化工装置紧急停车系统(ESD)改造探索

第一讲ESD紧急停车系统1名称、作用、构成紧急停车系统（Emergency ShutDown system – ESD）亦称为安全仪表系统（Safety – Instrument System – SIS）、安全联锁系统（Safety Interlock System –SIS）、安全关联系统（Safety Related System – SRS）、仪表保护系统（Instrument Protective System – 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（Programmable Electronic System），即E/E/PES三个阶段。

图1为由PES构成的ESD。

图1 ESD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、规范，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达到的安全等级进行确认。

这些标准、规范及认证机构主要有：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》。

44 石油规划设计 第17卷第1期信息与自动化* 朱小本，男，1963年生，高级工程师。

1984年毕业于华东石油学院油田生产自动化专业，现在新疆时代石油工程有限公司自动化仪表设计所任总工程师。

通信地址：新疆克拉玛依市新疆时代石油工程有限公司，834000近几年，石油天然气工业生产装置向规模化、工艺装置集中化、流程控制高度自动化发展。

为确保石油、炼油生产装置的安全运行，减少重大恶性事故发生的概率，对开工停工和生产过程中可能发生重大人身事故和设备事故的工艺装置和机组，应设置相应独立的紧急停车及安全联锁系统（简称ESD 系统）。

根据生产需要和建设工程投资规模以及生产装置在石油天然气管道或石油化工行业中的地位，工程设计中对原油长输管道及泵机组、天然气长输管道及压缩机机组、100×104 m 3/d 及以上规模的天然气处理装置、气举压缩机机组、加氢处理装置及机组、连续重整装置及催化剂再生控制系统及机组、制氢装置、催化装置及机组、芳烃或烷基苯装置，应考虑设置独立的ESD 系统。

对一般项目应该结合流程控制系统如DCS 系统设置紧急停车和安全联锁保护功能。

ESD 系统设计原则1 独立原则紧急停车及安全联锁系统原则上应与过程控制系统（如：集散控制系统DCS、工业计算机控制系统IPC 等）分离而独立设置。

特别是工艺过程复杂的装置和重要的机组，ESD 系统应不依赖于DCS 系统而独立完成紧急停车及安全联锁功能。

简单的ESD 可以包含在DCS 系统中，DCS 和ESD 之间设置独立的分组硬手操和独立的I/O 卡件。

大型联合装置的ESD 系统宜分解成若干个子系统，为减少工程设计、施工、采购、安装调试和维护过程中各子系统之间的相互影响，各子系统应相对独立并分别设置硬手操。

ESD 的检测元件、变送器、执行机构等应独立设置。

关键部位的温度、压力、流量、液位等检测仪表不宜采用机械式仪表。

变送器宜采用模拟信号，当采用智能变送器时，在操作站上应设置对修改现场仪表有关参数的加密技术。

紧急停车系统控制系统说明：紧急停车系统（ESD）1. ESD的概念紧急停车系统，简称ESD（Emergency Shutdown Device），是90年代发展起来的一种专用的安全保护系统，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评和广泛应用。

不同的厂商、不同的行业，对这一装置的叫法有所不同。

一般的叫法包括安全仪表系统（Safety Instrument System）、安全联锁系统（Safety Interlock System）、紧急跳闸系统（Emergency Trip System）、安全关联系统（Safety Related System）、仪表保护系统（Instrument Protective System）等。

ESD是一种专门的仪表保护系统，具有很高的可靠性和灵活性，当生产装置出现紧急情况时，保护系统能在允许的时间内做出响应，及时地发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护。

目前，国际上的知名DCS或PLC厂商都推出了针对安全的ESD系统，如YOKOGAWA的Prosafe、Honeywell 的FSC等等。

真正专门生产ESD的主要有HIMA和TRICONEX两家。

在国内，尚没有ESD设备研发生产厂家。

2. ESD和DCS的异同ESD系统和DCS系统虽然独立完成不同的功能，但服务的对象却是同一套装置，两者之间需要也应该建立数据联系，特别是ESD系统，其动作条件、联锁结果、保护措施等都需要在上位机通过各种方式在线监视。

ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。

在正常情况下，ESD系统是处于静态的，不需要人为干预。

作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置的安全性。

只有当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而直接由ESD发出保护联锁信号，项目ESD DCS不同点当生产装置出现紧急情况时，直接发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。

紧急联锁停车系统(ESD)在氯碱安全联锁保护系统中的应用韦学艺
【期刊名称】《中国氯碱》
【年(卷),期】2008(000)005
【摘要】针对南宁化工股份有限公司氯碱安全联锁保护系统原有传统继电器联锁保护装置存在的问题,应用紧急联锁停车系统(ESD)进行了改造.介绍了改造使用过
程中ESD系统的硬件组态、逻辑编程和人机界面组态等方面的技术实现.实际应用表明,ESD系统克服了旧系统存在的缺点,确保了联锁的安全运行.
【总页数】4页(P30-32,45)
【作者】韦学艺
【作者单位】南宁化工股份有限公司,广西,南宁,530031
【正文语种】中文
【中图分类】TQ086.3
【相关文献】
1.紧急停车及安全联锁系统设计 [J], 朱小本;孟祥生
2.安全联锁紧急停车系统在醋酐生产工艺中的应用 [J], 于波;徐勤梅
3.浅述洗涤剂生产中自动紧急停车安全联锁系统的更新改造 [J], 黄容森
4.PLC系统的变脸——PLC热备系统在苯乙烯装置紧急停车联锁系统中的应用 [J], 陈子平
5.安全联锁系统ESD在化肥厂的应用 [J], 屈德君
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1引言紧急停车系统ESD( Emergency Shutdown Device)是90年代发展起来的一种专用的安全保护设备，是独立于生产过程控制系统的用于大型装置的安全联锁保护系统。

在正常情况下,实时在线监测装置的安全;当装置出现紧急情况时,直接发出保护联锁信号对工艺流程实行联锁保护或紧急停车,以避免危险扩散造成巨大损失。

ESD一般应用于安全控制要求较高的重要生产工艺场合。

尤其在石油化工生产中，装置大都具有高温、高压、易燃、易爆、工艺连续性强、复杂性高、安全要求高等特点,所以，近年来ESD在石化企业被广泛地推广应用。

由于ESD设计技术要求高，国内还没有生产厂家，现在国内应用的ESD都是引进产品。

引进的ESD如何结合实际生产装置进行硬件、软件组态是ESD应用的关键问题。

本文结合茂名石油化工股份有限公司多套装置配置应用ESD 的情况,对石化企业ESD 系统组态进行初步探讨。

由于石化企业实际生产装置各有特点，工艺情况千变万化，ESD系统组态时，要从系统的独立性、本质安全、快速响应等基本要求和结合有关设计联锁系统的标准、规则出发，综合考虑多方面因素，才能使ESD系统满足设计要求，真正发挥出应有的安全保护作用，最大程度的确保生产安全。

同时因为生产工艺情况复杂多变，人为的误操作可能多种多样，系统组态时除了按工艺要求实现其正常的操作功能外，还应尽可能地考虑到所有的可能性。

完全满足设计要求是ESD组态最基本的要求，最大程度的确保安全生产、方便工艺操作是ESD 组态的目标。

ESD系统组态的基本内容包括：系统配置、硬件组态、逻辑组态、操作界面组态、SOE组态和与其他系统通讯的组态等。

下面着重介绍ESD在组态时的技术细节及注意事项。

2系统配置及硬件组态系统配置和硬件组态是ESD组态最基础的工作。

它决定整个系统能否正常运行和系统一些功能能否全面地实现。

一个ESD系统的基本配置一般包括：控制站、工程师站、操作站、SOE站、辅助操作台、辅助仪表盘及打印机。

石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则在石油化工领域，生产过程中往往涉及高温、高压、易燃、易爆、有毒等危险因素，为了保障人员生命安全、设备正常运行以及避免环境污染等重大事故的发生，紧急停车及安全联锁系统的设计至关重要。

本文将详细阐述石油化工紧急停车及安全联锁系统的设计导则，以帮助相关工程技术人员更好地理解和应用。

一、紧急停车及安全联锁系统的定义与作用紧急停车系统（Emergency Shutdown System，简称 ESD）是指在生产过程中，当出现可能导致严重事故的异常情况时，能够迅速采取措施使生产装置停止运行，以保护人员、设备和环境的安全。

安全联锁系统（Safety Interlock System）则是通过一系列的逻辑关系和控制措施，确保生产过程在安全的条件下进行，防止误操作和危险情况的发生。

其主要作用包括：1、迅速响应异常情况，如压力过高、温度超限、流量异常等，及时停止生产过程，避免事故的扩大。

2、防止人为误操作，通过联锁逻辑限制不允许的操作顺序和条件。

3、保护关键设备，如压缩机、反应器等，避免因异常工况而损坏。

二、设计原则1、可靠性原则系统必须具备高度的可靠性，能够在恶劣的工业环境下长期稳定运行。

采用冗余技术，包括硬件冗余（如传感器、控制器、执行器等）和软件冗余，以提高系统的容错能力。

2、安全性原则系统的设计应遵循相关的安全标准和规范，确保在任何情况下都能优先保障人员和环境的安全。

安全等级应根据风险评估结果确定，并采取相应的安全措施。

3、独立性原则紧急停车及安全联锁系统应独立于基本过程控制系统，以避免受到其他系统故障的影响。

同时，其电源、通信、控制回路等也应相互独立。

4、易操作性原则系统的操作界面应简洁明了，易于操作人员理解和使用。

在紧急情况下，能够迅速采取正确的操作。

5、可维护性原则系统应具备良好的可维护性，便于故障诊断、维修和更换部件。

同时，应提供完善的技术文档和培训资料，以便维护人员进行维护工作。

石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则SHB-Z06-1999目录1 总则--------------------------------------------------------------------------------------------- 32 常用名词术语与缩写------------------------------------------------------------------------------- 32.1 常用名词术语------------------------------------------------------------------------------- 32.2 缩写--------------------------------------------------------------------------------------- 43 选用原则----------------------------------------------------------------------------------------- 53.1 独立设置原则------------------------------------------------------------------------------- 53.2 选择采用技术的原则------------------------------------------------------------------------- 53.3 结构选用原则------------------------------------------------------------------------------- 63.4 故障安全型原则----------------------------------------------------------------------------- 63.5 中间环节最少原则--------------------------------------------------------------------------- 74 紧急停车及安全联锁系统工程设计的内容------------------------------------------------------------- 74.1 可行性研究阶段----------------------------------------------------------------------------- 74.2 基础工程设计阶段--------------------------------------------------------------------------- 74.3 详细工程设计阶段--------------------------------------------------------------------------- 84.4 ESD及安全联锁应用软件组态、生成阶段 ------------------------------------------------------- 84.5 安装、调试、投运阶段----------------------------------------------------------------------- 85 硬件配置----------------------------------------------------------------------------------------- 85.1 配置原则----------------------------------------------------------------------------------- 85.2 用户接口----------------------------------------------------------------------------------- 95.3 过程接口---------------------------------------------------------------------------------- 105.4 逻辑运算器-------------------------------------------------------------------------------- 105.5 通讯接口---------------------------------------------------------------------------------- 105.6 电源-------------------------------------------------------------------------------------- 106 现场设备---------------------------------------------------------------------------------------- 116.1 检测元件---------------------------------------------------------------------------------- 116.2 执行元件---------------------------------------------------------------------------------- 116.3 现场设备选用注意事项---------------------------------------------------------------------- 127 软件编制---------------------------------------------------------------------------------------- 127.1 软件编制原则------------------------------------------------------------------------------ 127.2 软件编制的安全性要求---------------------------------------------------------------------- 127.3 软件审查---------------------------------------------------------------------------------- 137.4 软件工程文件------------------------------------------------------------------------------ 138 配线及接地工程要求------------------------------------------------------------------------------ 138.1 配线工程要求------------------------------------------------------------------------------ 138.2 接地工程要求------------------------------------------------------------------------------ 139 安装、调试、预开车验收-------------------------------------------------------------------------- 149.1 安装-------------------------------------------------------------------------------------- 149.2 调试-------------------------------------------------------------------------------------- 149.3 预开车验收测试（PSAT）-------------------------------------------------------------------- 14 附录A紧急停车及安全联锁系统规格书编制大纲-------------------------------------------------------- 14A.1 主要内容---------------------------------------------------------------------------------- 14A.2 功能要求---------------------------------------------------------------------------------- 15A.3 系统要求---------------------------------------------------------------------------------- 15A.4 安全要求---------------------------------------------------------------------------------- 15A.5 文件、服务及其它-------------------------------------------------------------------------- 15 附录B 操作维护----------------------------------------------------------------------------------- 16B.1 操作-------------------------------------------------------------------------------------- 16B.2 维护-------------------------------------------------------------------------------------- 16B.3 测试、检测与维修-------------------------------------------------------------------------- 16B.4 功能测试---------------------------------------------------------------------------------- 16B.5 功能测试文件------------------------------------------------------------------------------ 17 附录C 修改管理----------------------------------------------------------------------------------- 17C.1 修改管理规定------------------------------------------------------------------------------ 17C.2 修改管理文件------------------------------------------------------------------------------ 17 附录D ESD/SIS系统详细设计工作内容摘要------------------------------------------------------------ 17D.1 一般要求---------------------------------------------------------------------------------- 17D.2 ESD/SIS逻辑运算器------------------------------------------------------------------------ 18D.3 现场设备---------------------------------------------------------------------------------- 18D.4 接口-------------------------------------------------------------------------------------- 19D.5 电源与气源-------------------------------------------------------------------------------- 19D.6 系统环境---------------------------------------------------------------------------------- 19D.7 应用逻辑要求------------------------------------------------------------------------------ 20D.8 维护与测试设计要求------------------------------------------------------------------------ 20 用词说明------------------------------------------------------------------------------------------ 201 总则1.1.1为保障使用化工企业的安全生产，设置恰当的紧急停车及安全联锁系统，降低装置恶性事故发生的概率，减少计划外停车，避免重大人身伤害，重大设备损坏及重大经济损失的事故发生，特制定本导则。