張將

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，石油化工企業(yè)的規(guī)模和生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化都在不斷擴(kuò)大和更新。與此同時(shí)，石油化工的安全問題就暴露出來了，由于化工企業(yè)危害性比較大，這就需要引起人們的高度重視。與此同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用自動(dòng)化儀表和控制設(shè)備技術(shù)來控制安全的手段也日益豐富。本文介紹了石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，探討了安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，展望了安全儀表系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】石油化工；安全儀表；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，在安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，引入了安全等級(jí)的概念，就是要求設(shè)計(jì)人員在對(duì)一個(gè)具體生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)其安全等級(jí)要求進(jìn)行評(píng)估，確定其安全等級(jí)范圍，以避免設(shè)計(jì)的盲目性，造成不必要的浪費(fèi)，這樣一來不僅有利于石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的進(jìn)步，還為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1安全儀表系統(tǒng)的綜述

所謂的安全儀表系統(tǒng)就是保證儀表安全運(yùn)行的系統(tǒng)，主要是由邏輯運(yùn)算器、傳感器、執(zhí)行軟件以及配套的軟件系統(tǒng)。一旦生產(chǎn)過程中出現(xiàn)報(bào)警，儀表的安全系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)響應(yīng)，自動(dòng)執(zhí)行安全保護(hù)程序，使得生產(chǎn)人員和裝備處于安全的狀態(tài)。在系統(tǒng)正常檢測(cè)的時(shí)候，不同的參數(shù)表示不同安全程度，此時(shí)就要用安全度等級(jí)來表示，簡(jiǎn)稱SIL。SIL實(shí)際上就是根據(jù)定額時(shí)間內(nèi)和相同的條件下，安全儀表系統(tǒng)正常運(yùn)行功能的概率情況，是國(guó)際上普遍采用的表征儀表系統(tǒng)可靠度的參數(shù)。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）的要求，將安全程度的等級(jí)分為4類，分別為SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。

石油化工儀表的安全系統(tǒng)就是生產(chǎn)工藝的保護(hù)層，其處在第一層，能夠有效地監(jiān)測(cè)和預(yù)防危險(xiǎn)事件的發(fā)生，因此合理的設(shè)計(jì)儀表系統(tǒng)就顯得格外重要。

2安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則

2.1確保儀表系統(tǒng)可靠準(zhǔn)確

由于石油化工裝置安全儀表的獨(dú)特作用，設(shè)計(jì)的儀表系統(tǒng)，必須確保系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，這是設(shè)計(jì)石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)遵循的一條重要原則。這就要求在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要統(tǒng)籌全面考慮，以確保儀表系統(tǒng)絕對(duì)安全可靠。比如：必須確保儀表在正常條件下可以安全運(yùn)行，同時(shí)，在誤操作、出現(xiàn)供電故障等非常情況下，系統(tǒng)也能夠安全運(yùn)行。

2.2確保儀表功能健全穩(wěn)定

充分發(fā)揮石油化工裝置安全儀表的功能，最大限度地滿足化工行業(yè)對(duì)儀表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、安全預(yù)警等方面的需求，確保石油化工裝置安全儀表功能健全、系統(tǒng)穩(wěn)定，這也是石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要原則之一。在進(jìn)行石油化工裝置安全儀表設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須要深入研究系統(tǒng)的基本情況，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看，準(zhǔn)確把握儀表工作現(xiàn)場(chǎng)的基本情況，以確保所設(shè)計(jì)儀表功能完備，具有良好的適應(yīng)性。

2.3安全故障型原則

SIS應(yīng)該是安全故障型的。SIS的檢測(cè)元件以及最終執(zhí)行元件在系統(tǒng)正常時(shí)應(yīng)該是勵(lì)磁的，在系統(tǒng)不正常時(shí)應(yīng)該是非勵(lì)磁的，即非勵(lì)磁停車設(shè)計(jì)。一個(gè)理想的SIS應(yīng)該具有100%可用性。但由于系統(tǒng)內(nèi)部的故障概率不能等于零，因此不可能可用性為100%。SIS的設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)該為：當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全狀態(tài)，即故障安全系統(tǒng)，從而可以避免由于SIS自身故障或因停電、停氣而使生產(chǎn)裝置處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

2.4確保儀表易于維護(hù)與擴(kuò)展

石油化工行業(yè)對(duì)安全性具有特殊的要求，這就要求必須要加強(qiáng)對(duì)儀表的維護(hù)與保養(yǎng)，所選用的儀表要易于安裝、便于使用，安全運(yùn)行周期長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)便。在滿足儀表監(jiān)測(cè)、預(yù)警要求的前提下，要盡可能減少系統(tǒng)儀表安裝數(shù)量，而且要降低系統(tǒng)安裝建設(shè)成本，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5確保儀表系統(tǒng)絕對(duì)安全

石油化工工業(yè)是基于流程的特殊行業(yè)，所選用的生產(chǎn)材料一般均為危險(xiǎn)化學(xué)品，產(chǎn)品也多為易燃易爆品，生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，大多為高溫高壓環(huán)境，極易引發(fā)各類安全事故。隨著石油化工裝置的自動(dòng)化、現(xiàn)代水平越來越高，對(duì)產(chǎn)品的精細(xì)化作業(yè)越來越廣泛，生產(chǎn)作業(yè)條件越來越安全臨界點(diǎn)，從而可能引發(fā)危險(xiǎn)的可能性也在不斷增加，這種嚴(yán)峻形勢(shì)下，對(duì)石油化工儀表系統(tǒng)提出了更高的安全要求。在進(jìn)行儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保儀表系統(tǒng)絕對(duì)安全，進(jìn)而確保整個(gè)系統(tǒng)的絕對(duì)安全。

3安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

安全儀表系統(tǒng)是由不同的硬件組裝起來的，其能夠快速地實(shí)現(xiàn)安全儀表所要執(zhí)行的功能要求。根據(jù)功能要求的不同，我們將其分為傳感器類的檢測(cè)元件、邏輯運(yùn)算器類的處理元件以及執(zhí)行的元件。

3.1傳感器的設(shè)計(jì)

傳感器的精確程度直接影響著系統(tǒng)的安全和靈敏度，因此對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)有著非常重要的意義。為了不受到其他元件的干擾，采用獨(dú)立設(shè)計(jì)原則和冗余設(shè)置原則，也就是第1級(jí)安全儀表傳感器采用單一的，并且與DCS公用；第2級(jí)的安全儀表傳感器采用冗余的，并且與DCS是分開的；第3級(jí)的安全儀表傳感器采用冗余的，并且與DCS是分開的。對(duì)于邏輯結(jié)構(gòu)的選擇，我們可以設(shè)置為應(yīng)用性能時(shí)，采用或結(jié)構(gòu)；當(dāng)為安全性能時(shí)，采用與結(jié)構(gòu)；當(dāng)兩者的性能都需要保證的時(shí)候，就需要采取三取二的格式。

3.2邏輯運(yùn)算器的設(shè)計(jì)

常用的邏輯運(yùn)算器主要是由3種類型組成的，分別是可編程的電子系統(tǒng)、繼電器系統(tǒng)以及二者的混合系統(tǒng)。當(dāng)所選運(yùn)算器為繼電器系統(tǒng)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的邏輯計(jì)算比較簡(jiǎn)單；當(dāng)所選運(yùn)算器為可編程的電子系統(tǒng)時(shí)，其可以很好地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的設(shè)計(jì)，并且與其他通信系統(tǒng)進(jìn)行匹配。因此，很多的石油化工企業(yè)都配備了SIL3級(jí)的冗余或容錯(cuò)可編程控制器。此邏輯運(yùn)算器常用的結(jié)構(gòu)為二取一的自帶診斷性能、三取二結(jié)構(gòu)以及雙重化的二取一等。根據(jù)上面的設(shè)計(jì)要求，邏輯運(yùn)算器的容錯(cuò)性能可以很好的識(shí)別和排除故障，保證系統(tǒng)按照正確的程序執(zhí)行。

4安全儀表系統(tǒng)供電方案的探討

在石油化工的供電系統(tǒng)中，經(jīng)常采用的是交流220V、交流110V、直流24V電源供電。如果不能正確地采用供電方式，就會(huì)導(dǎo)致一定的安全事故，影響系統(tǒng)運(yùn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求研究了以下3種方式的供電情況。

4.1DCS系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)組成的雙回路供電系統(tǒng)

分散的回路供電系統(tǒng)，能夠保證整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。除此之外，對(duì)關(guān)鍵部位的供電都要采取冗余和容錯(cuò)原則，分別獨(dú)立的供電來源，不會(huì)發(fā)生一個(gè)出現(xiàn)故障而另外一個(gè)就不能工作的情況，使得系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性得到很大的提高。

4.2直流供電的冗余配置

為了保證供電的經(jīng)濟(jì)性和安全性，對(duì)其設(shè)備供應(yīng)的24V直流電采用不同電源來獲得，兩者之間是并聯(lián)形式和相互隔離的，并且加上解耦二極管。兩路的電源分別來自不間斷的穩(wěn)壓電源和市電。

4.3單相交流220V安全儀表供電方案

在石油化工企業(yè)中，所運(yùn)用的監(jiān)控儀表大多為分析儀表、位移儀等。對(duì)供電要求相對(duì)較低，從經(jīng)濟(jì)性來考慮的話，可以用市電的單相供電，降低了線路的復(fù)雜程度。在供電的時(shí)候，采取STS靜態(tài)開關(guān)，其能很好地切換電源，提升了供電的可靠性。

5結(jié)語

自改革開放以來，我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越快，生產(chǎn)事故的頻發(fā)使得安全生產(chǎn)受到越來越多的關(guān)注，為確保工廠生產(chǎn)過程的安全，安全儀表系統(tǒng)已越來越多地得到重視并應(yīng)用。安全儀表系統(tǒng)（SIS）是一種安全系統(tǒng)，其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)設(shè)備可能發(fā)生的危險(xiǎn)或不采取措施將繼續(xù)惡化，按照規(guī)定及時(shí)響應(yīng)和保護(hù)使生產(chǎn)裝置按程序退出，使風(fēng)險(xiǎn)降低到最低限度，以確保人員安全，防護(hù)設(shè)備或避免對(duì)周圍環(huán)境的污染。基于此，本文主要闡述了安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則、石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略

參考文獻(xiàn)：

[1]方江天.化工企業(yè)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究[J].化工管理，2016（9）：196.

[2]張圣明.石油化工電氣儀表安全供電系統(tǒng)探討[J].化工管理，2016（15）：174.

[3]孫秋平.石油化工重大危險(xiǎn)源SIS系統(tǒng)安全功能設(shè)計(jì)研究[D].南昌航空大學(xué)，2016.

（作者單位：歐薩斯能源環(huán)境設(shè)備（南京）有限公司）