淺析SIS自動儀表控制系統的發展現狀

李偉敏 韓輝 姜珊

【摘 要】2014年11月13日，國家安全監管總局向各省、自治區、直轄市及新疆生產建設兵團安全生產監督管理局，有關中央企業發出《國家安全監管總局關于加強化工安全儀表系統管理的指導意見》（安監總管三〔2014〕116號）。明確了從源頭加快規范新建項目安全儀表系統管理工作：第一，從2016年1月1日起，大型和外商獨資合資等具備條件的化工企業新建涉及“兩重點一重大”的化工裝置和危險化學品儲存設施，要按照本指導意見的要求設計符合相關標準規定的安全儀表系統。第二，從2018年1月1日起，所有新建涉及“兩重點一重大”的化工裝置和危險化學品儲存設施要設計符合要求的安全儀表系統。其他新建化工裝置、危險化學品儲存設施安全儀表系統，從2020年1月1日起，應執行功能安全相關標準要求，設計符合要求的安全儀表系統。

【關鍵詞】SIS自動儀表 儀表系統 發展現狀

1 相關法律法規

2011年12月1日起施行的《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》（國家安監總局第40號令）第十三條（三）的規定：涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級或者二級重大危險源，配備獨立的安全儀表系統（SIS）；2013年6月20日國家安全監管總局聯合住房城鄉建設部發出了《關于進一步加強危險化學品建設項目安全設計管理的通知》（安監總管三〔2013〕76號）其中第（八）項“在總體設計和基礎工程設計階段，設計單位應根據建設項目的特點，重點開展下列設計文件的安全評審”就包含“安全聯鎖、緊急停車系統及安全儀表系統”相關內容。除了安監總局的相關文件，住房和城鄉建設部還發布了關于安全儀表的國家設計規范《GB/T 50770-2013 石油化工安全儀表系統設計規范》，本規范由建設部第1623號公告發布，自2013年9月1日起實施。本規范適用于石油化工工廠或裝置新建、擴建及改建項目的安全儀表系統的工程設計。

2 相關標準

在上世紀八十年代早期，德國標準化學會（DIN）就開始著手研究測量和控制設備的基本安全原則，并最終形成 DIN V 19250/DIN V 19251/DIN V VDE 0801 三個標準。它們是世界上首次出現的工業安全設備分級標準，功能安全概念由此誕生。ISAS84.01是由美國儀表協會（ISA）制定的關于 SIS 功能安全的標準，最初于1996年公布。它首次定義了SIS，并提出安全生命周期和安全完整性等級概念。IEC61508是由國際電工委員會（IEC）制定的國際標準。標準分為七個部分，分別發布于1998年和2000年。該標準針對由E/E/PE構成的、起安全作用的系統的整體安全生命周期，提出了一個通用的方法，目的在于建立一個可應用于各種工業領域的基本功能安全標準。IEC61508沿用并改進了美國ISA-S84.01 中的安全生命周期和SIL概念，可編程電子安全相關系統的安全完整性機制來自德國的 DIN V VDE 0801。2003 年公布的IEC61511標準是適用于過程工業中SIS的國際化標準，最初以ISAS84.01-1996為藍本，是IEC61508標準在過程工業中的實現。IEC61511 規范進一步明確了SIS在實施過程的權責關系，針對過程工業的現狀和特殊要求進行細節優化，具備很強的可操作性。

目前，IEC 61508已經成為世界范圍內最廣泛應用的關于 E/E/PE 安全相關系統的國際標準，而IEC61511是使用最廣泛的過程工業中 SIS 的國際標準。國內也頒布實施了一些安全相關標準，包括：對應IEC61508 的 GB/T20438和對應 IEC61511 的 GB/T21109。國內的相關石化企業的也先后頒布實施了一些行業與企業標準。中石油發布的《石油化工緊急停車及安全聯鎖系統設計導則SHB-Z06-1999》，中海油起草、國家經貿委（現商務部）發布的《工業生產過程中安全儀表系統的應用 SY/T10045-2003》，中石化起草、住建部發布的《石油化工安全儀表系統設計規范 GB/T50770-2013》。另外，中國船級社制定的《海上移動平臺入級與建造規范》（2012 版）的第7篇對安全保護系統的設置和功能作出指導性要求。

我們需要進一步完善化工安全儀表系統技術標準和認證體系。加快制修訂化工安全儀表系統技術標準體系。要組織研究、規劃我國化工功能安全技術標準體系，有關部門和單位要制定工作計劃，組織制定符合我國化工行業企業安全發展現狀的功能安全相關技術標準及應用指南。推動形成并完善符合中國國情的功能安全認證體制機制。依據《電氣＼電子＼可編程電子安全相關系統的功能安全》（GB/T20438）和《過程工業領域安全儀表系統的功能安全》（GB/T21109），逐步建立相關人員、產品以及組織機構功能安全認證服務體系。

3 國內SIS自動儀表控制系統發展現狀

2012年12月18日，和利時自主研發的、中國第一套擁有獨立自主知識產權的SIL3級安全儀表系統HIaGuard發布，打破了國內SIS產品全部由國外廠商壟斷的局面。HiaGuard的面世將對促進國內安全標準的推廣與發展，對提升國內流程工業的安全水平具有積極的推動作用。和利時公司的SIS產品HiaGuard的發布打破了國內SIS產品全部由國外廠商壟斷的局面，為國內流程工業的用戶提供了新的選擇。HiaGuard具有完全自主知識產權且經過第三方權威認證機構TUV萊茵的SIL3認證，技術達到行業前沿水平CONTROL ENGINEERING China版權所有，也將提升用戶對產品的信心。作為國內唯一的SIS產品廠商，本地化的服務將給國內用戶帶來更多的便利。

4 國外SIS生產廠商最新技術情況

目前在中國的SIS主要供應商有：霍尼韋爾、艾默生、ABB、西門子、羅克韋爾自動化、GE、Invensys、橫河電機、HIMA、Invensys-Triconex、ICS Triplex等，下面主要介紹霍尼韋爾、艾默生和橫河電機三家SIS最新技術情況。艾默生的DeltaV SIS的增加了電子布線，結合了編組站電子技術安裝的靈活性，以及節省空間的DeltaV安全儀表系統（SIS）的性能和可靠性。此SIS產品極大地簡化了設計，安裝控制工程網版權所有，接線和調試的SIS項目CONTROL ENGINEERING China版權所有，而在同一時間，提高能力和減少足跡。以人為本的設計（HCD）的原則的基礎上，邏輯解算器架構使用電子編組站和魅力的技術來消除常規編組的需要，從而簡化了安裝和調試過程。

該系統可以實現本身集成了DeltaV的安裝的一部分，或連接到任何DCS，作為一個獨立的SIS解決方案。這是一個合乎邏輯的步驟，幫助客戶解決設計，實施和運行安全系統的復雜性。魅力技術大大降低，成功地設計，安裝和運行這些解決方案所需的步驟數量。

霍尼韋爾最近推出一組獨特的技術和服務控制工程網版權所有，旨在幫助業內專業人員監控安全儀表系統（SIS）的運行狀況和可靠性。霍尼韋爾的SIS-Health Monitoring 通過精確監控系統狀態，可減少對此類系統進行的不必要的維護和工程工作，并能夠將可導致安全事故和工廠意外停機的故障減至最少。霍尼韋爾過程控制部系統營銷經理 Jason Urso 指出：“以往經驗表明，SIS 維護不善會使各行業工廠的成本大幅增加。SIS-Health Monitoring 可幫助工廠經理隨時查看其安全系統，以進行更有效的維護，并在提高過程可用性的同時減少生產損失”。Urso 表示：“安全儀器系統是企業至關重要的資產，它們可以保護生命、工藝和設備，但它們本身也需要通過性能監控進行保護。然而，現有的許多工具都無法自動監控 SIS 的實際性能。霍尼韋爾的 SIS-Health Monitoring 解決方案通過收集必要的有價值數據并為工程師提供相關的必要工具，彌補了這些弱點。”橫河電機集團的ProSafe-RS安全儀表系統獲得船舶界國際權威認證機構——勞氏船級社的鑒定，符合ISO17894船舶用可編程電子系統的標準，并且適合用于LNG運輸船以及浮體式生產裝置，取得認證的產品包括公司旗艦產品——CENTUM?VP和CENTUM?CS3000綜合生產控制系統以及ProSafe?-RS安全儀表系統。

應用于石油天然氣行業的船舶以及其他浮體式生產裝置的業主主要關心安全性和環境保護問題，所以他們要求采用的產品必須具有高可靠性和高品質。他們傾向與能夠提供符合ISO17894標準的可編程電子系統的供應商合作。橫河電機集團在這方面有很好的業績控制工程網版權所有，已經獲得了總計47艘LNG運輸船的控制系統訂單。以此次獲得ISO17894認證為契機，橫河電機集團期待通過在LNG運輸船和浮體式生產儲油卸油船（FPSO）等增長迅速的領域加大營銷力度，擴大石油天然氣船舶部分控制業務的承攬。

5 結語

我國安全儀表系統及其相關安全保護措施在設計、安裝、操作和維護管理等生命周期各階段，還存在危險與風險分析不足、設計選型不當、冗余容錯結構不合理、缺乏明確的檢驗測試周期、預防性維護策略針對性不強等問題，規范安全儀表系統管理工作亟待加強。隨著我國化工裝置、危險化學品儲存設施規模大型化、生產過程自動化水平逐步提高，同步加強和規范安全儀表系統管理，十分緊迫和必要。隨著技術的迅速發展，市場對SIS產品的需求越來越全面，對SIS產品的評價標準已不僅僅局限于對安全完整性等級的要求，而是要綜合考慮安全性、可靠性、可用性、可維護性及可操作性。