炼化过程工艺报警管理研究

李传坤

(中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 266104)

0 前言

“管安全就是管风险，管风险就要关注异常”[1]。有效的分布式控制系统(Distributed Control System, DCS)报警是发现生产过程异常工况，排除事故隐患的重要手段。

国际上对报警系统的评估广泛采用EEMUA191[2]及ISA18.2[3]评估标准：保持操作者有效处理的报警频率为每10 min 1次报警，即每小时6个报警；操作员可处理的最大报警频率为每5 min 1次报警，即每小时12个报警。根据对多个大型石化企业炼化装置报警系统报警数量的调研，管理水平相差较大，每小时报警数目大多在20～1 000个，远超报警管理国际标准的建议水平。

国内对工艺报警的研究主要集中在报警统计软件的应用[4,5]和报警阈值[6-8]的优化等方面，系统化、体系化的报警管理方法鲜有研究。报警管理方法的缺乏，往往会造成报警数量反弹。因此，从减少装置的工艺报警数量、提高报警系统的效率入手，在EEMUA191、ISA18.2等报警管理国际标准基础上，结合大型石化企业工艺技术管理实际，以体系化的思维探索建立了一套工艺报警管理办法和相关软件工具，并在某大型炼化企业进行了试点应用。

1 炼化过程工艺报警管理主要内容

过多报警的产生，与企业的工艺管理水平和所使用的分析工具紧密相关。因此，对于工艺报警的管理，一方面，建立管理制度，规范工艺报警管理过程；另一方面，建立工艺报警管理软件系统，以软件工具完善管理过程，实现管理的规范化与精细化。

1.1 报警管理制度

在企业建立报警管理制度(办法)，明确各部门报警管理的职责与分工，报警参数、报警优先级及报警值的设置原则，以及在报警处置、报警考核等方面的要求，有助于从管理层面解决各部门在面对工艺报警问题时责任不清、互相推诿的问题，同时可以明确和统一具体的工作方法。

1.2 报警管理工具

企业工艺报警管理的混乱，很大一项原因是缺乏一套科学合理的分析工具，部分企业甚至靠人工统计报警情况，误差极大。此外，部分企业以实时数据库中的数据为对象统计报警情况，遗漏了大量重复报警、滋扰报警。因此，有必要在企业建立规范的报警管理软件系统，以DCS中的报警原始记录为对象进行统计分析，并具备报警性能评估与诊断优化等基本功能。

2 工艺报警管理方法

2.1 工艺报警责任部门

为了有效管理工艺报警，首先应该明确相关的责任部门和各自的分工。工艺报警的主要相关部门及其任务分工如下。

a)企业工艺技术管理部门。负责企业工艺报警的归口管理，制定和完善企业的工艺报警管理制度，并监督、检查制度执行情况。负责紧急报警参数变更的审批。负责组织对企业各装置工艺参数报警情况统计、分析与考核。

b)企业运行部(车间)。负责企业生产装置工艺报警的日常管理、检查和考核。负责企业工艺报警变更(包括报警新增、取消、报警值的改变、报警分级调整、报警屏蔽)的风险评估及申请。负责企业重要报警和一般报警参数变更的审批。负责建立企业紧急报警处置应急预案，并定期组织培训。负责定期对工艺报警情况进行统计、分析，制定相应的整改措施并落实。

c)企业设备管理部门(机动部/仪表中心)。负责工艺报警变更等在DCS系统上的组态实施。负责报警系统的维护管理，协助工艺、操作人员诊断和解决故障，重点消除由于仪表或控制系统自身原因造成的报警。

2.2 工艺报警设置

工艺报警的设置主要包括报警参数的选择，以及各报警参数的报警优先级和报警值的设定。

2.2.1报警参数选择

应根据过程危险与风险分析、工艺及设备的安全要求、环境监管要求以及产品质量要求等因素，全面识别和评估可能存在的风险，确定需要设置报警的参数。

基于上述原则，应设置报警的参数包括但不限于：①带联锁的参数；②工艺卡片参数；③环保监测参数；④影响产品质量的参数；⑤上下游装置运行的参数，原料进装置主要参数；⑥公用工程参数；⑦影响设备安全的参数(静设备：塔器类压力、温度参数；动设备：机泵、机组安全运行参数；加热炉安全燃烧监控参数)。

2.2.2报警优先级设置

基于风险管理思想，根据报警不响应的后果等级和操作人员响应所需的时间，将报警优先级分为紧急、高、中、低4级，如图1所示。

图1 报警优先级划分矩阵

根据图1中的报警风险程度，并参考EEMUA191、ISA18.2等国际标准，按照紧急(20个)、高级(5%)、中级(15%)、低级(80%)的大致比例进行报警分级。对不同报警优先级的报警参数，可以采取不同的管控办法。

2.2.3报警值设置

工艺参数报警值应根据工艺卡片指标控制范围和工艺包参数设计范围，综合考虑操作人员处置所需的响应时间及过程变化速率等因素设置。同时，报警值的设置应符合以下要求：①在正常的过程波动和信号噪声中没有报警发生；②操作人员有足够的响应时间；③使工艺参数不超过工艺或设备的约束值，并应考虑工艺或设备约束值的不确定性。因此，提出图2所示的报警值设置方法。

图2 报警值设置示意

紧急和高级报警应设置一级报警和二级报警，中级和低级报警应设置一级报警，并根据实际需要设置二级报警。一级报警一般为工艺参数的高限或低限报警，即工艺参数超出正常操作范围。二级报警一般为工艺参数的高高限或低低限报警，即工艺参数超出安全操作范围。

2.3 工艺报警的检查、统计和分析

a)企业运行部(车间)技术人员应结合日、周、月检对装置DCS报警值的设置进行检查，以保证DCS系统内的报警限值与工艺报警台账一致。

b)企业运行部(车间)技术人员应定期对报警情况进行统计，在技术月报中对于持续、频繁发生的报警及每月发生的紧急、高级和中级报警进行分析，制定整改措施进行整改，并反馈整改情况。

c)企业工艺技术管理部门应定期统计分析各装置报警数据，根据报警频率、持续时间等指标，对报警进行评估，并对报警性能KPI指标进行排名。

报警的统计和评估应以DCS系统中的报警日志为对象，时间区间宜为30天。报警性能KPI指标如表1所示。

表1 报警关键性能指标(KPI)

2.4 无效报警的消除

a)为保证报警信息与生产实际一致，对生产过程中产生的各种无效报警应及时消除，并由企业运行部(车间)定期检查，避免由此造成的报警泛滥，影响正常生产操作。

b)已拆除装置(工艺单元)、暂时停用装置(工艺单元)产生的无效报警，由企业运行部(车间)进行梳理，提交企业工艺技术管理部门审核后，由企业设备管理部门安排仪表维护单位进行报警摘除或屏蔽。

c)因仪表故障不能立即处理而发生的频繁报警，经企业运行部(车间)确认后并通知仪表部门采取临时报警关闭(AOF)和手动置值(CAL)方式来临时消除报警。

以上报警消除必须进行存档，执行变更程序后方可实施。

3 工艺报警管理工具开发

笔者团队开发了报警性能评估与优化软件工具，能实时获取装置的报警数据(DCS的原始报警记录)，进而进行报警性能评估、报警分布、报警排行、报警诊断等工作，实现报警的在线管理。软件工具的主要功能如图3所示。

图3 报警性能评估与优化工具主要功能

3.1 数据来源

报警数据来源为DCS，采用OPC A&E接口从DCS读取报警和事件数据(Alarm & Event)。

3.2 报警性能评估

以平均报警数和峰值报警数为核心，将装置报警性能分为5个等级，以便于分类管理，如图4所示，当前的性能等级为“等级4”。

图4 报警性能评估

3.3 报警统计

报警统计包括对报警泛滥现象的统计，以及高频报警参数、持续报警参数、重复报警参数等进行统计排行。图5展示了排名前10的高频报警参数。

图5 高频报警参数

报警泛滥时间是指从每10 min报警次数超过10次报警起始，至每10 min报警次数低于5次为止的时间范围，建议值为小于统计周期的1%。

3.4 报警诊断

为了消除各种滋扰报警，需要对各类报警进行诊断分析。本文开发的软件工具提供在线的诊断分析模块，以使工艺、仪表、调度等各部门对报警参数提供综合分析。该模块包括报警问题说明、建议整改意见、建议整改部门、整改情况反馈等。

4 应用案例

本文开发的工艺报警管理技术在某大型炼化企业的重油加氢装置进行了应用。整个项目建设过程如下。

4.1 报警管理制度完善

该公司的生产技术部牵头，联合该公司的工艺、机动(仪表)、发展规划等部门，进行了多轮讨论，形成《××企业工艺参数报警管理规定》。

4.2 报警参数筛选

对重油加氢装置的1 354个参数进行了梳理，解除了32个报警。发现了94个参数的报警值与仪表量程重合，发现了65个参数的一级报警与二级报警重合，以上不合理现象均进行了整改。

4.3 报警优先级划分

对1 322个参数的报警优先级重新进行了划分，优化前后的对比情况如表2所示。优化后的报警优先级比例增大了“中”级报警的比例，更加符合生产操作的实际情况。

表2 报警优先级优化前后对比 %

4.4 报警性能评估与优化

通过报警性能评估与优化软件，进行装置报警的统计分析。对报警泛滥现象，以及高频报警参数、持续报警参数、重复报警参数等进行统计排行，并逐个进行原因分析，以消除滋扰报警。主要的报警类型及原因分析如表3所示。

表3 滋扰报警分类及原因分析

经过4轮的报警优化，以及管理措施的执行，该重油加氢装置的报警数量大幅下降，如表4所示。但是，10 min峰值报警数由于极其容易受到短时异常波动的影响，数量依旧较高，需进一步优化。

表4 重油加氢装置历次报警优化结果

5 结语

通过研究一种工艺报警管理方法，以制度和软件工具的方式，使传统基于经验的报警管理方式向系统化、规范化的方式转变，为石油化工企业的工艺报警管理方式转变提供有益参考。