爆气报警。 还可以按仪表报警类型将报警分为过程报警、软硬件报警, 其中过程报警又可分为过程测量报警、测量参数超限报警、 测量断线报警、 测量值超设定值报警、 测量值速率变化超过设定点报警、阀位设定超限报警、 控制回路输出断线报警、 检测回路关闭报警、 回路校验报警、 数据出错报警、公共点报警;软硬件报警又可分为软件缺失报警、CPU 、IO 卡件故障报警、通讯报警、控制器内部机柜内部元件报警、运算数据报警、历史报警。由于报警分类繁多,专业性非常强,以至于很多报警提示我们装置操作人员及技术人员都不熟悉,为此我们对各装置报警按参数类
13、型进行分类统计,结果见表2。从表中我们可以看到,四类报警中工艺参数报警、设备参数报警各占40% 左右,系统参数报警和可燃气参数报警各占10% 左右。通过进一步摸底分析,工艺参数报警中很大一部分属于停用设备或回路报警,还有部分参数设置不合理现象;设备参数报警主要是仪表软硬件报警,多属于装置建设时仪表组态设置了大量无效报警未及时消除, 以及仪表现场管理不严导致的软硬件报警;系统参数报警多属于无效设置长期缺乏管理所致; 可燃气参数报警多属于设备故障导致的误报。以上都是可以通过管理工作和技术工作进行优化的报警,需要我们开展报警专项整治工作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
14、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 29 页 - - - - - - - - - 5 表2 报警分类统计表(4月 26 日5 月 2 日) 报警类型 工艺参数 设备参数 系统参数 可燃可爆参数 蒸馏 I 套 29345 30975 12227 8967 蒸馏 II套 2273 2399 947 695 催化裂化 3034 2375 660 528 丙烷 II套 5469 5773 2279 1671 丙烷 III套 1905 2011 794 582 糠醛 I 套 1274 1345 531 389 焦化 II套 114
15、22 8939 2483 1987 制氢 I 套 1952 2060 813 596 制氢 II套 1301 1373 542 398 汽柴油加氢 II套 3111 3284 1296 950 加氢脱酸 4246 3323 923 738 加氢处理 1255 1325 523 384 汽柴油加氢 I 套 5182 5469 2159 1583 催化重整 3101 3273 1292 947 苯抽提 1272 1370 245 2006 高压加氢 I 套 31923 33697 13301 9754 高压加氢 II套 47709 37337 10371 8297 气体分馏 10951 8570
16、2381 1904 脱硫 II套 6 5 1 1 酸性水 II套 46 36 10 8 硫磺 II套 5 4 1 1 低压瓦斯回收 18 14 4 3 公司合计 166800 154958 53783 42390 从表中我们可以看到,四类报警中工艺参数报警、设备参数报警各占40% 左右,系统参数报警和可燃气参数报警各占10% 左右。 某石化公司组织检维修中心仪表专业人员认真分析每套装置的情况,处理软硬件报警及过程报警中非过程测量报警,消除了各装置每天海量的系统本身产生的无效报警。对日报警 288次(EEMUA 标准组,角色 -组,权限源 -角色的三步法配置,通过清晰的分组将权限源配置给所需的用
17、户,进而实现权限的管理过程。其逻辑关系图如下:图 4 权限管理功能逻辑关系图2.2 解决方案根据权限管理的业务需求及设计原则,提出适用于锦州石化计量平台的页面数据级权限管理(以下简称权限管理功能)解决方案。为与计量平台进行无缝结合,权限管理采用B/S (浏览器 /服务器)的访问方式, 以 Oracle作为关系型数据库的主要载体,采用当前领先的Microsoft Visual Studio2010作为开发工具,采用与开发工具配套的,Microsoft .NET Framework 4作为框架体,这样的搭配既保证了所用工具的先进性, 便于进行扩展, 又保证了开发及应用平台的稳定性,便于用户操作及使
18、用。根据权限管理的设计思想,将权限管理功能的逻辑关系进行实际转化,形成一套适应于计量平台权限配置及使用需求的权限管理解决方案。权限管理功能逻辑关系的具体转化可参见下图:其中, “页面权限”是通过页面菜单来实现;“数据权限”是通过权限树来实现。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页,共 29 页 - - - - - - - - - 图 5 权限管理功能逻辑转化图根据具体功能的划分,归纳出对待配置数据的需求,设计出相关的数据模板样例如下:图 6 页面配置模板计量综合管理
19、平台页面配置,主要包括与菜单配置相关的信息,如:菜单名称、子菜单名称、页面中文名称、菜单配置、Web 发布属性、及与角色相关的菜单权限分配等内容。参考上表的数据可完成菜单管理的全部配置内容。车间统计员级的权限树层级分配主要包括层级树类别(根据用户实际业务需求划分的层级树)及各车间统计员对权限树的需求分配等内容,如下表(截图):图 7 权限树层级分配模板权限树包括了计量平台中各模块的树分类,如:交接计量-查询层级类别、交接计量-出厂层级类别、 交接计量 -进厂层级类别、 公用工程 -氮气量层级类别、 公用工程 -电量层级类别、公用工程 -外售电量层级类别等十余种详细的分类。3 权限管理功能权限管
20、理可划分为三大部分的内容,分别为:用户管理、角色管理和菜单管理。其中,用户管理主要是维护用户的基础信息;角色管理主要是维护角色的基础信息、为角色分配用户和组、为角色分配权限树;菜单管理主要是维护菜单基础信息并为菜单配置权限。权限的功能划分图如下:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页,共 29 页 - - - - - - - - - 图 8 权限功能划分图3.1 用户管理用户管理主要是维护用户的基本信息,包括新增、修改、查询及删除、密码重置功能。用户的基本信息主要包
21、括用户名、用户描述、密码、确认密码、岗位等内容。其中, 用户名主要以编码形式存在,可为该用户常用的邮箱名;密码在存储前,系统自动对其进行加密, 以确保密码存储的安全性。当用户忘记密码时,系统管理员可通过密码重置功能,将用户的密码重置成默认的密码。这样,既保证了用户信息的安全性,又保证了用户信息的可维护性。3.2 角色管理角色管理主要包括三部分的内容,分别为角色信息维护、角色用户组配置和角色权限树配置。整个功能块主要围绕组、角色和权限树进行展开。3.2.1 角色信息维护角色信息维护主要是维护与角色相关的信息,包括新增、 修改、查询及删除功能。角色的基本信息主要包括角色编码、角色描述、角色类型等。
22、其中, 角色类型主要分为两类,分别为菜单级和树层级两种;角色编码需要根据角色类型分别编码,一般情况下角色类型为“菜单级”的角色编码采用“MENU ”为前缀的编码方式,其角色描述的前缀为“(菜单级 )” ,而角色类型为“树层级”的角色编码采用“TREE”为前缀的编码方式,其角色描述的前缀为“(树层级 )” 。这样设计的好处是不论在角色编码方面还是在角色描述方面都可以清晰地将两类角色分开,便于配置和维护。3.2.2 角色用户组配置角色用户组配置主要包括两部分的功能,分别为组信息维护以及对组关系进行配置。组的信息维护包括组的新增、修改及删除功能。建立组名称时一般按组归类进行编码,如:与统计员相关的组
23、一般以“(统计员 )”为前缀进行命名等,这样做便于归类查找。组关系配置分为两类,分别为:用户-组关系配置和角色-组关系配置,通过两者的配置,实现了用户与角色的联通。如下图所示:图 9 组关系配置图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页,共 29 页 - - - - - - - - - 在进行角色 -组关系配置的时候,一般情况下 (特殊情况除外)需要同时给组配置菜单级角色和树层级角色两种角色。这样配置, 既保证了该组用户的权限受到菜单及树层级两层限制约束, 又保证了菜
24、单级角色和树层级角色都可以进行低耦合的配置,在减少配置工作量的同时,又保证了两类权限的灵活应用。3.2.3 角色权限树配置角色权限树配置主要是实现对树层级类型的角色进行层级树配置,如下图:图 10 角色层级树关系图层级树与 (树层级 )角色是多对多的配置关系,既可以将多个层级树配置给一个(树层级 )角色,又可以将一个层级树配置给多个(树层级 )角色。反之,既可以为一个(树层级 )角色配置多个层级树,又可以为多个(树层级 )角色配置一个层级树。3.3 菜单管理菜单管理主要分为两部分内容,分别为:菜单信息维护和菜单权限配置。3.3.1 菜单信息维护菜单信息维护主要是维护与菜单相关的信息,包括新增、
25、 修改及删除功能。菜单的基本信息主要包括菜单编码、菜单名称、 菜单类型、菜单发布设置、连接地址及菜单的层级关系等。考虑到数据配置的完整性,将菜单类型分为子菜单和菜单项两类。其中, 菜单项为需要填写链接地址(URL 地址)的菜单,以确保配置的菜单都是可以进行访问的。菜单项还需要设置发布选项,如果发布选项为“发布”,那么对该页面的访问就可以跳过页面数据级的管理功能,并为Web 帐户管理提供数据基础。对于链接地址部分,即可以配置当前发布目录中的页面地址,又可以配置当前服务器上其他发布目录的地址,还可以配置其他服务器的目录地址。这种方式可以方便集成内外部系统的相关功能。对于菜单层级的配置分别提供了“添
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