石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之我見

李玉德，劉寶峰(中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東 青島 266061)

1 關(guān)于安全儀表相關(guān)內(nèi)容的介紹

分別從關(guān)于安全儀表系統(tǒng)概念，安全度，等級劃分，安全儀表系統(tǒng)的發(fā)展過程，這幾個(gè)角度對安全儀表的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行簡單介紹。安全儀表系統(tǒng)概念是根據(jù)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用進(jìn)行定義的產(chǎn)品，它涉及的內(nèi)容較為復(fù)雜，整個(gè)系統(tǒng)的安全性可以分為4個(gè)不同的等級。安全級別的劃分則是在特定的安全系統(tǒng)下特定時(shí)間和特定條件成功執(zhí)行其安全功能的概率，它可以對整個(gè)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行有效的衡量。安全儀表系統(tǒng)的發(fā)展過程表現(xiàn)為歐美發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展一直處于領(lǐng)先的地位，最早的安全相關(guān)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)在德國，當(dāng)時(shí)該標(biāo)準(zhǔn)的提出與鍋爐開關(guān)控制等內(nèi)容相關(guān)[1]。我國對安全系統(tǒng)研究的內(nèi)容是在改革開放之后主要應(yīng)用于微電子技術(shù)和控制系統(tǒng)當(dāng)中。

2 安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

安全儀表的安全度是整個(gè)儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。當(dāng)然除此項(xiàng)指標(biāo)之外，工作人員對安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行管理時(shí)，還對其運(yùn)行模式當(dāng)中的故障運(yùn)行模式和故障的安全模式進(jìn)行深入的研究，才可以保證安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性及合理性。工作人員在進(jìn)行安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須保證系統(tǒng)的可靠性，可用性，邏輯設(shè)計(jì)合理性。在保證以上性能的同時(shí)，還需重視傳感元件，設(shè)計(jì)邏輯運(yùn)算器設(shè)計(jì)，以及聯(lián)動保護(hù)設(shè)計(jì)的相關(guān)功能，只有在重視以上性能的前提下，才可以保證整個(gè)安全儀表系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行。

3 安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循的原則

3.1 可靠準(zhǔn)確性

石油化工裝置的安全儀表可發(fā)揮的作用具有一定的獨(dú)特性，要想保證石油生產(chǎn)過程的安全性及有效性，在對安全儀表系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就必須要保證儀表系統(tǒng)自身運(yùn)行的狀態(tài)，能夠長時(shí)間保持安全運(yùn)行的模式。所以相關(guān)設(shè)計(jì)人員就需要根據(jù)石油生產(chǎn)過程的相關(guān)內(nèi)容，以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)各類元件的選擇等多個(gè)數(shù)據(jù)，為安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行綜合考量，保證儀表系統(tǒng)的安全性及可靠性。如果儀表能夠在正常的情況下長期處于安全平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中，那么工作人員因其他因素而出現(xiàn)操作失誤的情況或因?yàn)楣潭ü收系膯栴}，使得其系統(tǒng)受到其他因素的影響，那么系統(tǒng)也可以保證安全運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 功能健全穩(wěn)定

安全儀表裝置的價(jià)值要想得到完整的體現(xiàn)，在進(jìn)行安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作時(shí)，工作人員就需要針對石油化工產(chǎn)業(yè)的儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)信息等多項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行深入的了解，通過分析相應(yīng)的要求，盡可能在安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上滿足石油化工產(chǎn)品生產(chǎn)期間的各個(gè)安全預(yù)警，以及人們對安全預(yù)警等各個(gè)層面的需求。為了保證化工裝置安全儀表性能的穩(wěn)定性，使得各個(gè)系統(tǒng)在做工時(shí)始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析，并開展基礎(chǔ)工作操作，在必要的情況下還需要深入到生產(chǎn)的現(xiàn)場進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場的勘察工作，保證石油化工裝置，安全儀表，在使用時(shí)可以對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，也可以整體提高儀表的適應(yīng)程度。

3.3 安全故障性原則

石油化工企業(yè)安裝的裝置，安全儀表應(yīng)該是安全故障型的裝置，如果安全儀表的系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，那么現(xiàn)場工作人員就需要進(jìn)行非歷史停車設(shè)計(jì)操作。簡單地說就是高品質(zhì)的SIS的可用性可以達(dá)到100%的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，但是受到多種因素的影響會使得它的故障發(fā)生問題難以避免，因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部故障發(fā)生問題的概率根本無法和零相同。從該角度分析它的可用性不可能達(dá)到100%這一數(shù)值。一旦SIS出現(xiàn)故障問題之后，它的系統(tǒng)可以自行進(jìn)入到安全的狀態(tài)當(dāng)中去，也就是故障安全系統(tǒng)當(dāng)中，這樣可以保證 SIS的故障問題得以保障，避免因?yàn)橥ｋ姷仁鹿?，使得生產(chǎn)裝置出現(xiàn)進(jìn)入危險(xiǎn)境地。

3.4 維護(hù)以及擴(kuò)展

石油化工產(chǎn)品在生產(chǎn)的過程當(dāng)中，各個(gè)指標(biāo)的參數(shù)必須要控制在一定的范圍之內(nèi)，也就是說人們對石油產(chǎn)品生產(chǎn)的安全性具有較高的要求，所以安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作也需要以安全性要求作為基礎(chǔ)，保證安全儀表使用的正常效果。在安全儀表系統(tǒng)日常使用期間，相關(guān)工作人員應(yīng)該重視儀表的維護(hù)和保養(yǎng)工作，保證儀表的安裝工序盡可能簡單保證它使用過程的便捷性，安全性和運(yùn)營時(shí)間的長度，這樣才可以使得它的維護(hù)過程比較方便簡單。所有的安全儀表系統(tǒng)都需要以儀表監(jiān)測和預(yù)警要求作為基礎(chǔ)，所以工作人員需要在最大限度上將整個(gè)系統(tǒng)儀表的安全數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，減少系統(tǒng)安裝的成本費(fèi)用，從而達(dá)到提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益的目的[2]。

4 石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略

4.1 檢查傳感元件設(shè)計(jì)安全

安全等級越高的安全儀表系統(tǒng)，它在實(shí)際運(yùn)營的過程當(dāng)中就可以實(shí)現(xiàn)更多的安全功能，而且安全功能失敗的可能性也越低。在石油化工裝置的安全儀表系統(tǒng)當(dāng)中，儀表系統(tǒng)檢測和傳感元件都是非常重要的組成部分，這兩個(gè)組成零件的性能直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的安全性能以及檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性能。所以設(shè)計(jì)人員在針對傳感元件進(jìn)行檢測和設(shè)計(jì)操作時(shí)，必須要始終遵循獨(dú)立設(shè)置的原則。這一原則就是將一級SIS的傳感器與DCS共用，將二級SIS的傳感器盡量與DCS分開使用，三級的SIS傳感器必須與DCS分開使用。除此之外，還需要遵循冗余設(shè)置原則，此原則可以更好地保證系統(tǒng)的安全性以及可用性。

4.2 系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算器設(shè)計(jì)與選用

繼電器系統(tǒng)，可編程序電子系統(tǒng)以及混合系統(tǒng)是SIS邏輯運(yùn)算器的主要三種類型，這三種不同的系統(tǒng)需要承擔(dān)的作用，以及它的設(shè)置原則具有較大的差距。首先，繼電器一般使用于邏輯功能較為簡單的場合，可編程序電子系統(tǒng)，則是用于邏輯功能比較復(fù)雜的場合。一般情況下在DCS以及MIS的通信場合當(dāng)中，均會選擇可編程序電子系統(tǒng)，它需要經(jīng)過TUV認(rèn)證的PLC系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，除此之外它也可以用于其他的專用系統(tǒng)[3]。在對這些系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)以及選用時(shí)，工作人員必須要始終遵循獨(dú)立設(shè)置原則。除此之外，在對安全儀表設(shè)計(jì)系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究時(shí)，設(shè)計(jì)人員也需要先對邏輯進(jìn)行優(yōu)化，確保邏輯設(shè)計(jì)的優(yōu)化與最初安全儀表設(shè)計(jì)系統(tǒng)的目的性以及可用性保持一致性的原則。只有在保證可用性和目的性一致的前提下，才可以使得安全儀表設(shè)計(jì)系統(tǒng)經(jīng)過邏輯設(shè)計(jì)優(yōu)化工作之后可以繼續(xù)使用。

4.3 執(zhí)行元件的聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的安全性能對于石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)來說是非常重要的，其中保護(hù)系統(tǒng)就是它的系統(tǒng)安全性保護(hù)傘，它可以在出現(xiàn)相關(guān)的危險(xiǎn)因素時(shí)及時(shí)地做出保護(hù)反應(yīng)，避免外界因素對系統(tǒng)產(chǎn)生的消極影響，并且在獲取相關(guān)的危險(xiǎn)數(shù)據(jù)之后，可以及時(shí)地采取應(yīng)對措施，控制事故的發(fā)生概率。系統(tǒng)在日常運(yùn)行的過程當(dāng)中，保護(hù)系統(tǒng)會對運(yùn)行時(shí)的各個(gè)參數(shù)變化情況進(jìn)行監(jiān)測和控制，一旦外部條件或過程的相應(yīng)參數(shù)不在安全控制的范圍之內(nèi)，那么執(zhí)行元件聯(lián)鎖的保護(hù)裝置就會開展相應(yīng)的動作，將相關(guān)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動調(diào)整，使得相應(yīng)的參數(shù)馬上回歸安全狀態(tài)。

4.4 SIS的系統(tǒng)評價(jià)

為了保證生產(chǎn)過程的安全性，設(shè)置SIS是非常必要的，它可以保證產(chǎn)品在生產(chǎn)的過程當(dāng)中相關(guān)的工藝參數(shù)在偏離允許的范圍之后，仍然能夠正確無誤地進(jìn)行安全系統(tǒng)的執(zhí)行。 SIS系統(tǒng)的評價(jià)指標(biāo)主要有可靠性和安全性，也就是系統(tǒng)使用的可用度和故障安全。但是可用度的相關(guān)指標(biāo)并不能真正代表系統(tǒng)故障的安全性，它們的區(qū)別在于可用度是以系統(tǒng)停車故障的相關(guān)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的。它不能對引起系統(tǒng)進(jìn)入安全狀態(tài)的故障和引起系統(tǒng)進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)的故障進(jìn)行有效的區(qū)分。所以從某一個(gè)角度來說，它是系統(tǒng)故障頻度的量度。而故障的安全則是指系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)故障已經(jīng)按照預(yù)知的方式進(jìn)入安全的狀態(tài)[4]。如果說SIS系統(tǒng)的高可用度指標(biāo)比較高，那么就可以說明系統(tǒng)很少進(jìn)入安全狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)的故障。

5 安全儀表系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

5.1 與BPCS的集成

石油化工安全儀表系統(tǒng)與BPCS的集成是計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)時(shí)代快速發(fā)展的背景之下，各種工藝技術(shù)的出現(xiàn)而帶動的趨勢。在確保安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)之上，對石油化工生產(chǎn)的過程進(jìn)行全自動化控制操作，將各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)引入到安全生產(chǎn)的模塊當(dāng)中，是安全儀表系統(tǒng)與BPCS集成的主要目標(biāo)。它可以使得各個(gè)產(chǎn)品在生產(chǎn)時(shí)及時(shí)地對生產(chǎn)期間產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控分析以及預(yù)警，在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)方面的問題之后及時(shí)處理問題。但是集成SIS和集成BPCS系統(tǒng)時(shí)，工作人員應(yīng)該將安全區(qū)域與非安全區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格的劃分，保證網(wǎng)絡(luò)安全需求。

5.2 與數(shù)據(jù)信息的集成

數(shù)據(jù)信息技術(shù)最近這幾年發(fā)展速度非?？欤谶M(jìn)行石油化工產(chǎn)品生產(chǎn)的過程當(dāng)中，信息的管理是非常重要的一個(gè)組成部分，它對數(shù)據(jù)的分類以及集成比較關(guān)注。在進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)期間，生產(chǎn)控制信息和管理信息的有效整合完成一體化構(gòu)架，可以更好地改善石油化工企業(yè)的信息孤島現(xiàn)象，同時(shí)還可以將企業(yè)內(nèi)部的專項(xiàng)安全網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行完善。利用網(wǎng)絡(luò)平臺，石油化工企業(yè)可以按照實(shí)際需求安裝攝像頭，對攝像畫面進(jìn)行智能化處理，從而避免安全隱患的出現(xiàn)。

6 結(jié)語

文章針對安全儀表的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了簡單的介紹，并且得出石油化工安全裝置儀表系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須要有一套自己的基本原則，通過收集化工企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)之后保證安全裝置儀表系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外我們還針對安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識進(jìn)行了簡單分析，通過安全等級劃分的方式，避免安全儀表設(shè)計(jì)的盲目性，以及避免了時(shí)間物質(zhì)資金上的浪費(fèi)問題，這對于石油化工企業(yè)而言，可以產(chǎn)生積極的作用，對經(jīng)濟(jì)的推動也可以起到積極影響。