化工安全儀表系統SIS的工程設計分析

余國勝（沾化惠邦化工有限公司，山東 濱州256812）

作為高危行業，化工生產過程中時常需要采用易燃易爆物，并且生產工藝帶有高溫高壓等特征，容易發生安全事故。為加強化工生產過程監控管理，化工安全儀表系統SIS 得到了研發，能夠為生產作業人員和設備提供安全保護。實際在系統配置時，還應做好SIS的工程設計，繼而使化工生產管理需求得到滿足。

1 化工安全儀表系統SIS概述

化工安全儀表系統SIS主要應用在SIS生產裝置上，能夠發揮儀表安全功能，為人員和設備提供安全保護。在裝置開車、停車、運行和維護等操作中，系統能夠對裝置故障危險進行判斷，并發出相應邏輯信號，從而阻止危險發生。在遭遇不可逆故障危險時，系統能夠發揮自我安全保護功能，以免事故不斷擴散，因此能夠實現危險最小化處理[1]。從結構上來看，系統由火災檢測保護、安全聯鎖、緊急停車、有毒有害保護等多個系統組成。在各系統之間存在獨立關系，不受過程控制系統控制。在化工生產裝置正常運行的情況下，系統處于休眠狀態。一旦發現安全事故，系統將立即被喚醒，并及時作出正確反映，從而為化工生產安全提供保障。

2 化工安全儀表系統SIS工程設計原則

2.1 可靠性原則

根據系統特點可知，在SIS 工程設計方面還應遵循可靠性原則，以便使系統能夠可靠工作，保證化工生產安全。實際在工程設計階段，還應認識到隨著化工生產自動化發展，SIS系統所處環境中將包含各種設備。為避免系統運行受周圍設備影響，還應提高系統抗干擾能力，盡量在無電磁、振動等干擾源的場所進行系統安裝。考慮到系統需要發揮控制安全事故危險的作用，還應確保系統具備較強防火、防爆能力，能夠在各種環境狀態下可靠工作。結合信息化建設趨勢，還應加強系統與智能化軟件關聯，提高系統自適應能力，確保系統在應對不同錯誤操作時能夠自主調節，完成儀表裝置故障點的有效查處。通過使故障在短時間內得到處理，能夠使系統工作的可靠性得到體現。

2.2 穩定性原則

系統能否穩定工作，將關系到系統作用能否有效發揮。系統用于加強化工生產裝置安全管理，想要穩定動作還應保證信息報警與聯鎖控制能夠達到裝置生產工藝管理標準要求。在不同化工企業中，將采用不同的生產工藝技術，系統還應與生產緊密結合在一起，才能加強關聯，使系統功能發揮保持穩定、有效。使系統對生產裝置狀況進行實時監測，及時發現突發狀況，能夠加強預警功能發揮。除了考慮化工生產環境問題，還應對人員操作水平進行考量[2]。而化工生產操作具有一定的風險，因此在系統布置上還應提高安全建設水平，使系統功能得到健全。結合這一要求，在系統工程設計符合安全生產標準的同時，還應做到盡量減少線路和元器件，以便使系統能夠得到穩定操作。

2.3 便捷性原則

系統工程設計還應為系統安裝和應用提供便利，以便使系統能夠較好滿足化工生產安全管理需求。遵循便捷性原則設計系統，需要盡量簡化系統結構，保證系統安裝順利，能夠結合化工生產布置格局變化隨時調整。從系統維護檢修角度來看，需要做好相應端口和界面設計，保證日常工作得以高效開展。在化工儀表不斷更新換代的背景下，還應保證新的儀表能夠順利接入系統，因此還應實現端口預留，提高系統擴展性。采取該種措施，能夠避免化工企業今后因儀表更新重復進行系統設計和開發，能夠使系統適應性得到增強。

3 化工安全儀表系統SIS工程設計方法

3.1 系統選型分析

結合系統工程設計原則，還應根據化工生產安全管理需求做好系統選型，保證滿足相關技術標準要求。首先，系統應符合IEC 61580 SIL 或TUVAK 體系認證，并根據配套設備確定系統級別。按照相關標準要求，系統硬件、軟件和儀表應當為已經商業化的正式版本，并且獲得國家防爆、計量等方面的強制認證。其次，為保證系統具有較強的可用性，還應確保選擇的緊急停車系統具備自診斷功能，能夠完成故障自動測試和記錄，以便在應對危險情況時及時啟動報警。在工藝聯鎖控制方面，系統能夠針對各信號完成維護旁路開關設置，以便使由系統測試維護引發的停車概率得到減少。為避免因誤動作造成生產裝置產生故障，應禁止為系統輸出信號設置旁路開關。此外，系統應當與過程控制系統保持相互獨立，能夠實現安全保護技術獨立運作。借助數據通信技術接口，系統則能相互通信。在數據連接方面，需要采取只讀方式，禁止由通信接口向系統寫信息。采用獨立網絡交換機、工程師站等構成通信網絡，能夠保證信號及時、可靠傳輸。

3.2 系統設備配置

在系統設備配置方面，重點是需要完成檢測設備和執行設備的配置，以便構成可靠的安全功能回路，使系統能夠穩定發揮安全保護作用。系統傳感器配置應保證靈敏度和精度達到較高要求，并按照安全級別劃分為多個等級，完成相應冗余設置。針對一級安全儀表，應配置單獨傳感器，但是能夠與DCS系統共用。二級儀表應設置采用冗余技術的傳感器，與DCS分離設置。三級儀表需要采用與二級儀表相同的傳感器的同時，能夠采用信號偏差報警結構。按照“三選二”原則，各傳感器輸出技術指令信號分別經過獨立信號分配器，然后傳遞至控制器進行表決。在執行設備配置上，需要完成擁有獨立路徑的切斷閥。具體來講，就是在控制閥上完成經過SIL 認證的安全定位器組件，能夠實現跳車動作控制。在閥門組件配置方面，同樣需要重視冗余配置問題。針對一級儀表，需要完成單一閥門配置。二級儀表除了采用單獨閥門，還要利用電磁閥完成冗余配置。三級儀表直接配置冗余閥門，并完成獨立開關設置。電磁閥應處于定位器的位置，以免出現跳車問題。而保證各執行組件與主控系統相互分離，能夠在系統發生程序紊亂時保證執行組件正常運行，使執行設備應對突發問題的能力得到提高。

3.3 邏輯優化設計

現階段，常用邏輯運算符主要包含可編程電子系統和中繼系統。如果系統邏輯運算較為簡單，可以采用中繼系統。如果需要實現復雜運算，需要采用可編程電子系統。考慮到化工生產安全儀表管理需要實現復雜功能，因此需要采用可編程電子系統。實際在系統邏輯布局方面，需要采用帶有冗余或容錯結構的可編程控制器，用于實現系統邏輯運算，保證系統能夠安全、可靠發出邏輯命令。從運算器結構上來看，包含二取一帶、三取一帶、雙重化二取一帶等多種，內部包含冗余繼承邏輯和變形組件[3]。一旦系統發生故障，可以先行對事故進行識別，然后將其調整為旁路狀態，確保指定功能可以完成。實際在邏輯形式選擇時，需要結合系統運行工況確定。值得注意的是，優化設計應保證表決器邏輯設計合理，能夠與控制器相匹配。在旁路設計中，還應保證開關位置能夠為后期調整和維護提供便利。適當提高冗余配置，使測試周期得到延長，并利用手動旁通閥在事故狀態下關閉閥門，能夠使系統可用性得到提高。

4 結語

在化工生產中，安全儀表系統SIS 將發揮重要管理作用。在實際進行工程設計時，還應保證系統運行可靠性和穩定性，并從便捷性角度加強系統設計，保證系統價值充分發揮。通過做好系統選型，并合理完成系統設備布置和邏輯優化，能夠使系統有效保證儀表安全性，因此能夠為推動化工企業的發展提供工程技術保障。