安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的設計應用

（天津渤化工程有限公司，天津300450）

安全問題在石油化工裝置設計與運行中得到越來越多的重視。目前很多化工裝置在設計和改造中增加了危險與可操作性研究（HAZOP），確定安全完整性等級（SIL）等。安全儀表系統(tǒng)（SIS）是一個必須獨立于過程控制系統(tǒng)專用于安全操作的控制系統(tǒng)。從安全角度出發(fā)，化工生產(chǎn)過程自身存在著固有的風險，SIS是一種經(jīng)過專門機構認證，具有一定安全完整性水平，用于降低生產(chǎn)過程風險的儀表安全保護系統(tǒng)。對化工裝置的安全儀表系統(tǒng)進行合理有效的分析和設計，是保證安全運行的基礎[1]。

1 確定安全完整性等級[2]

全儀表系統(tǒng)是由一個或多個安全儀表功能（SIF）組成；每一個SIF回路需要降低風險的水平用SIL表示。安全完整性等級（SIL）是對安全儀表系統(tǒng)綜合評價的一種量化等級，SIL等級越高，SIS的平均故障率越低，可靠性越強。SIL等級可根據(jù)HAZOP分析確定。

HAZOP能夠預期分析并發(fā)現(xiàn)問題，將危險消滅在最初階段，既適用于設計階段，又適用于現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置。HAZOP分析是一種辨識設計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結構化分析方法，方法的本質就是通過系列的會議對工藝圖紙和操作規(guī)程進行分析。在這個過程中，由各專業(yè)人員組成的分析組按規(guī)定的方式系統(tǒng)的研究每一個單元（即分析節(jié)點），分析偏離設計工藝條件的偏差所導致的危險和可操作性問題。

HAZOP分析可以找出裝置在設計中存在的隱患，而隨著風險技術發(fā)展，將風險矩陣應用于HAZOP分析形成了一種新的分析方法，即HAZOP風險評估，利用事故的后果嚴重等級和事故發(fā)生頻率等級在風險矩陣中計算事故的風險等級。

2 控制回路[3]

根據(jù)HAZOP分析報告中的結論，確定SIS的控制回路。某大型化工罐區(qū)裝置進行SIS改造，經(jīng)過HAZOP分析得出的報告結果，有SIL1和SIL2兩種等級的回路。改造項目中需要根據(jù)SIL定級，將原本使用的普通儀表更換為相應SIL等級的儀表。對于這兩種等級的儀表，SIS的測量傳感器和最終執(zhí)行元件宜獨立設置，從安全可靠的角度考慮，建議SIL2等級的儀表獨立設置。

如圖1：以某SIL1等級的儀表回路為例，確定進入該控制回路的測量儀表為同一個儲罐上的6臺壓力變送器A～F，高低報之后分別切斷兩臺閥門。改造過程中儲罐無法新增儀表，將安全儀表信號引入SIS輔助柜中的一進兩出安全柵，引出的信號一路進SIS機柜，一路進過程控制系統(tǒng)。

圖1 儀表回路圖

圖2 所示：不在工藝管線上增加閥門，可將原終端執(zhí)行機構的位置換成SIL1等級雙電磁閥結構的切斷閥，雙電磁閥安裝在同一條儀表供氣管線上，具有聯(lián)鎖功能的電磁閥設置在過程控制的電磁閥之后。

圖2 雙電磁閥結構安裝圖

3 聯(lián)鎖邏輯

SIS的聯(lián)鎖邏輯應為故障安全型。SIS的檢測元件以及最終執(zhí)行元件在系統(tǒng)正常運行時勵磁，在系統(tǒng)不正常時非勵磁。當出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能自動轉入安全狀態(tài)，從而避免由于SIS自身故障或者停電等原因使生產(chǎn)裝置處于危險狀態(tài)。

聯(lián)鎖系統(tǒng)回路中的6臺壓力變送器分為兩組，每組進行邏輯三選二的冗余設計，若有一組三選二之后輸出高報則聯(lián)鎖切斷閥門。該聯(lián)鎖中設置了聯(lián)鎖投用開關，也可叫維護旁路開關。由于在旁路狀態(tài)下SIF功能及其安全完整性都是受限的，因此旁路操作本身應該有報警、記錄和顯示，不能用作安全防護層的功能。手動復位按鈕在使用前應保證工藝過程在安全狀態(tài)，最終執(zhí)行元件在所有的聯(lián)鎖初始條件恢復到正常狀態(tài)前不得復位。

4 結論

安全儀表系統(tǒng)的設計在提高化工裝置的安全性和維護企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展中起著重要作用。設計時需要綜合考慮儀表功能和系統(tǒng)功能等方面，確保安全儀表系統(tǒng)的可靠性和可用性。