紧急停车系统ESD.pdf

全国化工仪表维修工技师、高级技师培训辅导讲义——第一讲：ESD紧急停车系统第一讲ESD紧急停车系统1名称、作用、构成紧急停车系统〔EmergencyShutDownsystem–ESD〕亦称为安全仪表系统〔Safety–InstrumentSystem–SIS〕、安全联锁系统〔SafetyInterlockSystem–SIS〕、安全关联系统〔SafetyRelatedSystem–SRS〕、仪表保护系统〔InstrumentProtectiveSystem–IPS〕等。以下统称ESD。大多石油和化工生产过程具有高温、高压、易燃、易爆、有毒等危险。当某些工艺参数超出安全极限，未及时处理或处理不当时，便有可能造成人员伤亡、设备损坏、周边环境污染等恶性事故。这就是说，从安全的角度出发，石油和化工生产过程自身存在着固有的风险。ESD是一种经专门机构认证、具有一定安全度等级，用于降低生产过程风险的安全保护系统。它不仅能响应生产过程因超出安全极限而带来的危险，而且能检测和处理自身的故障，从而按预定的条件或程序使生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。ESD由检测单元〔如各类开关、变送器等〕、控制单元和执行单元〔如电磁阀、电动门等〕组成，其核心部分是控制单元。从ESD的发展过程看，其控制单元部分经历了电气继电器〔Electrical〕、电子固态电路〔Electronic〕和可编程电子系统〔ProgrammableElectronicSystem〕，即E/E/PES三个阶段。图1为由PES构成的ESD。PES检测单元输入模块控制模块输出模块执行单元图1ESD的构成2ESD的相关标准及认证机构鉴于ESD涉及到人员、设备、环境的安全，因此各国均制定了相关的标准、标准，使得ESD的设计、制造、使用均有章可循。并有权威的认证机构对产品能到达的安全等级进行确认。这些标准、标准及认证机构主要有：①我国石化集团制定的行业标准SHB-Z06-1999《石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则》。②国际电工委员会1997年制定的IEC61508/61511标准，对用机电设备〔继电器〕、固态电子设备、可编程电子设备〔PLC〕构成的安全联锁系统的硬件、软件及应用作出了明确规定。③美国仪表学会制定的ISA-S84.01-1996《安全仪表系统在过程工业中的应用》。④美国化学工程学会制定的AICHE〔ccps〕-1993，《化学过程的安全自动化导则》。⑤英国健康与安全执行委员会制定的HSEPES-1987，《可编程电子系统在安全领域的应用》。⑥德国国家标准中有安全系统制造厂商标准-DINVVDE0801、过程操作用户标准-DINV19250和DINV19251、燃烧管理系统标准-DINVDE0116等。⑦德国技术监督协会〔TÜV〕是一个独立的、权威的认证机构，它按照德国国家标准〔DIN〕，将ESD所到达的安全等级分为AK1～AK8，AK8安全级别最高。其中AK4、AK5、AK6为适用于石油和化学工业应用要求的等级。3ESD和DCS的比较DCS与由PES构成的ESD的主要区别有：-1-全国化工仪表维修工技师、高级技师培训辅导讲义——第一讲：ESD紧急停车系统DCSESD构成不含检测、执行含检测、执行单元作用〔功能〕使生产过程在正常工况乃至最正确工况下运行超限安全停车工作动态、连续静态、间断安全级别低、不需认证高、需认证4ESD设计应遵循的原则①原则上应独立设置〔含检测和执行单元〕；②中间环节最少；③应为故障安全型；④采用冗余容错结构。5故障安全原则组成ESD的各环节自身出现故障的概率不可能为零，且供电、供气中断亦可能发生。当内部或外部原因使ESD失效时，被保护的对象〔装置〕应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态〔FaulttoSafety〕，这就是故障安全原则。具体表达：①现场开关仪表选用常闭接点，工艺正常时，触点闭合，到达安全极限时触点断开，触发联锁动作，必要时采用“二选一”、“二选二”或“三选二”配置。②电磁阀采用正常励磁，联锁未动作时，电磁阀线圈带电，联锁动作时断电。③送往电气配电室用以开/停电机的接点用中间继电器隔离，其励磁电路应为故障安全型。④作为控制装置〔如PLC〕“故障安全”意味着当其自身出现故障而不是工艺或设备超过极限工作范围时，至少应该联锁动作，以便按预定的顺序安全停车〔这对工艺和设备而言是安全的〕；进而应通过硬件和软件的冗余和容错技术，在过程安全时间〔PST-ProcessSafetyTime〕内检测到故障，自动执行纠错程序，排除故障。6隐故障与显故障①隐故障〔CovertFault〕：不对危险产生报警，允许危险发展的故障，是故障危险故障〔SHB-Z06-1999〕。CovertFault：Faultthatcanbeclass