石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計

李冬生

摘 要：自改革開放以來，我國社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越快，生產(chǎn)事故的頻發(fā)使得安全生產(chǎn)受到越來越多的關(guān)注，為確保工廠生產(chǎn)過程的安全，安全儀表系統(tǒng)已越來越多地得到重視并應(yīng)用。安全儀表系統(tǒng)（SIS）是一種安全系統(tǒng)，其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，對設(shè)備可能發(fā)生的危險或不采取措施將繼續(xù)惡化，按照規(guī)定及時響應(yīng)和保護(hù)使生產(chǎn)裝置按程序退出，使風(fēng)險降低到最低限度，以確保人員安全，防護(hù)設(shè)備或避免對周圍環(huán)境的污染?；诖?，本文主要闡述了安全儀表系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循的基本原則、石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：石油化工裝置安全儀表系統(tǒng) 設(shè)計策略

在石油化工裝置生產(chǎn)過程中，安全儀表系統(tǒng)對石油化工裝置安全運行負(fù)有重要監(jiān)測、預(yù)警及保護(hù)作用，因此，在設(shè)計時必須堅持科學(xué)、高標(biāo)準(zhǔn)，提高安全等級，在確保系統(tǒng)自身安全運行的同時，提高儀表系統(tǒng)的監(jiān)測精度，縮短安全狀態(tài)預(yù)警響應(yīng)時間。

一、安全儀表系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循的基本原則

1.1確保儀表系統(tǒng)可靠準(zhǔn)確

由于石油化工裝置安全儀表的獨特作用，設(shè)計的儀表系統(tǒng)，必須確保系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，這是設(shè)計石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)遵循的一條重要原則。這就要求在進(jìn)行設(shè)計時，要在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要統(tǒng)籌全面考慮，以確保儀表系統(tǒng)絕對安全可靠。比如：必須確保儀表在正常條件下可以安全運行，同時，在誤操作、出現(xiàn)供電故障等非常情況下，系統(tǒng)也能夠安全運行。

1.2確保儀表功能健全穩(wěn)定

充分發(fā)揮石油化工裝置安全儀表的功能，最大限度地滿足化工行業(yè)對儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)、安全預(yù)警等方面的需求，確保石油化工裝置安全儀表功能健全、系統(tǒng)穩(wěn)定，這也是石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)設(shè)計的重要原則之一。在進(jìn)行石油化工裝置安全儀表設(shè)計時，相關(guān)設(shè)計人員必須要深入研究系統(tǒng)的基本情況，對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場查看，準(zhǔn)確把握儀表工作現(xiàn)場的基本情況，以確保所設(shè)計儀表功能完備，具有良好的適應(yīng)性。

1.3安全故障型原則

SIS應(yīng)該是安全故障型的。SIS的檢測元件以及最終執(zhí)行元件在系統(tǒng)正常時應(yīng)該是勵磁的，在系統(tǒng)不正常時應(yīng)該是非勵磁的，即非勵磁停車設(shè)計。一個理想的SIS應(yīng)該具有100%可用性。但由于系統(tǒng)內(nèi)部的故障概率不能等于零，因此不可能可用性為100%。SIS的設(shè)計目標(biāo)應(yīng)該為：當(dāng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能自動轉(zhuǎn)入安全狀態(tài)，即故障安全系統(tǒng)，從而可以避免由于SIS自身故障或因停電、停氣而使生產(chǎn)裝置處于危險狀態(tài)。

1.4確保儀表易于維護(hù)與擴(kuò)展

石油化工行業(yè)對安全性具有特殊的要求，這就要求必須要加強(qiáng)對儀表的維護(hù)與保養(yǎng)，所選用的儀表要易于安裝、便于使用，安全運行周期長、維護(hù)簡便。在滿足儀表監(jiān)測、預(yù)警要求的前提下，要盡可能減少系統(tǒng)儀表安裝數(shù)量，而且要降低系統(tǒng)安裝建設(shè)成本，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.5確保儀表系統(tǒng)絕對安全

石油化工工業(yè)是基于流程的特殊行業(yè)，所選用的生產(chǎn)材料一般均為危險化學(xué)品，產(chǎn)品也多為易燃易爆品，生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，大多為高溫高壓環(huán)境，極易引發(fā)各類安全事故。隨著石油化工裝置的自動化、現(xiàn)代水平越來越高，對產(chǎn)品的精細(xì)化作業(yè)越來越廣泛，生產(chǎn)作業(yè)條件越來越安全臨界點，從而可能引發(fā)危險的可能性也在不斷增加，這種嚴(yán)峻形勢下，對石油化工儀表系統(tǒng)提出了更高的安全要求。在進(jìn)行儀表系統(tǒng)設(shè)計時，必須確保儀表系統(tǒng)絕對安全，進(jìn)而確保整個系統(tǒng)的絕對安全。

二、石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計策略

2.1檢測傳感元件設(shè)計安全

安全儀表系統(tǒng)的安全度等級越高，安全系統(tǒng)實現(xiàn)所要求的安全功能失敗的可能性就越低。IEC61508標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全系統(tǒng)滿足安全要求的程度將安全系統(tǒng)分為4個等級：SIL1-SIL4，SIL1最低，SIL4最高。儀表系統(tǒng)檢測、傳感元件是石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接決定著整個系統(tǒng)的安全與檢測精度。在進(jìn)行檢測傳感元件設(shè)計時，要遵循獨立設(shè)置原則，就是1級SIS傳感器可與DCS共用，2級SIS傳感器宜與DCS分開，3級SIS傳感器應(yīng)與DCS分開。遵循冗余設(shè)置原則，即1級SIS傳感器可采用單一的傳感器，2級SIS傳感器宜采用冗余的傳感器，3級SIS傳感器應(yīng)采用冗余的傳感器。同時要遵循冗余選擇原則，即保證系統(tǒng)的安全性時，采用“或”邏輯結(jié)構(gòu)；保證系統(tǒng)的可用性時，采用“與”邏輯結(jié)構(gòu)；當(dāng)系統(tǒng)的安全性和可用性均需保證時，采用“三取二”邏輯結(jié)構(gòu)；傳感器宜采用4～20mA疊加HART傳輸信號的智能變送器，不宜采用開關(guān)型傳感器；傳感器由SIS系統(tǒng)供電。

2.2系統(tǒng)的邏輯運算器設(shè)計與選用

SIS邏輯運算器主要包括：繼電器系統(tǒng)，可編程序電子系統(tǒng)，混合系統(tǒng)三種類型。繼電器主要用于邏輯功能較簡單的場合；可編程電子系統(tǒng)用于邏輯功能復(fù)雜，與DCS、MES通信等場合；可編程電子系統(tǒng)可以是經(jīng)TUV認(rèn)證的PLC系統(tǒng)，也可是DCS和其他專用系統(tǒng)。依據(jù)獨立設(shè)置原則：1級SIS邏輯運算器宜與DCS分開；2級SIS邏輯運算器應(yīng)與DCS分開；3級SIS邏輯運算器必須與DCS分開。依據(jù)冗余設(shè)置原則：1級SIS可采用單一的邏輯運算器；2級SIS宜采用冗余或容錯邏輯運算器；3級SIS應(yīng)采用冗余容錯邏輯運算器。

2.3執(zhí)行元件的聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)計

保護(hù)系統(tǒng)是系統(tǒng)安全的保護(hù)傘，可以在發(fā)生相關(guān)危險時，快速做出反應(yīng)，采取相應(yīng)措施減少發(fā)生事故的概率。執(zhí)行元件聯(lián)鎖保護(hù)機(jī)構(gòu)主要用于對相關(guān)工藝設(shè)備及產(chǎn)品流程控制上，實現(xiàn)對過程流量的監(jiān)測與控制。一旦出現(xiàn)外部條件或過程參數(shù)超出了安全操作范圍，執(zhí)行元件聯(lián)鎖保護(hù)裝置將對動作，自動調(diào)整相關(guān)機(jī)構(gòu)，使流量等回歸安全態(tài)勢，以確保系統(tǒng)安全。

2.4SIS的系統(tǒng)評價

SIS是為生產(chǎn)過程的安全而設(shè)置的，在工藝參數(shù)偏離允許范圍時系統(tǒng)必須正確無誤地執(zhí)行安全程序。其可靠性（可用度）和安全性（故障安全）是評價SIS好壞的兩個重要指標(biāo)。但是可用度并不代表系統(tǒng)故障安全。它們的區(qū)別在于：可用度是基于導(dǎo)致系統(tǒng)停車的故障進(jìn)行計算的，可是對引起系統(tǒng)進(jìn)入安全狀態(tài)的故障和引起系統(tǒng)進(jìn)入危險狀態(tài)的故障是不區(qū)別的，它是系統(tǒng)故障頻度的度量；故障安全是指系統(tǒng)在故障時按己預(yù)知的方式進(jìn)入安全狀態(tài)。高可用度的重要性在于系統(tǒng)很少出現(xiàn)進(jìn)入安全狀態(tài)或危險狀態(tài)的故障；故障安全的重要性在于即使系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也不會出現(xiàn)災(zāi)難性事故。一個好的SIS，既應(yīng)該有較高的可靠性，又具有很高的安全性。

三、結(jié)束語

綜上所述，隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，在SIS系統(tǒng)設(shè)計中，引入了安全等級的概念，就是要求設(shè)計人員在對一個具體生產(chǎn)裝置SIS設(shè)計時，首先應(yīng)該對其安全等級要求進(jìn)行評估，確定其安全等級范圍，以避免設(shè)計的盲目性，造成不必要的浪費，這樣一來不僅有利于石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)設(shè)計的進(jìn)步，還為我國經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高建華.石油化工安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計與可靠性分析[J].生物化工，2017，02：57-59.

[2]胡君堯.淺析石油化工安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計[J].化工設(shè)計通訊，2017，05：125.

[3]翟仲曦.石油化工工藝包安全儀表系統(tǒng)設(shè)計探討[J].石油化工自動化，2017，03：21-23+30.