化工仪表本质安全设计探讨

化工仪表本质安全设计探讨

吴祖军

广东政和工程有限公司湖北分公司，湖北武汉  430051

摘要：在我国社会经济不断增长的大背景下，我国的各项科学技术也实现了飞速的发展和进步。现代石油行业的生产流程已经打破了传统生产流程的弊端，结合现代信息技术的发展，自动化生产是非常常见的一种形式。而且在我国相关技术的发展支撑下，石油化工行业的自动化生产会越来越完善。在普及自动化生产的同时，加强对石油化工设备以及安全生产管理是目前发展的重中之重。为了保障整个石油化工行业的发展，需要加强并重视对石油化工仪表控制系统进行进一步提升和优化。从而更好地保障整个系统稳定的运行。

关键词：石油化工仪表；本质安全设计；探讨

引言

自动化控制技术的有效推广，改变了传统石油化工的生产、设计模式，特别是自动化控制技术可宏观分析出石油化工装置的生产情况，以便管理人员进行后续的管理及控制工作。在此过程中，技术人员应注意石油化工安全仪表的应用措施，总体提高装备安全运行的方法措施，再给予必要的干预，能够提高装置运行的稳定性。为提高装置设计的可行性，技术人员应明确与仪表安全性能相关的管理要素，再分析出仪表运行可靠性要求，可为巩固装置安全生产提供理论依据。

1分析本质安全设计的必要性

对于石油化工行业，其中涉及到的工艺流程非常复杂，物料品种繁多，且大部分物料都具有易燃易爆的特性，甚至很多物料具有毒性、腐蚀性，若遭遇高温高压爆炸或火灾事故，所造成的后果非常严重。国外某保险公司历时一年统计的有关石油化工行业历年来所发生的一百起严重事故及损失分布。爆炸与火灾占据总事故份额的97%，面对如此之大的占比，便需要进行本质安全设计，合理的设计是科学应用各项技术管理措施、标准规范及技术准则的前提。这是因为本质安全设计主要是在设计完整性下，围绕项目规划—工艺安全管理—过程自动化控制和安全仪表系统等过程中，来降低或者消除潜藏的不安全因素，维护生产装置安全平稳运行。结合已有经验能够发现，即便是已经发生故障或者存在误操作问题也不会出现非常严重的安全事故。在国家标准定义中，安全生命周期实际上指的是为确保项目安全所进行的一系列安全防护工作，且整个工作开始于项目启动，结束于项目停止使用。因而对于本质安全设计来讲，其设计内容会体现在工程设计的每一个阶段之中，且设计阶段不同对装置本质安全所造成的影响会有不同，进而产生的工程费用也会有所差异。

2化工仪表本质安全设计探讨

2.1接线管理

当发生安全事故时，安全仪表系统的夹紧松动会引起装置的误动作，因此，在检查和标记安全系统导线前，必须特别注意保护装置系统的接线；当绝缘断开时，导线不应损坏导线和导线之间的线夹。它们应该安装好，相应的多余导线应正确且位置良好。如果设备振动较小，则在端子上安装弹簧板。线条应最短，横平竖直，应清晰美观，且不应超过最大长度。线路不得移动到机械损伤、介质腐蚀放电、潮湿等；强磁场、强磁场的区域。如果无法避免，应采取保护或防护措施：线路不得在妨碍操作和维护的地方移动；保护系统不得向上移动，以防止油、水和灰尘进入容器。安装完毕后，应仔细检查安全仪表系统的端子，包括数字输入数据转换表，采用模拟量输入和数字量输出，确保端子质量、导线规格等没有问题，总之，必须对装置的卡箍进行3次确认，以确保安全夹子固定了3次。在安全仪表系统的日常工作中，必须定期对装置的卡箍进行检查和维护，确保管路连接牢固。

2.2安全仪表系统智能自动化

随着科学技术的不断发展,智能化、自动化已经成为了一种发展趋势,随着智能产品的开发和技术广泛应用,化工行业的安全仪表系统出现新的智能模型。智能应用系统可以提高安全仪表系统方便性,安全性和实用性,在使用过程中提高环境和操作的安全,在发生故障时能够进行问题的测试,故障排除,从而有效降低人工成本和物质资源的投资。智能化安全仪表系统是石油化工行业必然的发展趋势,自动化行业发展,主要体现在控制系统技术、智能传感器、数字式阀门定位器等。

2.3对相应的融入装置做好工作

在实际对石油化工安全仪表系统进行设计的时候，会出现很多失效的情况。所以有关人员在对整个系统进行优化设计时，要对各个系统的等级进行充分的研究和认识之后，再做好相应的失效率等级管理的工作。如果控制了整个失效率的等级为三级，其他各项的设置都应该符合相应的标准和要求，与此同时，在实际设计工作时候，要对各项内容都进行深入的研究，从而保证整个安全仪表系统稳定的运行。如果相应系统的失效率等级并不能满足整体系统的标准，相应的设计人员就应该采取措施来积极应对。在对冗余装置进行设计时，需要考虑多方面的内容并结合失效率自身的特点，通常保证系统安全性时，采用“或”逻辑结构；保证系统的可用性时，采用“与”逻辑结构；当系统的安全和可用性均需保证时，采用“三取二”逻辑结构；这样可以使得整个系统的安全等级得到大幅度的提升。由于系统中每一个人员的要求也是不同的，所以对于不同的设备进行操作的方式和方法也是不同的，要根据实际情况的需求对各个机器进行相应的配置，对于不同的执行器要采用相应的配置方法，比如在对系统设计的过程中，执行器的主要功能表现在对联锁进行切断，从而保障整个系统可以稳定运行。设计人员要根据实际的情况，对相应的内容进行确切的分析，从而保障整个执行器科学化的选择，与此同时，还需要根据执行器各个类型不同的特点，进行冗余配置工作，来保障整个SIL等级的提升。SIS系统冗余性是指在安全仪表系统硬件方面由功能配置相同的多个主控器（CPU）,电源和I/O接口模块同时并行运转，当一个硬件出现故障，其他相同硬件会在最短的时间内实行快速切换，使SIS系统保持正常不间断运行，从而提高了SIS系统的安全性。SIS系统的容错性，这是SIS系统的核心架构，目前国内安全仪表系统基本是TMR架构，即三重化结构（2OO3D），三选二结构。通过三个相同模块并列执行I/O指令操作，如果其中一个模块出现故障，SIS系统将通过一个独立的诊断模块进行投票表决，可以容错一个模块出现故障而不影响系统的正常运行；也就是说当三个相同的模块其中一个因故障失效，而另外两个模块仍然会正常工作，不至于突然停机。由于两个模块同时出错的概率非常低，所以提高了安全仪表系统的容错性和可用性。

2.4加强管理的重要性

化工安全系统包含安全仪表SIS控制系统、ESD紧急停车系统、MGDS可燃、有毒气体检测系统、FGS火灾报警系统等。安全仪表系统（Safety instrumented System）简称SIS系统，也是自动化控制的一种系统，安全仪表系统独立于过程控制系统（例如DCS系统），生产正常时处于休眠或静止状态，一旦生产装置或设施出现可能导致安全事故的情况时，能够瞬间准确动作，使生产过程安全停止运行或自动导入预定的安全状态。

SIS系统和DCS系统都属于自动化控制系统，其区别在于用途不同。DCS系统在上产过程中起到统一调配，全程主动控制的作用；SIS系统在生产过程或工艺中，起到安全控制、预警和紧急停车ESD的作用；也就是说DCS系统全程主动控制，而SIS系统伺机而动，生产过程在安全范围内处于待机状态，一旦危险发生，SIS系统将立即启动，并作出相应的报警和紧急处置措施，及时避免事故发生。这需要安全可靠的sis系统和标准的完善的维护和管理体系。如果没有安全可靠的sis系统，通常会导致非常严重的安全生产事故。

3石油化工安全仪表系统设计可靠性的优化措施

安全仪表使用设计过程中，技术人员应探讨运行装置及控制逻辑，结合项目的执行标准及影响需求确立响应目标。其中，为提升仪表控制系统的功能性，需要技术人员评估出定量的控制概率指标，再结合仪表运行的概况评估事故的影响。因此，技术人员应分析出可能会影响仪表系统稳定性的步骤指标，再利用可控的评估标准得到装置的正常运行方法。SIS 安全仪表系统(ESD紧急停车系统)的元件，设备，环节或能源发生故障或者失效时，SIS 安全仪表系统(ESD紧急停车系统)设计应当使工艺过程能够趋向安全运行或者安全状态。这就是系统设计的故障安全行原则。能否实现“故障安全“取决于工艺过程及安全仪表系统的设计。整个SIS 安全仪表系统(ESD紧急停车系统)，包括现场仪表和执行器，都应设计成以下安全形式，即：1）现场触点应开路报警，正常操作条件下闭合；2）现场执行器联锁时不带电，正常操作条件下带电。另外，在长期控制影响下，技术人员应对仪表系统的运算逻辑进行测试，评估运算系统的可行性和稳定性，再分析控制单元和执行单元的数据调控状态。通过匹配装置的运行风险及匹配方式，再结合关联性逻辑计算方式分析装置运行及控制方面的匹配需求，有利于提高整体控制单位的运行质量。所以，技术人员应当及时监控、分析装置的SIL进安全等级指标，再对现有表盘运行方式、运行逻辑进行实践监控，确保整体控制仪表可在持续运行、持续保护的作用下进行协调工作。

结语

随着安全标准的推出以及对安全系统重视度的不断提高，安全仪表系统的认证也变得越来越重要，系统的设计思想，系统结构都须严格遵守相应国际标准并取得权威机构的认证。总而言之，我国的石油化工行业随着经济社会的不断发展也得到了快速的进步，其中安全仪表系统的设计工作是确保整个工程稳定开展的关键因素，有关设计人员要针对设计过程中可能出现的问题加以重视，并且要根据实际的情况做好相应的设计工作，要保证有关的内容更加符合设计的要求，进一步改善和优化石油化工安全仪表系统，推动石油行业的飞速进步。

参考文献

[1]姚春娟.化工工艺装置中安全仪表系统的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2016,(09):92-93.

[2]张亮.安全仪表系统在化工工艺装置中的应用[J].化工管理,2016,(04):219.