化工企業安全儀表系統設計及應用研究

方江天（1.西安石油大學，陜西　西安　710065）（2.中國石油寧夏石化公司電儀部，寧夏　銀川　750026）

化工企業安全儀表系統設計及應用研究

方江天1 2
（1.西安石油大學，陜西西安710065）
（2.中國石油寧夏石化公司電儀部，寧夏銀川750026）

在我國經濟不斷發展的背景下，化工企業的規模也在不斷擴大，化工企業生產技術以及生產設備也越來越先進，生產更加智能化和一體化，在這一背景下，化工生產安全性引起了人們的高度重視，因此人們對安全儀表也提出了更高的重視。本文從安全儀表的功能安全入手，探討安全儀表的設計原則，旨在提高化工生產的安全性。

安全儀表系統（SIS）；設計；SIL等級劃分；應用

隨著我國科學技術的不斷發展，化工生產的智能化和自動化水平越來越高，使化工生產更加高效便捷，但是同時對化工生產的安全性也提出了更高的要求，安全儀表系統是保證化工裝置生產安全的系統，在化工生產中得到了廣泛的運用。

1　安全儀表系統SIL劃分

安全儀表系統的功能就是保證生產過程的安全性，一般采用安全完整性等級（SⅠL）來對安全儀表系統的安全性能進行衡量。對安全儀表系統進行安全完整性等級劃分，一般可以分為SⅠL 1、SⅠL 2、SⅠL 3、SⅠL 4，其中，安全完整性等級最高的為SⅠL 4，因此安全完整性等級為SⅠL 4的安全儀表系統的功能越強，也就是靈敏度最高，可以檢測和響應SⅠL 1、SⅠL 2、SⅠL 3等級檢測響應不出來的危險狀況。通常情況下，化工企業的裝置安全完整性等級最高的情況下為SⅠL 3級。

2　安全儀表系統設計原則

2.1測量儀表的設計原則

測量儀表是安全儀表系統中的重要組成部分，在安全儀表系統中，一般不會采用開關儀表，而是常常采用模擬量測量儀表，例如流量和壓力的測量等。在測量儀表的設計中，可以按照不同的設置原則進行設計。如果是按照獨立設置的原則進行設計，那么對于SⅠL 3級的安全儀表功能，測量儀表是一個完全獨立的控制，與基本的控制系統完全分開；對于SⅠL 2級的安全儀表功能，一般會建議測量儀表和基本的控制系統分開，但是這并不是絕對要求的；而對于SⅠL 1級的安全儀表功能，測量儀表是可以和基本的過程控制系統共用的，這是根據獨立設置原則來進行設計的。如果按照測量儀表的冗余設置原則來進行設計，SⅠL 3級和SⅠL 2級的安全儀表功能采用冗余測量儀表，SⅠL 1級安全儀表功能采用單一測量的儀表。

2.2最終元件設計原則

在安全儀表系統中，最終元件主要指電機、控制閥和電磁閥等。按照控制閥的冗余設置原則來進行設計，SⅠL 3級安全儀表功能應該采用冗余控制閥，而SⅠL 2級的安全儀表功能采用冗余控制閥效果更好，SⅠL 1級安全儀表功能可采用單一控制閥。根據控制閥的獨立設置原則，那么對于SⅠL 3級的安全儀表功能，控制閥應該與基本的控制系統完全分開，這樣才能使安全儀表系統可以更優先發揮作用；對于SⅠL 2級的安全儀表功能，一般會建議測量儀表和基本的控制系統分開，從而達到更好的控制效果；而對于SⅠL 1級的安全儀表功能，測量儀表與基本的過程控制系統共用，但是值得注意的是，應該保證安全儀表系統可以優先運行。

2.3邏輯控制器設計原則

邏輯控制器是安全儀表系統中主要發揮邏輯功能的零件，一般是采用可編程的電子系統進行控制的，按照邏輯控制器的獨立設計原則，SⅠL 2級和SⅠL 3級的安全儀表功能，邏輯控制器應該與基本的控制系統完全分開，而SⅠL 1級的安全儀表功能，邏輯控制器應該與基本的控制系統分開更好。按照邏輯控制器的冗余設置原則，SⅠL 3級安全儀表功能應該采用冗余邏輯控制器，而SⅠL 2級的安全儀表功能采用冗余邏輯控制器效果更好，SⅠL 1級安全儀表功能可以采用冗余邏輯控制器。

3　安全儀表系統在化工生產中的應用

某45萬噸合成氨項目，工藝過程包括：天然氣壓縮和脫硫、一段轉化、二段轉化、CO高低溫變換、MEDA脫碳、甲烷化、氨合成、氨冷凍。

該項目各主要裝置控制要求嚴格，自動化水平較高，采用了較多的集中顯示和控制回路，并根據工藝要求設置了相應的聯鎖回路，對儀表的測量精度、穩定性和可靠性都有較高的要求，該裝置使用和利時K系列硬件和MACS6軟件組成的DCS過程控制系統，同時采用TRⅠCON三重冗余容錯技術的邏輯控制系統獨立完成安全儀表功能。安全儀表系統與過程控制相互獨立，但又不完全分離，SⅠL1等級的測量回路先經安全儀表系統（SⅠS）安全柵一進二出，一路信號進SⅠS進行邏輯判斷與輸出，另一路通過盤間線進入DCS進行過程監控。SⅠL2、SⅠL3等級的回路采用與過程控制系統（DCS）完全獨立的三取二測量、控制回路，直接進入SⅠS參與邏輯判斷和輸出，既保證了系統的安全性，又保證了裝置的建設成本控制在經濟、合理區間。

4　結語

在我國科學技術的推動下，我國化工企業生產智能化程度和自動化程度越來越高，安全生產問題越來越受到人們的重視，在進行安全儀表設計的時候，應該對安全儀表回路的每一個元器件都進行合理的設計，必須選擇最適宜的設計原則對測量儀表、最終元件和邏輯控制器進行設計，只有這樣才能保證安全儀表系統的性能。

［1］錢亮.化工安全儀表系統設計探討［J］.遼寧化工，2009，05：356～358.

［2］許忠儀.安全儀表系統（SⅠS）的SⅠL評估［J］.化工自動化及儀表，2009，05：62～66.

［3］王利.化工工藝裝置中安全儀表系統的應用［J］.民營科技，2013，04：15.