王云

摘要：我國(guó)對(duì)于天然氣的需求量一直在增加，作為清潔能源，天然氣成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠?。而天然氣凈化廠使用的原料氣都屬于是有毒有害的，而生產(chǎn)出來(lái)的天然氣本身也具有易燃性，基于這些問(wèn)題，對(duì)于天然氣凈化廠安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就有了更高的要求。本文通過(guò)對(duì)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則的介紹，對(duì)天然氣凈化廠安全儀表系統(tǒng)詳細(xì)內(nèi)容的了解，基于這幾點(diǎn)，對(duì)安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：天然氣凈化廠；安全儀表系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

引言

天然氣本身具有易燃、易爆的特點(diǎn)，因此對(duì)于其處理裝置的各方面設(shè)計(jì)提出了高要求。同時(shí)，天然氣處理裝置在工藝上極其復(fù)雜，并且在安全性上的要求也較高。為了避免處理裝置而引發(fā)安全問(wèn)題，對(duì)安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得尤為重要。設(shè)計(jì)一套安全儀表系統(tǒng)，能保證天然氣在生產(chǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性。同時(shí)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的安全性也有保證。本文以安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和討論。

1. 安全儀表系統(tǒng)的介紹

安全儀表系統(tǒng)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一個(gè)有邏輯運(yùn)算器以及傳感器等等

組成的為保護(hù)儀表運(yùn)行安全的系統(tǒng)。而安全儀表系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)儀表安全性的檢測(cè)，并通過(guò)不同的等級(jí)對(duì)安全性進(jìn)行表示。安全儀表系統(tǒng)一般以SIL1 至SIL4 作為系統(tǒng)的四個(gè)等級(jí)，等級(jí)越高表示安全程度也越高。同時(shí)，儀表運(yùn)行過(guò)程中如果出現(xiàn)警報(bào)聲，安全系統(tǒng)的保護(hù)程序便會(huì)自動(dòng)執(zhí)行，對(duì)裝置以及正在生產(chǎn)的人員進(jìn)行保護(hù)，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

2. 設(shè)計(jì)原則

2.1 設(shè)計(jì)的可靠原則

設(shè)計(jì)一個(gè)安全的儀表系統(tǒng)，那么其系統(tǒng)就應(yīng)該保證系統(tǒng)本身在運(yùn)行上能夠保持長(zhǎng)時(shí)間且穩(wěn)定的去運(yùn)行，同時(shí)也需要具備能根據(jù)儀表運(yùn)行的實(shí)際情況，擁有與之相符合的完整的安全等級(jí)。這兩個(gè)方面是關(guān)于安全儀表系統(tǒng)可靠性的體現(xiàn)。

2.2 設(shè)計(jì)的可用原則

安全儀表系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上，需要保證在系統(tǒng)自身出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候， 能夠自行進(jìn)行相關(guān)錯(cuò)誤的修正。而在因?yàn)橥话l(fā)情況失去了供電的時(shí)候，也需要能確保系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行并且自行學(xué)習(xí)。

2.3 故障安全原則

安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要保障在安全儀表系統(tǒng)其中任一部分出現(xiàn)故障的情況下，在生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備能保證其運(yùn)行上的安全或者是處于相對(duì)安全的狀態(tài)。安全儀表系統(tǒng)發(fā)生故障后的安全性，也是設(shè)計(jì)一個(gè)安全儀表系統(tǒng)重要的考量。

2.4 方便維護(hù)原則

安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要簡(jiǎn)單方便，并且保證系統(tǒng)的運(yùn)行足夠穩(wěn)定。同時(shí)有效的對(duì)儀表的維護(hù)以及保養(yǎng)，以便于日常工藝生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行的順利。

3. 關(guān)于天然氣凈化廠安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 傳感器

傳感器的設(shè)計(jì)為了避免受到其他的元件影響，設(shè)計(jì)上采用獨(dú)立和冗余的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，能有效的保護(hù)好傳感器的靈敏度。傳感器的設(shè)計(jì)上分為三級(jí)：第一級(jí)的傳感器采用與DCS共用的形式，并且是獨(dú)立的。第二級(jí)則是冗余的，在DCS上要與其分開(kāi)。第三級(jí)也是冗余的， 與DCS進(jìn)行分開(kāi)。

邏輯結(jié)構(gòu)的選擇：邏輯的結(jié)構(gòu)一般有采用和結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前的設(shè)置是安全性能的時(shí)候，選擇采用和結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前設(shè)置的是應(yīng)用性能的時(shí)候，可在采用和結(jié)構(gòu)上二選一即可。在安全性能和應(yīng)用性能需要同時(shí)保證的情況下，選擇上則需要采取三選二的格式。

3.2 緊急關(guān)斷系統(tǒng)

緊急關(guān)斷系統(tǒng)級(jí)別上分為ESD1、ESD2、ESD3 三個(gè)級(jí)別，這三個(gè)級(jí)別共同操縱著關(guān)斷系統(tǒng)。在三個(gè)級(jí)別按鈕的操作上，ESD3 級(jí)別只能控制此級(jí)別的關(guān)斷，不能對(duì)ESD1、ESD2 這兩個(gè)級(jí)別進(jìn)行關(guān)斷。ESD2 級(jí)別則能對(duì)ESD2、ESD3 兩個(gè)級(jí)別進(jìn)行關(guān)斷，不能對(duì)ESD1 級(jí)別進(jìn)行關(guān)斷，ESD2 在操作上可以是操作人員使用操作盤(pán)手動(dòng)啟動(dòng)，也可以是由工藝參數(shù)觸發(fā)自動(dòng)啟動(dòng)。ESD1 級(jí)別就能分別對(duì)ESD1、ESD2、ESD3 三個(gè)級(jí)別的關(guān)斷進(jìn)行控制，但在操作上需要注意，ESD1 級(jí)別只能由操作人員手動(dòng)啟動(dòng)，不能自動(dòng)啟動(dòng)。同時(shí)在關(guān)斷按鈕旁要設(shè)置上顯眼的警示標(biāo)志和為了防止操作錯(cuò)誤而設(shè)置的操作保護(hù)裝置。在操作臺(tái)上需設(shè)置由指示燈、鑰匙開(kāi)關(guān)等組成的硬手操作盤(pán)，對(duì)基本的關(guān)斷進(jìn)行控制，同時(shí)針對(duì)指示燈，還需要設(shè)置能對(duì)所有指示燈進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試按鈕。

3.3 火氣監(jiān)控系統(tǒng)

火氣監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)的火氣檢測(cè)設(shè)備，火氣檢測(cè)設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)或者氣體泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。火氣檢測(cè)設(shè)備主要有手動(dòng)的報(bào)警站以及火焰和氣體探測(cè)器等等。然后是安全監(jiān)控系統(tǒng)。安全監(jiān)控系統(tǒng)則是在火氣檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)到火災(zāi)或者氣體泄漏情況時(shí)對(duì)其發(fā)出信號(hào)，安全監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)接受其信號(hào)后，采用聲音和光的形式進(jìn)行報(bào)警，提醒現(xiàn)場(chǎng)的操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行核實(shí)，啟動(dòng)天然氣凈化廠的消防系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)，完成關(guān)斷。

3.4 邏輯運(yùn)算器

邏輯運(yùn)算器的類(lèi)型比較多，常用的類(lèi)型主要是以下三種。第一種是可編程的電子系統(tǒng)。使用可編程的電子系統(tǒng)時(shí)，此類(lèi)型的邏輯運(yùn)算器能和其他的通信系統(tǒng)進(jìn)行匹配，能對(duì)設(shè)計(jì)上復(fù)雜的功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。第二種則是繼電器系統(tǒng)。繼電器系統(tǒng)相比較下系統(tǒng)在邏輯計(jì)算上比較簡(jiǎn)單。第三種是可編程電子系統(tǒng)和繼電器系統(tǒng)兩者結(jié)合的混合系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)際選用上一般是SIL3 三級(jí)的冗余或者是容錯(cuò)的可編程控制器。邏輯運(yùn)算器具備容錯(cuò)性便于對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別和排除，保證系統(tǒng)的根據(jù)程序正常的去運(yùn)行。

3.5 供電系統(tǒng)

安全儀表系統(tǒng)的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)于供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上采用DCS 和PLC，DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的組合形成雙回路供電系統(tǒng)，回路系統(tǒng)的分散，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障。同時(shí)，關(guān)鍵位置的供電都采用單獨(dú)的供電來(lái)源，保證關(guān)鍵位置供電的獨(dú)立性，提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，防止一個(gè)位置發(fā)生故障另一個(gè)位置跟著發(fā)生故障不能工作的狀況發(fā)生。

結(jié)束語(yǔ)

安全儀表系統(tǒng)能控制天然氣凈化廠在工藝生產(chǎn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，起到保護(hù)作用。該文就對(duì)安全儀表系統(tǒng)以及安全等級(jí)的介紹，遵循設(shè)計(jì)的可靠性、可用性、故障安全性、方便維護(hù)性等原則，對(duì)安全儀表系統(tǒng)的傳感器、緊急關(guān)斷系統(tǒng)、火氣監(jiān)控系統(tǒng)、邏輯運(yùn)算器、供電系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí)，合適的安全儀表系統(tǒng)的選擇，工程實(shí)際情況的結(jié)合，才能使安全儀表系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性有保障，并且控制相關(guān)裝置的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李金彪.天然氣凈化廠火炬及放空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探討[J].化工管理，2018，（33）：96-97.

[2] 周斯雅，陶兆勇，石磊，黃俊莉，黃雪鋒，羅威，李懿，魏國(guó)勇.天然氣凈化廠超壓自動(dòng)放空系統(tǒng)優(yōu)化[J].石油化工自動(dòng)化，2017， （04）：60-62+76.

[3] 高進(jìn)，蒲浩，劉富權(quán)，袁樹(shù)海，吳廷蘭，李治薇，陳忠培.ESD 在天然氣凈化廠的安全等級(jí)探析[J].石油與天然氣化工，2012，（02）： 239-242+252.

[4] 曾強(qiáng)，李顯良，曹東，龐有慶.忠縣凈化廠天然氣凈化裝置安全運(yùn)行評(píng)價(jià)[J].石油與天然氣化工，2010，（S1）：93-98+9-10.