丁振中 朱文瑞 陸金森

[摘 ? ?要]化工生產(chǎn)具有較高的危險(xiǎn)性，對(duì)工藝條件和裝置使用具有十分嚴(yán)格的要求，由于工藝生產(chǎn)中存在較多的不安全因素，危害性較強(qiáng)，因此，工藝裝置使用的過(guò)程中更加注重安全可靠性。安全儀表系統(tǒng)是具有專業(yè)認(rèn)證資質(zhì)、安全完整性較高的一種儀表安全保護(hù)系統(tǒng)，能夠快速響應(yīng)化工生產(chǎn)中的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還能夠自動(dòng)檢測(cè)處理自身故障，保證其安全性，在化工裝置中得到了良好應(yīng)用。主要對(duì)安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]化工裝置;安全儀表系統(tǒng);設(shè)計(jì);應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TQ056 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）08–0–02

[Abstract]Chemical production is highly dangerous， and has very strict requirements on process conditions and device use. Due to the many unsafe factors in process production and strong hazards， more attention is paid to the use of process devices. Safety and reliability. The safety instrumented system is an instrumented safety protection system with professional certification qualifications and high safety integrity. It can quickly respond to safety risks in chemical production， and can also automatically detect and handle its own failures to ensure its safety. Therefore， it has been well applied in chemical plants. In view of this， this article mainly analyzes the design and application related content of safety instrumented systems in chemical plants .

[Keywords]chemical plant; safety instrumented system; design; application

近年來(lái)，我國(guó)的化工行業(yè)發(fā)展水平不斷提高，使得設(shè)施設(shè)備和工藝技術(shù)都在逐步更新升級(jí)，化工生產(chǎn)的工藝復(fù)雜性提高，而且在化工生產(chǎn)的過(guò)程中會(huì)使用到一些智能化的設(shè)備裝置，其中安全是非常關(guān)鍵的問(wèn)題?；どa(chǎn)中出現(xiàn)安全事故會(huì)對(duì)人員的生命安全和企業(yè)帶來(lái)極大的危害，而安全儀表系統(tǒng)的使用能夠保障化工裝置的安全可靠性，減少化工安全事故發(fā)生的次數(shù)，確?；と藛T安全。因此，研究安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有重要意義。

1 安全儀表系統(tǒng)介紹

安全儀表系統(tǒng)主要指通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)儀表實(shí)現(xiàn)安全功能的控制系統(tǒng)[1]。安全儀表系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)備或者生產(chǎn)裝置存在的危險(xiǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，從而使其進(jìn)入一個(gè)預(yù)定義的安全工況中，這樣能夠有效降低危險(xiǎn)性，減少損失，確保人員、設(shè)備以及環(huán)境的安全。安全儀表系統(tǒng)在生產(chǎn)裝置的啟停環(huán)節(jié)、運(yùn)行以及維護(hù)階段都能夠?yàn)樵O(shè)備裝置、人員以及生產(chǎn)環(huán)境帶來(lái)安全保護(hù)。不管是由于人為因素、不可抗因素還是裝置自身出現(xiàn)的危險(xiǎn)，安全儀表系統(tǒng)都能夠快速做出響應(yīng)，同時(shí)發(fā)出對(duì)應(yīng)的邏輯信號(hào)，使裝置設(shè)備安全聯(lián)鎖或者停運(yùn)，這樣能夠防止危險(xiǎn)進(jìn)一步加深，將危害降到最低。

2 化工裝置安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用的原則

2.1 穩(wěn)定可靠

在化工裝置中應(yīng)用安全儀表系統(tǒng)具有較強(qiáng)的特殊性，在進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)，需要確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。安全儀表系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中就需要全面考慮各個(gè)方面的因素，從元件的選取、軟件編程、系統(tǒng)內(nèi)容等方面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，進(jìn)而保證儀表系統(tǒng)應(yīng)用的安全可靠性[2]。系統(tǒng)在化工裝置中應(yīng)用時(shí)，啟動(dòng)和停運(yùn)階段，都需要執(zhí)行維護(hù)，確保儀表使用正常。而如果安全儀表系統(tǒng)在使用的過(guò)程中，由于人為因素或者不可抗因素的影響而出現(xiàn)故障問(wèn)題，安全儀表系統(tǒng)需要能夠依照故障的實(shí)際情況快速做出反應(yīng)，及時(shí)辨別相應(yīng)的信號(hào)，從而對(duì)化工裝置進(jìn)行鎖定，以停止化工生產(chǎn)，極大降低了危險(xiǎn)性，將危害控制在一定范圍內(nèi)，減少損失。

2.2 功能健全穩(wěn)定

安全儀表系統(tǒng)為了能夠更好地發(fā)揮功能，需要在化工裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行有效處理，保證其高效地監(jiān)督管理化工生產(chǎn)儀表的數(shù)據(jù)信息，起到安全預(yù)警的作用。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要保證安全儀表功能的健全性，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。在對(duì)安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員需要有針對(duì)性地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行具體情況分析，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查，確保儀表運(yùn)行的精準(zhǔn)性，保證儀表功能的全面發(fā)揮。

2.3 便于維護(hù)與升級(jí)

化工裝置安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，質(zhì)量安全問(wèn)題是非常關(guān)鍵的。由于化工行業(yè)的特殊性，要想保證儀表的質(zhì)量安全，對(duì)儀表的設(shè)計(jì)需要保證有完善的儀表功能，能夠方便對(duì)儀表的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查和日常維護(hù)。有關(guān)化工裝置的安全儀表選取，要保證安裝的便捷性，在使用和維護(hù)方面都比較容易，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行檢修。此外，為了能夠更好地監(jiān)管安全儀表系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要盡量減少化工裝置中儀表個(gè)數(shù)，為儀表的設(shè)置留存一定的空間，這樣能夠便于后續(xù)的維護(hù)升級(jí)，還能夠節(jié)約系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。

3 安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 應(yīng)用典型邏輯關(guān)系

一般來(lái)講，在進(jìn)行化工裝置安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，都需要通過(guò)邏輯運(yùn)算為前提來(lái)展現(xiàn)安全系統(tǒng)，通常需要在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中添加布爾代數(shù)運(yùn)算[3]。要想使系統(tǒng)功能得到完整的呈現(xiàn)，需要多段邏輯運(yùn)算來(lái)完成。在對(duì)化工裝置安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，除了使用過(guò)程信號(hào)來(lái)控制結(jié)果外，還應(yīng)當(dāng)增加補(bǔ)充部分，以此實(shí)現(xiàn)操作和信號(hào)之間的聯(lián)系，確保安全儀表穩(wěn)定安全的運(yùn)行。不同的化工工藝，觸發(fā)結(jié)果的處理也存在不同，其安全系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)方面也有一定的差異。如果化工工藝存在條件性可逆時(shí)，傳入信號(hào)超過(guò)極限，安全儀表系統(tǒng)要有自鎖功能，保證過(guò)程發(fā)生后系統(tǒng)不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，避免化工工藝中出現(xiàn)亂序情況，從而減少安全事故發(fā)生的概率[4]。設(shè)計(jì)中需要考慮到人工恢復(fù)功能。另外，部分化工工藝中的緊急停運(yùn)屬于可逆性的，這樣安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)就不需要包含自鎖功能，系統(tǒng)可以恢復(fù)變動(dòng)。這部分能夠自動(dòng)恢復(fù)的系統(tǒng)可能在工藝過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)過(guò)快的轉(zhuǎn)換速率情況，這樣在設(shè)計(jì)中需要設(shè)置一定范圍的不靈敏區(qū)域，避免過(guò)程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)變量接近臨界值的情況。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，基本上都會(huì)設(shè)置人工操作按鈕，以此滿足人為啟停的需求。要想確?；ぱb置穩(wěn)定安全的運(yùn)行，在部分輸入信號(hào)中需要設(shè)置旁路開(kāi)關(guān)，工藝過(guò)程中變量如果不能符合要求，需要系統(tǒng)能夠自動(dòng)隔斷輸入信號(hào)通路，確保數(shù)值達(dá)到要求后再運(yùn)行。

3.2 控制系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)檢測(cè)元件

安全儀表系統(tǒng)中的控制回路設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵的是檢測(cè)元件的設(shè)計(jì)工作，有關(guān)元件的選取需要使用較高價(jià)值的配件，這主要是因?yàn)闄z測(cè)元件的質(zhì)量會(huì)對(duì)系統(tǒng)控制化工裝置的效果產(chǎn)生最直接的影響，考慮到化工裝置運(yùn)行的環(huán)境，檢測(cè)元件使用中會(huì)存在一定的耗損情況，為了能夠有效降低配置檢測(cè)元件的損耗成本，在設(shè)計(jì)時(shí)可以盡量選取在溫度、壓力以及流量等方面都滿足較高安全等級(jí)和品質(zhì)的配件，并且在后續(xù)的控制過(guò)程中注意做好冗余處理。

3.2.2 其他設(shè)計(jì)

關(guān)于系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算單元需要經(jīng)過(guò)國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)的安全度等級(jí)認(rèn)證，邏輯運(yùn)算模塊通常有100～300 ms的響應(yīng)時(shí)間，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合安全系統(tǒng)的安全度等級(jí)做出相應(yīng)的冗余處理[5]。從安全儀表系統(tǒng)的整體來(lái)看，邏輯運(yùn)算模塊穩(wěn)定性很高，而且與其他的部分相比較，發(fā)生異常的概率較低，而且隨著安全儀表系統(tǒng)的快速發(fā)展，以往的邏輯運(yùn)算技術(shù)和目前的系統(tǒng)發(fā)展需求已經(jīng)不相適應(yīng)，現(xiàn)如今的安全儀表系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中，通常會(huì)在邏輯運(yùn)算模塊中增加容錯(cuò)功能和自我檢測(cè)功能等，確保系統(tǒng)的控制回路具有較好的穩(wěn)定性。

3.3 聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)

化工裝置中的安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，聯(lián)鎖邏輯屬于故障安全型。其中的檢測(cè)元件和最終執(zhí)行的元件需要在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)保證勵(lì)磁，而當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不正常時(shí)，會(huì)出現(xiàn)非勵(lì)磁?；ぱb置運(yùn)行中如果出現(xiàn)故障，系統(tǒng)要能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)換到安全狀態(tài)，這樣防止因?yàn)橄到y(tǒng)自身故障問(wèn)題或者外部停電而引起裝置危險(xiǎn)。聯(lián)鎖系統(tǒng)回路中的壓力變送器分為兩部分，其中每一部分都要進(jìn)行邏輯的三選二冗余設(shè)計(jì)，這樣其中一部分在輸出高報(bào)警信號(hào)時(shí)就會(huì)聯(lián)鎖切斷閥門。在聯(lián)鎖設(shè)計(jì)中設(shè)置有聯(lián)鎖投用開(kāi)關(guān)，在旁路狀態(tài)下，安全儀表功能的完整性會(huì)受限，所以，旁路操作部分需要有報(bào)警、顯示和記錄，手動(dòng)復(fù)位按鈕在使用之前，化工工藝過(guò)程要保證安全，聯(lián)鎖初始條件在沒(méi)有恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行元件不能復(fù)位。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目介紹

以某化工工藝中的化工裝置為例，在該工藝過(guò)程中，對(duì)各裝置的控制有嚴(yán)格的要求，而且工藝具有較高的自動(dòng)化水平，為了能夠使化工裝置在運(yùn)行中確?？煽堪踩?，使用了集中顯示和控制回路。同時(shí)結(jié)合工藝的實(shí)際需求設(shè)置了聯(lián)鎖回路，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的控制、顯示和聯(lián)鎖，安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的主要集中檢測(cè)點(diǎn)和電氣信號(hào)都接入中央控制系統(tǒng)。該化工工藝過(guò)程中涉及到多種危險(xiǎn)性化學(xué)品，整個(gè)化工裝置運(yùn)行過(guò)程中，存在重大危險(xiǎn)源，因此，依照國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局的相關(guān)要求，化工裝置中需要設(shè)置安全儀表系統(tǒng)，且要保證獨(dú)立。其中裝置的緊急停運(yùn)以及事故處理系統(tǒng)都要接入安全儀表系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖停運(yùn)。

4.2 運(yùn)行情況

在該化工工藝裝置中設(shè)計(jì)的安全儀表系統(tǒng)安裝調(diào)試投入使用后，從現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況來(lái)看，運(yùn)行狀況較穩(wěn)定，和工藝原有的控制系統(tǒng)之間能夠較好的集成，實(shí)用性和可靠性較為突出。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用的突出優(yōu)點(diǎn)主要有：①安全可靠性較高，化工裝置在該工藝過(guò)程中使用時(shí)，其中的設(shè)施設(shè)備具有較高的復(fù)雜性，而且工藝物料較多，其中如果存在任何一部分安全隱患，都可能會(huì)對(duì)整個(gè)化工工藝產(chǎn)生極大的影響，所以，將安全儀表系統(tǒng)應(yīng)用其中進(jìn)行安全控制。②穩(wěn)定合理性較強(qiáng)，在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要使用可靠性高的控制器和元件，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)在聯(lián)鎖回路方面具有合理性，所以可以較好地保證化工生產(chǎn)的安全。③系統(tǒng)維護(hù)便利，由于在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，能夠便于進(jìn)行日常維護(hù)，而且系統(tǒng)中的故障檢測(cè)功能較為完善，能夠?qū)收蠁?wèn)題進(jìn)行精準(zhǔn)定位，系統(tǒng)維護(hù)的效率得到了良好的提升，系統(tǒng)在投入運(yùn)行后穩(wěn)定可靠，為化工裝置的安全運(yùn)行帶來(lái)有力的安全保障。

5 化工裝置安全儀表系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

5.1 智能化

由于社會(huì)科技水平的逐漸提升，在化工行業(yè)中，技術(shù)和設(shè)施設(shè)備的智能化水平也在逐漸提高，這也促使安全儀表系統(tǒng)的發(fā)展朝著智能化方向前進(jìn)，逐漸提高其智能水平。智能化的安全儀表系統(tǒng)能夠讓系統(tǒng)在化工裝置中具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性。安全儀表系統(tǒng)和智能化技術(shù)的有效融合，可以使化工生產(chǎn)中相關(guān)人員的人身安全得到更好的保證，同時(shí)也能夠有效提升化工生產(chǎn)的整體效益。

5.2 集成化

安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)過(guò)了多個(gè)發(fā)展階段，在科技的不斷推動(dòng)下，安全儀表系統(tǒng)也得到了較好的發(fā)展，在化工行業(yè)中出現(xiàn)了新型的安全儀表系統(tǒng)，能夠?qū)⒒どa(chǎn)的控制系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)更好地結(jié)合在一起，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，使化工裝置得到完整的控制，提高了系統(tǒng)的集成性。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于化工工藝的復(fù)雜性和化工物料的危險(xiǎn)性，在化工裝置運(yùn)行中，安全問(wèn)題非常關(guān)鍵，安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用對(duì)于提升其安全穩(wěn)定性起到較好的幫助。因此，需要重視安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用，綜合考慮系統(tǒng)功能和儀表功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的穩(wěn)定性，這樣化工生產(chǎn)的安全性才會(huì)得到更好的保障，進(jìn)而推動(dòng)化工行業(yè)健康穩(wěn)定的發(fā)展。

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