安全儀表系統(tǒng)在化工工藝裝置中的應(yīng)用

鄧 剛

（中國(guó)石化銷售股份有限公司華南分公司，廣東廣州 510620）

隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高，社會(huì)各行業(yè)都逐步提高了對(duì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)和使用安全問題的重視。而在現(xiàn)代化化工生產(chǎn)過程中，對(duì)實(shí)際工作中潛在的生產(chǎn)安全問題和加工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行防治的有效措施，便是要充分利用安全儀表系統(tǒng)的核心技術(shù)，為逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和大型化的設(shè)備在運(yùn)行過程中提供良好的安全保障。

1 安全儀表系統(tǒng)在化工行業(yè)中應(yīng)用的重要作用

化工生產(chǎn)行業(yè)通過快速的發(fā)展提高了人們的生活質(zhì)量和工作水平，但是與此同時(shí)，很多化工生產(chǎn)安全事故的發(fā)生也在人們心中一遍遍敲響警鐘。例如2006年吉化爆炸事件以及日本地震引發(fā)的核泄漏事故等都引發(fā)了全世界各國(guó)的關(guān)注和重視。近幾年來，我國(guó)化工行業(yè)事故問題的導(dǎo)致原因有7成以上是由于操作不當(dāng)而引發(fā)的。這說明在缺乏良好的報(bào)警和連鎖裝置的保護(hù)情況下，工作人員想要對(duì)化工生產(chǎn)過程中的安全隱患因素進(jìn)行控制是非常困難的。而通過在化工工藝裝置中應(yīng)用安全儀表系統(tǒng)，通過對(duì)于生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀況以及動(dòng)作預(yù)測(cè)來實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)行為的報(bào)警和調(diào)節(jié)，這樣便可以在發(fā)生緊急事故時(shí)及時(shí)進(jìn)行停機(jī)控制，防止事態(tài)惡化。由此可見，安全儀表系統(tǒng)為現(xiàn)代化化工生產(chǎn)自動(dòng)控制過程提供了可靠的安全保障，并會(huì)逐步發(fā)展成為未來我國(guó)化工行業(yè)的必備基礎(chǔ)設(shè)施。

2 安全儀表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能概述

安全儀表功能示意見圖1。

圖1 安全儀表功能的示意圖

安全儀表系統(tǒng)是一種集連鎖控制系統(tǒng)和危險(xiǎn)報(bào)警系統(tǒng)為一體的綜合性功能系統(tǒng)，能夠在化工工廠自動(dòng)化生產(chǎn)控制過程中，對(duì)化工工藝裝置運(yùn)行狀況起到良好的危險(xiǎn)預(yù)警和安全保障作用。安全儀表系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)包括傳感器、邏輯控制器以及執(zhí)行元件，各部分結(jié)構(gòu)發(fā)揮獨(dú)立的功能作用，并共同保障在出現(xiàn)錯(cuò)誤運(yùn)行程序和危險(xiǎn)動(dòng)作行為時(shí)，能夠給操作人員發(fā)出警告信息來降低生產(chǎn)事故問題的發(fā)生可能性。圖2～圖3為安全儀表結(jié)構(gòu)配置示意圖。

圖3 復(fù)雜配置示意圖

3 安全儀表系統(tǒng)在化工工藝裝置中的應(yīng)用控制要點(diǎn)

安全功能是安全儀表系統(tǒng)中能夠直接體現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值的核心組成結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通過編寫邏輯結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能模塊，錄入了化工生產(chǎn)過程中常見的安全事故誘發(fā)因素以及控制措施等重要信息，在實(shí)際生產(chǎn)過程中有針對(duì)性地對(duì)特定安全隱患問題進(jìn)行預(yù)警以及提供保護(hù)措施。例如常見的超高溫加熱爐自動(dòng)滅火裝置、以及高壓泄漏保護(hù)系統(tǒng)等，都屬于安全儀表系統(tǒng)的安全功能管理范疇。

3.1 安全儀表系統(tǒng)完整性等級(jí)的評(píng)測(cè)

安全儀表系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和安全保障功能的良好發(fā)揮，是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整、化工生產(chǎn)裝置危險(xiǎn)等級(jí)符合系統(tǒng)評(píng)定和管理范圍的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。在對(duì)該系統(tǒng)應(yīng)用之前需要結(jié)合生產(chǎn)狀況進(jìn)行充分的等級(jí)評(píng)定，對(duì)于危險(xiǎn)性越高、存在安全隱患因素越多的化工生產(chǎn)設(shè)備，在設(shè)計(jì)安全儀表系統(tǒng)時(shí)便需要投入更多的成本費(fèi)用以及應(yīng)用更加先進(jìn)的核心技術(shù)。通常情況下，在評(píng)價(jià)化工工藝裝置的危險(xiǎn)性等級(jí)時(shí)常應(yīng)用以下公式：

在上述化工生產(chǎn)設(shè)備危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)定公式中，主要結(jié)合了相關(guān)設(shè)備的潛在危險(xiǎn)性事故發(fā)生概率（Probability）和裝置安全隱患因素會(huì)導(dǎo)致的危險(xiǎn)后果（Consequences），對(duì)化工生產(chǎn)裝置潛在危險(xiǎn)（Risk）指數(shù)和等級(jí)進(jìn)行計(jì)算。而有關(guān)評(píng)測(cè)機(jī)構(gòu)以及企業(yè)通常會(huì)根據(jù)危險(xiǎn)等級(jí)的差異性劃分，對(duì)安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的選擇和合理的應(yīng)用，在與化工生產(chǎn)過程提供安全保障的同時(shí)還能達(dá)成一定的經(jīng)濟(jì)效益。在IEC61508中對(duì)于安全儀表系統(tǒng)的安全完整性等級(jí)給出了明確的劃分標(biāo)準(zhǔn)，其中1級(jí)到4級(jí)分別是針對(duì)不同的化工生產(chǎn)危險(xiǎn)等級(jí)狀況，時(shí)實(shí)際生產(chǎn)過程中常用的一些等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有助于相關(guān)生產(chǎn)廠間管理人員對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的選用來降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 SIS產(chǎn)品的安全性識(shí)別

安全儀表系統(tǒng)在化工工業(yè)裝置的應(yīng)用功能，主要針對(duì)的是非常規(guī)的風(fēng)險(xiǎn)問題和危險(xiǎn)因素，并能夠在出現(xiàn)緊急狀況時(shí)通過停車連鎖來控制生產(chǎn)裝置，避免對(duì)于周圍的施工人員、設(shè)備以及環(huán)境造成危害。而安全性識(shí)功能便是SIS系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作指令發(fā)出和風(fēng)險(xiǎn)狀況判斷的重要基礎(chǔ)，能夠針對(duì)化工工藝裝置的單點(diǎn)或多點(diǎn)故障問題進(jìn)行精確的診斷和有效的故障排除，并對(duì)一些嚴(yán)重的系統(tǒng)局部故障問題進(jìn)行隔離和切除。這樣便能夠起到防止聯(lián)動(dòng)影響，而導(dǎo)致整個(gè)安全系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)裝置產(chǎn)生更為嚴(yán)重的破壞和故障問題。

4 SIS系統(tǒng)的邏輯研究以及應(yīng)用控制要點(diǎn)

4.1 SIS系統(tǒng)可用性分析及優(yōu)化方案

可用性指的是在系統(tǒng)檢測(cè)到設(shè)備故障之后，能夠通過有效的隔離和快速的處理，解決單點(diǎn)故障問題之后依然能夠保證系統(tǒng)的完整性和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行狀況，因此通常情況下可用性也是作為安全儀表系統(tǒng)性能考核的一個(gè)重要指標(biāo)。而在DCS系統(tǒng)中冗余技術(shù)便具有能夠提高SIS系統(tǒng)可用性水平的重要應(yīng)用價(jià)值，通過在化工工藝裝置配備的安全儀表系統(tǒng)中進(jìn)行功能模塊和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改造，采用全冗余的高水平配置使得SIS系統(tǒng)的可用性得到大幅提高。

4.2 停車邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在化工工藝裝置的安全儀表系統(tǒng)中，系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)可謂發(fā)揮了保障安全和檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵作用，同時(shí)大部分安全儀表系統(tǒng)的功能等級(jí)劃分以及安全指標(biāo)的制定，很大程度上也是根據(jù)系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)水平來決定的。而通過套用試測(cè)原件三重冗余配置的三選二邏輯形式，在合成氣103-J停車邏輯控制的冗余輸入運(yùn)算邏輯設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，這樣便能夠使得安全醫(yī)療系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)行中的化工生產(chǎn)裝置起到高效的控制作用，滿足該系統(tǒng)的安全防護(hù)使用需求。

4.3 安全儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)約束條件的控制

硬件容錯(cuò)能力是在安全儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中工作人員容易忽略的問題，但是卻能夠?qū)?shí)際的化工生產(chǎn)裝置安全性控制效果產(chǎn)生重要影響的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而安全儀表系統(tǒng)的功能性發(fā)揮，則主要體現(xiàn)在對(duì)于化工工藝裝置的精確控制和危險(xiǎn)性檢測(cè)，指的是對(duì)特定的危險(xiǎn)性現(xiàn)象進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，而并不是對(duì)所有的設(shè)備故障問題均給出警告信息和采取停車控制的安全保障措施。而這種靈活性、智能化的生產(chǎn)設(shè)備控制原則，則需要依靠安全儀表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)達(dá)到一定的硬件故障裕度才可以實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以通過增加冗余強(qiáng)度和為系統(tǒng)配備標(biāo)準(zhǔn)合適的硬件容錯(cuò)能力，使該項(xiàng)安全儀表系統(tǒng)達(dá)到更高的評(píng)價(jià)水準(zhǔn)。

5 結(jié)束語

綜上所述，為了降低化工污染過程中設(shè)備運(yùn)行和人為操作引發(fā)的安全事故，造成人員傷亡以及社會(huì)恐慌等現(xiàn)象，安全儀表系統(tǒng)應(yīng)在可允許的范圍內(nèi)得到有效的應(yīng)用，以改善當(dāng)前我國(guó)化工生產(chǎn)所面臨的不良現(xiàn)狀。而與此同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)該進(jìn)一步深入挖掘和研究安全儀表系統(tǒng)的可利用價(jià)值，爭(zhēng)取從化工行業(yè)中逐漸向社會(huì)各行業(yè)進(jìn)行引入和應(yīng)用，為未來國(guó)民生活和工作安全提供更加堅(jiān)實(shí)的保障。