方江天（1.西安石油大學(xué)，陜西　西安　710065）（2.中國石油寧夏石化公司電儀部，寧夏　銀川　750026）

化工企業(yè)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

方江天1 2
（1.西安石油大學(xué)，陜西西安710065）
（2.中國石油寧夏石化公司電儀部，寧夏銀川750026）

在我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，化工企業(yè)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，化工企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)以及生產(chǎn)設(shè)備也越來越先進(jìn)，生產(chǎn)更加智能化和一體化，在這一背景下，化工生產(chǎn)安全性引起了人們的高度重視，因此人們對(duì)安全儀表也提出了更高的重視。本文從安全儀表的功能安全入手，探討安全儀表的設(shè)計(jì)原則，旨在提高化工生產(chǎn)的安全性。

安全儀表系統(tǒng)（SIS）；設(shè)計(jì)；SIL等級(jí)劃分；應(yīng)用

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，化工生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化水平越來越高，使化工生產(chǎn)更加高效便捷，但是同時(shí)對(duì)化工生產(chǎn)的安全性也提出了更高的要求，安全儀表系統(tǒng)是保證化工裝置生產(chǎn)安全的系統(tǒng)，在化工生產(chǎn)中得到了廣泛的運(yùn)用。

1　安全儀表系統(tǒng)SIL劃分

安全儀表系統(tǒng)的功能就是保證生產(chǎn)過程的安全性，一般采用安全完整性等級(jí)（SⅠL）來對(duì)安全儀表系統(tǒng)的安全性能進(jìn)行衡量。對(duì)安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行安全完整性等級(jí)劃分，一般可以分為SⅠL 1、SⅠL 2、SⅠL 3、SⅠL 4，其中，安全完整性等級(jí)最高的為SⅠL 4，因此安全完整性等級(jí)為SⅠL 4的安全儀表系統(tǒng)的功能越強(qiáng)，也就是靈敏度最高，可以檢測和響應(yīng)SⅠL 1、SⅠL 2、SⅠL 3等級(jí)檢測響應(yīng)不出來的危險(xiǎn)狀況。通常情況下，化工企業(yè)的裝置安全完整性等級(jí)最高的情況下為SⅠL 3級(jí)。

2　安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1測量儀表的設(shè)計(jì)原則

測量儀表是安全儀表系統(tǒng)中的重要組成部分，在安全儀表系統(tǒng)中，一般不會(huì)采用開關(guān)儀表，而是常常采用模擬量測量儀表，例如流量和壓力的測量等。在測量儀表的設(shè)計(jì)中，可以按照不同的設(shè)置原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果是按照獨(dú)立設(shè)置的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么對(duì)于SⅠL 3級(jí)的安全儀表功能，測量儀表是一個(gè)完全獨(dú)立的控制，與基本的控制系統(tǒng)完全分開；對(duì)于SⅠL 2級(jí)的安全儀表功能，一般會(huì)建議測量儀表和基本的控制系統(tǒng)分開，但是這并不是絕對(duì)要求的；而對(duì)于SⅠL 1級(jí)的安全儀表功能，測量儀表是可以和基本的過程控制系統(tǒng)共用的，這是根據(jù)獨(dú)立設(shè)置原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。如果按照測量儀表的冗余設(shè)置原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)，SⅠL 3級(jí)和SⅠL 2級(jí)的安全儀表功能采用冗余測量儀表，SⅠL 1級(jí)安全儀表功能采用單一測量的儀表。

2.2最終元件設(shè)計(jì)原則

在安全儀表系統(tǒng)中，最終元件主要指電機(jī)、控制閥和電磁閥等。按照控制閥的冗余設(shè)置原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)，SⅠL 3級(jí)安全儀表功能應(yīng)該采用冗余控制閥，而SⅠL 2級(jí)的安全儀表功能采用冗余控制閥效果更好，SⅠL 1級(jí)安全儀表功能可采用單一控制閥。根據(jù)控制閥的獨(dú)立設(shè)置原則，那么對(duì)于SⅠL 3級(jí)的安全儀表功能，控制閥應(yīng)該與基本的控制系統(tǒng)完全分開，這樣才能使安全儀表系統(tǒng)可以更優(yōu)先發(fā)揮作用；對(duì)于SⅠL 2級(jí)的安全儀表功能，一般會(huì)建議測量儀表和基本的控制系統(tǒng)分開，從而達(dá)到更好的控制效果；而對(duì)于SⅠL 1級(jí)的安全儀表功能，測量儀表與基本的過程控制系統(tǒng)共用，但是值得注意的是，應(yīng)該保證安全儀表系統(tǒng)可以優(yōu)先運(yùn)行。

2.3邏輯控制器設(shè)計(jì)原則

邏輯控制器是安全儀表系統(tǒng)中主要發(fā)揮邏輯功能的零件，一般是采用可編程的電子系統(tǒng)進(jìn)行控制的，按照邏輯控制器的獨(dú)立設(shè)計(jì)原則，SⅠL 2級(jí)和SⅠL 3級(jí)的安全儀表功能，邏輯控制器應(yīng)該與基本的控制系統(tǒng)完全分開，而SⅠL 1級(jí)的安全儀表功能，邏輯控制器應(yīng)該與基本的控制系統(tǒng)分開更好。按照邏輯控制器的冗余設(shè)置原則，SⅠL 3級(jí)安全儀表功能應(yīng)該采用冗余邏輯控制器，而SⅠL 2級(jí)的安全儀表功能采用冗余邏輯控制器效果更好，SⅠL 1級(jí)安全儀表功能可以采用冗余邏輯控制器。

3　安全儀表系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

某45萬噸合成氨項(xiàng)目，工藝過程包括：天然氣壓縮和脫硫、一段轉(zhuǎn)化、二段轉(zhuǎn)化、CO高低溫變換、MEDA脫碳、甲烷化、氨合成、氨冷凍。

該項(xiàng)目各主要裝置控制要求嚴(yán)格，自動(dòng)化水平較高，采用了較多的集中顯示和控制回路，并根據(jù)工藝要求設(shè)置了相應(yīng)的聯(lián)鎖回路，對(duì)儀表的測量精度、穩(wěn)定性和可靠性都有較高的要求，該裝置使用和利時(shí)K系列硬件和MACS6軟件組成的DCS過程控制系統(tǒng)，同時(shí)采用TRⅠCON三重冗余容錯(cuò)技術(shù)的邏輯控制系統(tǒng)獨(dú)立完成安全儀表功能。安全儀表系統(tǒng)與過程控制相互獨(dú)立，但又不完全分離，SⅠL1等級(jí)的測量回路先經(jīng)安全儀表系統(tǒng)（SⅠS）安全柵一進(jìn)二出，一路信號(hào)進(jìn)SⅠS進(jìn)行邏輯判斷與輸出，另一路通過盤間線進(jìn)入DCS進(jìn)行過程監(jiān)控。SⅠL2、SⅠL3等級(jí)的回路采用與過程控制系統(tǒng)（DCS）完全獨(dú)立的三取二測量、控制回路，直接進(jìn)入SⅠS參與邏輯判斷和輸出，既保證了系統(tǒng)的安全性，又保證了裝置的建設(shè)成本控制在經(jīng)濟(jì)、合理區(qū)間。

4　結(jié)語

在我國科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，我國化工企業(yè)生產(chǎn)智能化程度和自動(dòng)化程度越來越高，安全生產(chǎn)問題越來越受到人們的重視，在進(jìn)行安全儀表設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該對(duì)安全儀表回路的每一個(gè)元器件都進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，必須選擇最適宜的設(shè)計(jì)原則對(duì)測量儀表、最終元件和邏輯控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，只有這樣才能保證安全儀表系統(tǒng)的性能。

［1］錢亮.化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討［J］.遼寧化工，2009，05：356～358.

［2］許忠儀.安全儀表系統(tǒng)（SⅠS）的SⅠL評(píng)估［J］.化工自動(dòng)化及儀表，2009，05：62～66.

［3］王利.化工工藝裝置中安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.民營科技，2013，04：15.