楊韜（河南吉成安全技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000）

化工裝置中安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用簡述

楊韜（河南吉成安全技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000）

化工裝置往往涉及易燃易爆、有毒介質(zhì)，且部分反應(yīng)過程在高溫、高壓狀態(tài)下進(jìn)行，具有較高的危險(xiǎn)性，安全儀表系統(tǒng)可降低化工裝置的事故風(fēng)險(xiǎn)。本文就化工裝置中安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用及實(shí)施要點(diǎn)進(jìn)行簡要的分析和論述。

化工裝置；安全儀表系統(tǒng)；應(yīng)用

隨著我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,化工產(chǎn)品的種類越來越多，生產(chǎn)方法越來越多樣化，化工裝置日益向規(guī)模大型化、生產(chǎn)過程連續(xù)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。同時(shí)，化工裝置往往涉及易燃易爆、有毒介質(zhì)，且部分反應(yīng)過程在高溫、高壓狀態(tài)下進(jìn)行，具有較高的危險(xiǎn)性。安全儀表系統(tǒng)（SIS，Safety Instrumented System）作為本質(zhì)安全的重要手段之一，可降低化工裝置的事故風(fēng)險(xiǎn)，在化工裝置中的應(yīng)用越來越廣泛，安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)管理也得到越來越多的重視。

1 安全儀表系統(tǒng)概述

安全儀表系統(tǒng)也是指實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)安全儀表功能的儀表系統(tǒng)，其常常獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)（例如分散型控制系統(tǒng)DCS等），生產(chǎn)正常時(shí)處于休眠或靜止?fàn)顟B(tài)，一旦生產(chǎn)裝置或設(shè)施出現(xiàn)可能導(dǎo)致安全事故的情況時(shí)，能夠瞬間準(zhǔn)確動(dòng)作，使生產(chǎn)過程安全停止運(yùn)行或自動(dòng)導(dǎo)入預(yù)定的安全狀態(tài)，因此，其在化工裝置的安全控制中處于舉足輕重的作用。如圖1所示，對(duì)于化工過程的安全控制采用獨(dú)立保護(hù)層洋蔥模型進(jìn)行分析，它的核心是化工裝置或工藝過程，首先要設(shè)置基本過程控制系統(tǒng)（Basic Process Control System，BPCS）對(duì)過程對(duì)象進(jìn)行操作、控制，化工裝置的基本過程系統(tǒng)通常使用DCS。再往外一層，若過程對(duì)象出現(xiàn)了超溫、超壓等工藝偏差，則BPCS會(huì)進(jìn)行報(bào)警提示，操作人員進(jìn)行操作干預(yù)將偏差拉回至安全范圍。若工藝偏差無法控制，則由它的外部安全保護(hù)層逐一進(jìn)行保護(hù)，這其中就包括了安全儀表系統(tǒng)。從圖1可見，安全儀表系統(tǒng)處于外部安全保護(hù)層的第一層，若其發(fā)揮作用，則可避免過程對(duì)象的失控，并可杜絕將相應(yīng)的危險(xiǎn)介質(zhì)釋放至裝置管線、設(shè)備的外部，避免工藝安全事故的發(fā)生。

圖1 化工裝置或工藝過程獨(dú)立保護(hù)層洋蔥模型

因此，在化工裝置中使用安全儀表系統(tǒng)至關(guān)重要。目前，國家安全監(jiān)管總局出臺(tái)了相關(guān)文件對(duì)安全儀表系統(tǒng)的設(shè)置提出了相應(yīng)的要求，如《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》中規(guī)定：涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級(jí)或者二級(jí)重大危險(xiǎn)源，配備獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。安全儀表系統(tǒng)必須有很高的可靠性（即功能安全）和規(guī)范的維護(hù)管理，如果安全儀表系統(tǒng)失效，往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。

2 化工裝置中安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用

安全儀表系統(tǒng)工程安全程度的高低取決于其安全生命周期中各階段實(shí)施質(zhì)量的好壞。安全生命周期包括從工程方案設(shè)計(jì)階段安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略，到操作維護(hù)階段，直到安全儀表系統(tǒng)停用的全過程，涉及工程設(shè)計(jì)、集成調(diào)試及驗(yàn)收測(cè)試、運(yùn)行維護(hù)等多方面的工作。具體到化工裝置中的應(yīng)用來看，應(yīng)把握好以下幾個(gè)方面：

2.1 確定安全完整性（SIL）等級(jí)

根據(jù)化工裝置的危險(xiǎn)及可操作性分析，人員、過程、設(shè)備及其安全保護(hù)，以及安全完整性等級(jí)要求確定安全儀表系統(tǒng)的功能。在化工裝置的應(yīng)用中，安全完整性等級(jí)可分為SIL1、SIL2、SIL3。安全完整性等級(jí)越高，其實(shí)現(xiàn)安全儀表功能的能力越強(qiáng)。安全完整等級(jí)評(píng)估可采用保護(hù)層分析法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、校正的風(fēng)險(xiǎn)圖法、經(jīng)驗(yàn)法及其他方法。

2.2 合理選擇安全儀表系統(tǒng)的設(shè)備

安全儀表系統(tǒng)由測(cè)量儀表、邏輯控制器、最終元件及相關(guān)軟件組成，因?yàn)橐Ｗo(hù)人和生產(chǎn)的安全，所以其要求要高于基本過程控制系統(tǒng)，并要求設(shè)計(jì)成故障安全型，確保在系統(tǒng)故障狀態(tài)下保證生產(chǎn)裝置進(jìn)入安全狀態(tài)。

邏輯控制器是執(zhí)行邏輯功能的設(shè)備，宜采用可編程電子系統(tǒng)，并應(yīng)取得功能安全認(rèn)證。測(cè)量儀表是測(cè)量過程變量（溫度、壓力、液位、流量等）的設(shè)備，安全儀表系統(tǒng)宜采用模擬量測(cè)量儀表，如壓力、液位變送器等，變送器宜采用4～20mA疊加HART通訊協(xié)議的智能變送器，不宜采用現(xiàn)場開關(guān)量儀表，開關(guān)量儀表長時(shí)間不動(dòng)作，會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)粘合或接觸不佳，出現(xiàn)不動(dòng)作或誤動(dòng)作。采用冗余測(cè)量儀表，當(dāng)要求高安全性時(shí)，應(yīng)選擇“與”邏輯結(jié)構(gòu)；當(dāng)系統(tǒng)需要兼顧高安全性和高可靠性時(shí)，宜采取三取二邏輯結(jié)構(gòu)。測(cè)量儀表應(yīng)采用儀表電纜硬接線方式作為安全儀表系統(tǒng)的輸入信號(hào)，不應(yīng)采用現(xiàn)場總線等通訊方式。最終元件執(zhí)行邏輯控制器指令或設(shè)定的動(dòng)作，使過程達(dá)到安全狀態(tài)的設(shè)備，包括氣動(dòng)控制閥（調(diào)節(jié)閥、切斷閥）、電磁閥、電動(dòng)機(jī)等。在采取冗余時(shí)，控制閥冗余方式可采用一個(gè)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)切斷閥，也可采用兩個(gè)切斷閥。

邏輯控制器、測(cè)量儀表、最終元件的獨(dú)立、冗余設(shè)置原則見表1。

表1 SIL級(jí)別及SIS系統(tǒng)設(shè)置原則

2.3 安裝、調(diào)試安全儀表系統(tǒng)

在完成安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，根據(jù)技術(shù)要求采購安全儀表系統(tǒng)的硬件和軟件，隨后按照規(guī)范及產(chǎn)品技術(shù)要求進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件安裝、調(diào)試，完成系統(tǒng)組態(tài)的準(zhǔn)備；在設(shè)計(jì)單位提供用于安全聯(lián)鎖的邏輯設(shè)計(jì)文件后，開始安全儀表系統(tǒng)的軟件組態(tài)，完成組態(tài)工作后開始系統(tǒng)的工廠驗(yàn)收測(cè)試，工廠驗(yàn)收測(cè)試合格后即可裝運(yùn)至化工裝置現(xiàn)場，進(jìn)行現(xiàn)場安裝、送電調(diào)試，然后開始現(xiàn)場儀表測(cè)試、單回路測(cè)試、聯(lián)動(dòng)調(diào)試和邏輯功能調(diào)試，所有測(cè)試完成并確保無問題后，最終交付用戶，伴隨化工生產(chǎn)裝置投入試生產(chǎn)、運(yùn)行。

2.4 安全儀表系統(tǒng)的管理、維護(hù)

在安全儀表系統(tǒng)投入使用后，良好的管理、維護(hù)是確保其正常運(yùn)行的重要手段。常見的措施有：①對(duì)相應(yīng)的維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，使其掌握安全儀表系統(tǒng)硬件、軟件的功能及維護(hù)、使用方法；②制定管理制度及操作維護(hù)規(guī)程，明確維護(hù)人員的職責(zé)，并在停車或檢修期間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查、測(cè)試，確保其有效。③對(duì)安全儀表系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)、應(yīng)用軟件組態(tài)編程等文檔應(yīng)保存，發(fā)生增加或修改邏輯等變更時(shí)，應(yīng)及時(shí)更新相關(guān)信息，并存檔備份。

3 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于化工裝置運(yùn)行過程中安全儀表系統(tǒng)的有效應(yīng)用而言，為了確保發(fā)揮其在工藝過程中安全保護(hù)層的功能，確定其獨(dú)立性、冗余性是比較重要的一個(gè)方面，除了要做好設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試環(huán)節(jié)外，后續(xù)的維護(hù)管理同樣也需要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

[1]中國石油化工集團(tuán)公司.GB/T 50770-2013石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2013.

[2]王東峰.安全儀表系統(tǒng)的回路設(shè)計(jì)探討.石油化工自動(dòng)化,2014.8第50卷第4期:10-15.

[3]魏華.安全儀表的可靠性和可用性分析[J].石油化工自動(dòng)化,2009.(1):10-13.