石油化工装置安全仪表系统的设计之我见

石油化工装置安全仪表系统的设计之我见

李立

天津联维乙烯工程有限公司 天津 300270

摘要：众所周知，当前化工产业发展迅速。随着自动化技术的不断发展和应用，化工安全仪表系统应运而生，该系统凭借着安全性、智能性等特征，被广泛地应用于化工生产中，并取得了良好的应用效果，不仅提高化工生产的高效性和安全性，还促使化工企业向自动化、智能化、数字化方向不断发展，为进一步提高化工企业的知名度和影响力提供了重要的平台支持。因此，如何科学设计和应用化工安全仪表系统工程是相关人员必须思考和解决的问题。

关键词：石油化工装置；安全仪表系统；设计

引言

随着近年来化工行业生产安全事故的频发，国内对化工行业生产安全的重视程度不断提升。安全仪表系统，用于实现化工控制系统中超限报警和安全联锁功能，是化工企业自动控制中的重要组成部分。在石油化工装置安全仪表系统的设计过程中，必须要科学规范的进行标准化的设计、系统建设、系统管理和系统经营，以此降低安全隐患的发生率，保证企业工作人员及人民的生命健康。

1化工安全仪表系统的基本概念

安全仪表系统包含检测单元（传感器）、控制单元（逻辑控制器）、执行单元（切断阀等最终执行元件）。化工装置及危化品储罐正常生产时处于静止或休眠状态，当出现压力、温度、液位、流量、组分等工艺参数超限的危险状况时，能够越过基本过程控制系统（BPCS），发出警报并执行预定程序，快速、准确地执行联锁动作，实现生产过程紧急停车或自动导入预定的安全状态。安全仪表系统的全生命周期是指从生产工艺过程的风险识别开始，找出风险管控的方案，确认必需安全联锁回路及其功能，再对安全仪表系统进行工程设计、安装、验收、投用、维护，改进、拆除等完整过程。

2安全仪表系统的设计

安全仪表的安全度是整个仪表系统设计的关键因素。当然除此项指标之外，工作人员对安全仪表系统进行管理时，还对其运行模式当中的故障运行模式和故障的安全模式进行深入的研究，才可以保证安全仪表系统设计的科学性及合理性。工作人员在进行安全仪表系统设计工作时，必须保证系统的可靠性，可用性，逻辑设计合理性。在保证以上性能的同时，还需重视传感元件，设计逻辑运算器设计，以及联动保护设计的相关功能，只有在重视以上性能的前提下，才可以保证整个安全仪表系统得以稳定运行。

3设置化工安全仪表的基本原则

3.1安全性原则

为确保化工装置的生产安全，安全仪表系统应具有和生产工艺过程相匹配的安全完整性等级（SIL），依据国际电工委员会标准IEC61508《电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全》的规定，安全仪表系统的安全完整性等级自低到高分为SIL1、SIL2、SIL3、SIL4等4个不同的级别。化工行业安全仪表的安全完整性等级在SIL1~SIL3之间，SIL4级别主要用于核工业。安全仪表系统等级差异体现在设计、制造、安装、调试、维护等方面的技术要求均不相同。安全仪表系统的安全完整性等级越高，就代表该系统的安全系数越高，各类功能的失效概率越低。

3.2独立性原则

在化工生产过程出现超限工况时，安全仪表系统能够不依附基本过程控制系统（BPCS），独立完成安全联锁、紧急停车等安全保护功能。安全仪表系统的电源、通讯模块、检测元件、逻辑控制器、执行元件等均应单独设置，不与基本过程控制系统共用。中央控制室及现场机柜间应设置SIS系统专用的工程师站、辅操台、报警器、系统机柜、辅助机柜等。

3.3故障安全型原则

安全仪表系统应属于安全故障类型，当安全仪表系统本身发生故障时，系统能够自动转变为安全状态，以此来避免生产设备由于安全仪表系统本身的故障或意外情况处于不安全状态。在进行安全仪表系统设计时，应对系统设计、组件选择、软件编程等进行全面、综合的考虑，必须要保证系统的绝对安全性。

4石油化工装置安全仪表系统的设计策略

4.1检查传感元件设计安全

安全等级越高的安全仪表系统，它在实际运营的过程当中就可以实现更多的安全功能，而且安全功能失败的可能性也越低。在石油化工装置的安全仪表系统当中，仪表系统检测和传感元件都是非常重要的组成部分，这两个组成零件的性能直接决定了整个系统的安全性能以及检验的准确性能。所以设计人员在针对传感元件进行检测和设计操作时，必须要始终遵循独立设置的原则。这一原则就是将一级SIS的传感器与DCS共用，将二级SIS的传感器尽量与DCS分开使用，三级的SIS传感器必须与DCS分开使用。除此之外，还需要遵循冗余设置原则，此原则可以更好地保证系统的安全性以及可用性。

4.2系统的逻辑运算器设计与选用

继电器系统，可编程序电子系统以及混合系统是SIS逻辑运算器的主要三种类型，这三种不同的系统需要承担的作用，以及它的设置原则具有较大的差距。首先，继电器一般使用于逻辑功能较为简单的场合，可编程序电子系统，则是用于逻辑功能比较复杂的场合。一般情况下在DCS以及MIS的通信场合当中，均会选择可编程序电子系统，它需要经过TUV认证的PLC系统作为基础，除此之外它也可以用于其他的专用系统。在对这些系统进行设计以及选用时，工作人员必须要始终遵循独立设置原则。除此之外，在对安全仪表设计系统的相关内容进行研究时，设计人员也需要先对逻辑进行优化，确保逻辑设计的优化与最初安全仪表设计系统的目的性以及可用性保持一致性的原则。只有在保证可用性和目的性一致的前提下，才可以使得安全仪表设计系统经过逻辑设计优化工作之后可以继续使用。

4.3可靠性设计

石油化工装置的安全仪表系统的设计过程中主要由以下几个部分组成，包括执行器、逻辑计算器和传感器，响应时间、完整性水平及安全水平均属于安全仪表的构成部分。系统稳定性的提升，指的是在一定时间作用下，事故问题可能发生的几率，在进行系统设计的过程中，任何对可靠性产生负面作用的步骤均会对石油化工的最终生产情况产生不利影响。所以，在进行设计的过程中，必须立足于整体进行考虑，并不能仅集中在逻辑运算的考虑之上，而是需要进行系统综合考量，以降低设备风险的发生率，降低后期维修成本，减少经济损失。这就需要能够依据不同结构的系统，选择安全等级高，符合企业石油化工装置情况的系统，并进行对应的安全保护。

结语

总之，这几年化工企业生产事故发生的概率相对较高，这里意味着化工行业的从业者面临着巨大的安全威胁。所以安全仪表系统获得了更多的关注以及应用，它作为安全生产保护链当中的重要环节，具备监测预警的功能，可以对石油化工装置的安全运行起到重要作用。所以要想保证石油化工生产过程的安全性，就需要重视安全仪表系统设计的相关问题，保证设计过程能遵循高标准的要求，保证仪表系统的准确性、科学性和安全性，从而为化工行业的工作者的生命安全提供保障。

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