天然氣凈化廠安全儀表系統設計

王云

摘要：我國對于天然氣的需求量一直在增加，作為清潔能源，天然氣成為人們日常生活不可缺少的一部分。而天然氣凈化廠使用的原料氣都屬于是有毒有害的，而生產出來的天然氣本身也具有易燃性，基于這些問題，對于天然氣凈化廠安全儀表系統的設計就有了更高的要求。本文通過對安全儀表系統設計原則的介紹，對天然氣凈化廠安全儀表系統詳細內容的了解，基于這幾點，對安全儀表系統的設計進行討論。

關鍵詞：天然氣凈化廠；安全儀表系統；設計

引言

天然氣本身具有易燃、易爆的特點，因此對于其處理裝置的各方面設計提出了高要求。同時，天然氣處理裝置在工藝上極其復雜，并且在安全性上的要求也較高。為了避免處理裝置而引發安全問題，對安全儀表系統的設計變得尤為重要。設計一套安全儀表系統，能保證天然氣在生產過程中的穩定性。同時，對生產過程中的安全性也有保證。本文以安全系統的設計原則為出發點，對設計安全儀表系統的設計進行研究和討論。

1. 安全儀表系統的介紹

安全儀表系統簡單來說就是一個有邏輯運算器以及傳感器等等

組成的為保護儀表運行安全的系統。而安全儀表系統在正常運行時會對儀表安全性的檢測，并通過不同的等級對安全性進行表示。安全儀表系統一般以SIL1 至SIL4 作為系統的四個等級，等級越高表示安全程度也越高。同時，儀表運行過程中如果出現警報聲，安全系統的保護程序便會自動執行，對裝置以及正在生產的人員進行保護，避免危險的發生。

2. 設計原則

2.1 設計的可靠原則

設計一個安全的儀表系統，那么其系統就應該保證系統本身在運行上能夠保持長時間且穩定的去運行，同時也需要具備能根據儀表運行的實際情況，擁有與之相符合的完整的安全等級。這兩個方面是關于安全儀表系統可靠性的體現。

2.2 設計的可用原則

安全儀表系統在設計上，需要保證在系統自身出現錯誤的時候， 能夠自行進行相關錯誤的修正。而在因為突發情況失去了供電的時候，也需要能確保系統能夠繼續運行并且自行學習。

2.3 故障安全原則

安全儀表系統的設計需要保障在安全儀表系統其中任一部分出現故障的情況下，在生產過程中的設備能保證其運行上的安全或者是處于相對安全的狀態。安全儀表系統發生故障后的安全性，也是設計一個安全儀表系統重要的考量。

2.4 方便維護原則

安全儀表系統設計上要簡單方便，并且保證系統的運行足夠穩定。同時有效的對儀表的維護以及保養，以便于日常工藝生產過程運行的順利。

3. 關于天然氣凈化廠安全儀表系統的設計

3.1 傳感器

傳感器的設計為了避免受到其他的元件影響，設計上采用獨立和冗余的方式進行設計，能有效的保護好傳感器的靈敏度。傳感器的設計上分為三級：第一級的傳感器采用與DCS共用的形式，并且是獨立的。第二級則是冗余的，在DCS上要與其分開。第三級也是冗余的， 與DCS進行分開。

邏輯結構的選擇：邏輯的結構一般有采用和結構。在當前的設置是安全性能的時候，選擇采用和結構。在當前設置的是應用性能的時候，可在采用和結構上二選一即可。在安全性能和應用性能需要同時保證的情況下，選擇上則需要采取三選二的格式。

3.2 緊急關斷系統

緊急關斷系統級別上分為ESD1、ESD2、ESD3 三個級別，這三個級別共同操縱著關斷系統。在三個級別按鈕的操作上，ESD3 級別只能控制此級別的關斷，不能對ESD1、ESD2 這兩個級別進行關斷。ESD2 級別則能對ESD2、ESD3 兩個級別進行關斷，不能對ESD1 級別進行關斷，ESD2 在操作上可以是操作人員使用操作盤手動啟動，也可以是由工藝參數觸發自動啟動。ESD1 級別就能分別對ESD1、ESD2、ESD3 三個級別的關斷進行控制，但在操作上需要注意，ESD1 級別只能由操作人員手動啟動，不能自動啟動。同時在關斷按鈕旁要設置上顯眼的警示標志和為了防止操作錯誤而設置的操作保護裝置。在操作臺上需設置由指示燈、鑰匙開關等組成的硬手操作盤，對基本的關斷進行控制，同時針對指示燈，還需要設置能對所有指示燈進行測試的測試按鈕。

3.3 火氣監控系統

火氣監控系統主要是通過在現場的火氣檢測設備，火氣檢測設備負責對現場發生火災或者氣體泄漏進行實時檢測。火氣檢測設備主要有手動的報警站以及火焰和氣體探測器等等。然后是安全監控系統。安全監控系統則是在火氣檢測設備檢測到火災或者氣體泄漏情況時對其發出信號，安全監控系統負責接受其信號后，采用聲音和光的形式進行報警，提醒現場的操作人員對現場的情況進行核實，啟動天然氣凈化廠的消防系統和報警系統，完成關斷。

3.4 邏輯運算器

邏輯運算器的類型比較多，常用的類型主要是以下三種。第一種是可編程的電子系統。使用可編程的電子系統時，此類型的邏輯運算器能和其他的通信系統進行匹配，能對設計上復雜的功能進行實現。第二種則是繼電器系統。繼電器系統相比較下系統在邏輯計算上比較簡單。第三種是可編程電子系統和繼電器系統兩者結合的混合系統。該系統實際選用上一般是SIL3 三級的冗余或者是容錯的可編程控制器。邏輯運算器具備容錯性便于對故障進行識別和排除，保證系統的根據程序正常的去運行。

3.5 供電系統

安全儀表系統的供電系統設計。對于供電系統的設計上采用DCS 和PLC，DCS系統和PLC系統的組合形成雙回路供電系統，回路系統的分散，對監控系統的正常運行提供保障。同時，關鍵位置的供電都采用單獨的供電來源，保證關鍵位置供電的獨立性，提高系統運行時的穩定性，防止一個位置發生故障另一個位置跟著發生故障不能工作的狀況發生。

結束語

安全儀表系統能控制天然氣凈化廠在工藝生產過程中的風險，起到保護作用。該文就對安全儀表系統以及安全等級的介紹，遵循設計的可靠性、可用性、故障安全性、方便維護性等原則，對安全儀表系統的傳感器、緊急關斷系統、火氣監控系統、邏輯運算器、供電系統進行了設計。同時，合適的安全儀表系統的選擇，工程實際情況的結合，才能使安全儀表系統在運行過程中的穩定性有保障，并且控制相關裝置的風險。

參考文獻：

[1] 李金彪.天然氣凈化廠火炬及放空系統設計的探討[J].化工管理，2018，（33）：96-97.

[2] 周斯雅，陶兆勇，石磊，黃俊莉，黃雪鋒，羅威，李懿，魏國勇.天然氣凈化廠超壓自動放空系統優化[J].石油化工自動化，2017， （04）：60-62+76.

[3] 高進，蒲浩，劉富權，袁樹海，吳廷蘭，李治薇，陳忠培.ESD 在天然氣凈化廠的安全等級探析[J].石油與天然氣化工，2012，（02）： 239-242+252.

[4] 曾強，李顯良，曹東，龐有慶.忠縣凈化廠天然氣凈化裝置安全運行評價[J].石油與天然氣化工，2010，（S1）：93-98+9-10.