石油化工安全儀表系統設計

張將

【摘 要】隨著經濟的不斷發展，石油化工企業的規模和生產設備的自動化都在不斷擴大和更新。與此同時，石油化工的安全問題就暴露出來了，由于化工企業危害性比較大，這就需要引起人們的高度重視。與此同時，隨著科學技術的進步，應用自動化儀表和控制設備技術來控制安全的手段也日益豐富。本文介紹了石油化工安全儀表系統設計的基本原則，探討了安全儀表系統的設計與實施，展望了安全儀表系統的未來發展趨勢。

【關鍵詞】石油化工；安全儀表；系統；設計

隨著我國社會和經濟的快速發展，科學技術也在不斷進步，在安全儀表系統設計中，引入了安全等級的概念，就是要求設計人員在對一個具體生產裝置設計時，首先應該對其安全等級要求進行評估，確定其安全等級范圍，以避免設計的盲目性，造成不必要的浪費，這樣一來不僅有利于石油化工裝置安全儀表系統設計的進步，還為我國經濟的整體發展奠定良好的基礎。

1安全儀表系統的綜述

所謂的安全儀表系統就是保證儀表安全運行的系統，主要是由邏輯運算器、傳感器、執行軟件以及配套的軟件系統。一旦生產過程中出現報警，儀表的安全系統就會自動響應，自動執行安全保護程序，使得生產人員和裝備處于安全的狀態。在系統正常檢測的時候，不同的參數表示不同安全程度，此時就要用安全度等級來表示，簡稱SIL。SIL實際上就是根據定額時間內和相同的條件下，安全儀表系統正常運行功能的概率情況，是國際上普遍采用的表征儀表系統可靠度的參數。根據國際電工委員會（IEC）的要求，將安全程度的等級分為4類，分別為SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。

石油化工儀表的安全系統就是生產工藝的保護層，其處在第一層，能夠有效地監測和預防危險事件的發生，因此合理的設計儀表系統就顯得格外重要。

2安全儀表系統設計應遵循的基本原則

2.1確保儀表系統可靠準確

由于石油化工裝置安全儀表的獨特作用，設計的儀表系統，必須確保系統能夠長期安全、可靠、穩定運行，這是設計石油化工裝置安全儀表系統應當遵循的一條重要原則。這就要求在進行設計時，要在系統設計、元器件選擇、軟件編程上要統籌全面考慮，以確保儀表系統絕對安全可靠。比如：必須確保儀表在正常條件下可以安全運行，同時，在誤操作、出現供電故障等非常情況下，系統也能夠安全運行。

2.2確保儀表功能健全穩定

充分發揮石油化工裝置安全儀表的功能，最大限度地滿足化工行業對儀表監測數據、安全預警等方面的需求，確保石油化工裝置安全儀表功能健全、系統穩定，這也是石油化工裝置安全儀表系統設計的重要原則之一。在進行石油化工裝置安全儀表設計時，相關設計人員必須要深入研究系統的基本情況，對生產現場進行現場查看，準確把握儀表工作現場的基本情況，以確保所設計儀表功能完備，具有良好的適應性。

2.3安全故障型原則

SIS應該是安全故障型的。SIS的檢測元件以及最終執行元件在系統正常時應該是勵磁的，在系統不正常時應該是非勵磁的，即非勵磁停車設計。一個理想的SIS應該具有100%可用性。但由于系統內部的故障概率不能等于零，因此不可能可用性為100%。SIS的設計目標應該為：當出現故障時，系統能自動轉入安全狀態，即故障安全系統，從而可以避免由于SIS自身故障或因停電、停氣而使生產裝置處于危險狀態。

2.4確保儀表易于維護與擴展

石油化工行業對安全性具有特殊的要求，這就要求必須要加強對儀表的維護與保養，所選用的儀表要易于安裝、便于使用，安全運行周期長、維護簡便。在滿足儀表監測、預警要求的前提下，要盡可能減少系統儀表安裝數量，而且要降低系統安裝建設成本，提高系統的經濟效益。

2.5確保儀表系統絕對安全

石油化工工業是基于流程的特殊行業，所選用的生產材料一般均為危險化學品，產品也多為易燃易爆品，生產環境較為惡劣，大多為高溫高壓環境，極易引發各類安全事故。隨著石油化工裝置的自動化、現代水平越來越高，對產品的精細化作業越來越廣泛，生產作業條件越來越安全臨界點，從而可能引發危險的可能性也在不斷增加，這種嚴峻形勢下，對石油化工儀表系統提出了更高的安全要求。在進行儀表系統設計時，必須確保儀表系統絕對安全，進而確保整個系統的絕對安全。

3安全儀表系統的設計

安全儀表系統是由不同的硬件組裝起來的，其能夠快速地實現安全儀表所要執行的功能要求。根據功能要求的不同，我們將其分為傳感器類的檢測元件、邏輯運算器類的處理元件以及執行的元件。

3.1傳感器的設計

傳感器的精確程度直接影響著系統的安全和靈敏度，因此對其進行設計有著非常重要的意義。為了不受到其他元件的干擾，采用獨立設計原則和冗余設置原則，也就是第1級安全儀表傳感器采用單一的，并且與DCS公用；第2級的安全儀表傳感器采用冗余的，并且與DCS是分開的；第3級的安全儀表傳感器采用冗余的，并且與DCS是分開的。對于邏輯結構的選擇，我們可以設置為應用性能時，采用或結構；當為安全性能時，采用與結構；當兩者的性能都需要保證的時候，就需要采取三取二的格式。

3.2邏輯運算器的設計

常用的邏輯運算器主要是由3種類型組成的，分別是可編程的電子系統、繼電器系統以及二者的混合系統。當所選運算器為繼電器系統時，整個系統的邏輯計算比較簡單；當所選運算器為可編程的電子系統時，其可以很好地實現復雜功能的設計，并且與其他通信系統進行匹配。因此，很多的石油化工企業都配備了SIL3級的冗余或容錯可編程控制器。此邏輯運算器常用的結構為二取一的自帶診斷性能、三取二結構以及雙重化的二取一等。根據上面的設計要求，邏輯運算器的容錯性能可以很好的識別和排除故障，保證系統按照正確的程序執行。

4安全儀表系統供電方案的探討

在石油化工的供電系統中，經常采用的是交流220V、交流110V、直流24V電源供電。如果不能正確地采用供電方式，就會導致一定的安全事故，影響系統運行。根據設計的要求研究了以下3種方式的供電情況。

4.1DCS系統與PLC系統組成的雙回路供電系統

分散的回路供電系統，能夠保證整個監測系統的正常運行。除此之外，對關鍵部位的供電都要采取冗余和容錯原則，分別獨立的供電來源，不會發生一個出現故障而另外一個就不能工作的情況，使得系統的整體穩定性得到很大的提高。

4.2直流供電的冗余配置

為了保證供電的經濟性和安全性，對其設備供應的24V直流電采用不同電源來獲得，兩者之間是并聯形式和相互隔離的，并且加上解耦二極管。兩路的電源分別來自不間斷的穩壓電源和市電。

4.3單相交流220V安全儀表供電方案

在石油化工企業中，所運用的監控儀表大多為分析儀表、位移儀等。對供電要求相對較低，從經濟性來考慮的話，可以用市電的單相供電，降低了線路的復雜程度。在供電的時候，采取STS靜態開關，其能很好地切換電源，提升了供電的可靠性。

5結語

自改革開放以來，我國社會和經濟的發展越來越快，生產事故的頻發使得安全生產受到越來越多的關注，為確保工廠生產過程的安全，安全儀表系統已越來越多地得到重視并應用。安全儀表系統（SIS）是一種安全系統，其應用于工業生產過程中，對設備可能發生的危險或不采取措施將繼續惡化，按照規定及時響應和保護使生產裝置按程序退出，使風險降低到最低限度，以確保人員安全，防護設備或避免對周圍環境的污染。基于此，本文主要闡述了安全儀表系統設計應遵循的基本原則、石油化工裝置安全儀表系統的設計策略

參考文獻：

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（作者單位：歐薩斯能源環境設備（南京）有限公司）