化工裝置中安全儀表系統的應用簡述

楊韜（河南吉成安全技術有限公司，河南 鄭州 450000）

化工裝置中安全儀表系統的應用簡述

楊韜（河南吉成安全技術有限公司，河南 鄭州 450000）

化工裝置往往涉及易燃易爆、有毒介質，且部分反應過程在高溫、高壓狀態下進行，具有較高的危險性，安全儀表系統可降低化工裝置的事故風險。本文就化工裝置中安全儀表系統的應用及實施要點進行簡要的分析和論述。

化工裝置；安全儀表系統；應用

隨著我國化學工業的發展,化工產品的種類越來越多，生產方法越來越多樣化，化工裝置日益向規模大型化、生產過程連續化、自動化的方向發展。同時，化工裝置往往涉及易燃易爆、有毒介質，且部分反應過程在高溫、高壓狀態下進行，具有較高的危險性。安全儀表系統（SIS，Safety Instrumented System）作為本質安全的重要手段之一，可降低化工裝置的事故風險，在化工裝置中的應用越來越廣泛，安全儀表系統的設計、安裝、調試、維護管理也得到越來越多的重視。

1 安全儀表系統概述

安全儀表系統也是指實現一個或多個安全儀表功能的儀表系統，其常常獨立于過程控制系統（例如分散型控制系統DCS等），生產正常時處于休眠或靜止狀態，一旦生產裝置或設施出現可能導致安全事故的情況時，能夠瞬間準確動作，使生產過程安全停止運行或自動導入預定的安全狀態，因此，其在化工裝置的安全控制中處于舉足輕重的作用。如圖1所示，對于化工過程的安全控制采用獨立保護層洋蔥模型進行分析，它的核心是化工裝置或工藝過程，首先要設置基本過程控制系統（Basic Process Control System，BPCS）對過程對象進行操作、控制，化工裝置的基本過程系統通常使用DCS。再往外一層，若過程對象出現了超溫、超壓等工藝偏差，則BPCS會進行報警提示，操作人員進行操作干預將偏差拉回至安全范圍。若工藝偏差無法控制，則由它的外部安全保護層逐一進行保護，這其中就包括了安全儀表系統。從圖1可見，安全儀表系統處于外部安全保護層的第一層，若其發揮作用，則可避免過程對象的失控，并可杜絕將相應的危險介質釋放至裝置管線、設備的外部，避免工藝安全事故的發生。

圖1 化工裝置或工藝過程獨立保護層洋蔥模型

因此，在化工裝置中使用安全儀表系統至關重要。目前，國家安全監管總局出臺了相關文件對安全儀表系統的設置提出了相應的要求，如《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》中規定：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）。安全儀表系統必須有很高的可靠性（即功能安全）和規范的維護管理，如果安全儀表系統失效，往往會導致嚴重的安全事故。

2 化工裝置中安全儀表系統的應用

安全儀表系統工程安全程度的高低取決于其安全生命周期中各階段實施質量的好壞。安全生命周期包括從工程方案設計階段安全儀表系統的設計策略，到操作維護階段，直到安全儀表系統停用的全過程，涉及工程設計、集成調試及驗收測試、運行維護等多方面的工作。具體到化工裝置中的應用來看，應把握好以下幾個方面：

2.1 確定安全完整性（SIL）等級

根據化工裝置的危險及可操作性分析，人員、過程、設備及其安全保護，以及安全完整性等級要求確定安全儀表系統的功能。在化工裝置的應用中，安全完整性等級可分為SIL1、SIL2、SIL3。安全完整性等級越高，其實現安全儀表功能的能力越強。安全完整等級評估可采用保護層分析法、風險矩陣法、校正的風險圖法、經驗法及其他方法。

2.2 合理選擇安全儀表系統的設備

安全儀表系統由測量儀表、邏輯控制器、最終元件及相關軟件組成，因為要保護人和生產的安全，所以其要求要高于基本過程控制系統，并要求設計成故障安全型，確保在系統故障狀態下保證生產裝置進入安全狀態。

邏輯控制器是執行邏輯功能的設備，宜采用可編程電子系統，并應取得功能安全認證。測量儀表是測量過程變量（溫度、壓力、液位、流量等）的設備，安全儀表系統宜采用模擬量測量儀表，如壓力、液位變送器等，變送器宜采用4～20mA疊加HART通訊協議的智能變送器，不宜采用現場開關量儀表，開關量儀表長時間不動作，會出現觸點粘合或接觸不佳，出現不動作或誤動作。采用冗余測量儀表，當要求高安全性時，應選擇“與”邏輯結構；當系統需要兼顧高安全性和高可靠性時，宜采取三取二邏輯結構。測量儀表應采用儀表電纜硬接線方式作為安全儀表系統的輸入信號，不應采用現場總線等通訊方式。最終元件執行邏輯控制器指令或設定的動作，使過程達到安全狀態的設備，包括氣動控制閥（調節閥、切斷閥）、電磁閥、電動機等。在采取冗余時，控制閥冗余方式可采用一個調節閥和一個切斷閥，也可采用兩個切斷閥。

邏輯控制器、測量儀表、最終元件的獨立、冗余設置原則見表1。

表1 SIL級別及SIS系統設置原則

2.3 安裝、調試安全儀表系統

在完成安全儀表系統的設計后，根據技術要求采購安全儀表系統的硬件和軟件，隨后按照規范及產品技術要求進行系統軟硬件安裝、調試，完成系統組態的準備；在設計單位提供用于安全聯鎖的邏輯設計文件后，開始安全儀表系統的軟件組態，完成組態工作后開始系統的工廠驗收測試，工廠驗收測試合格后即可裝運至化工裝置現場，進行現場安裝、送電調試，然后開始現場儀表測試、單回路測試、聯動調試和邏輯功能調試，所有測試完成并確保無問題后，最終交付用戶，伴隨化工生產裝置投入試生產、運行。

2.4 安全儀表系統的管理、維護

在安全儀表系統投入使用后，良好的管理、維護是確保其正常運行的重要手段。常見的措施有：①對相應的維護人員進行培訓，使其掌握安全儀表系統硬件、軟件的功能及維護、使用方法；②制定管理制度及操作維護規程，明確維護人員的職責，并在停車或檢修期間對系統進行檢查、測試，確保其有效。③對安全儀表系統的工程設計、應用軟件組態編程等文檔應保存，發生增加或修改邏輯等變更時，應及時更新相關信息，并存檔備份。

3 結語

綜上所述，對于化工裝置運行過程中安全儀表系統的有效應用而言，為了確保發揮其在工藝過程中安全保護層的功能，確定其獨立性、冗余性是比較重要的一個方面，除了要做好設計、安裝、調試環節外，后續的維護管理同樣也需要進行重點關注。

[1]中國石油化工集團公司.GB/T 50770-2013石油化工安全儀表系統設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2013.

[2]王東峰.安全儀表系統的回路設計探討.石油化工自動化,2014.8第50卷第4期:10-15.

[3]魏華.安全儀表的可靠性和可用性分析[J].石油化工自動化,2009.(1):10-13.