安全儀表系統在石油化工裝置的應用分析

柴福義

（中石化第五建設有限公司，甘肅 蘭州 730060）

隨著我國經濟的高速發展，石油在國民生產中的需求越來越大，石油化工產業得到迅速的發展，與此同時石化生產過程的安全風險也越來越多。一套能夠檢測裝置的異常動作，并對可能發生的潛在危害作出相應動作的系統是必不可少的。安全儀表系統（SIS）正是基于該目的被提出來的。

1 安全儀表系統簡介

SIS是英文Safety instrumented system的簡稱，翻譯成中文的意思是安全儀表系統，它包括安全聯鎖系統、緊急停車系統、有毒有害、可燃氣體及火災檢測保護系統等，廣泛應用于石油、化工等流程工業中。安全儀表系統用于監視生產裝置或獨立單元的操作，當生產正常時，SIS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，SIS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。安全儀表系統在工廠開車、停車、出現工藝參數（如溫度、壓力、流量、液位等）擾動以及正常維護期間，能夠對人員和設備安全提供有效可靠的安全保護。

2 現有石油化工安全儀表系統的特點

SIS安全儀表系統（ESD系統）中的邏輯控制器是由電氣、電子、可編程電子技術構成的邏輯運算處理設備。SIS安全儀表系統（ESD系統）的邏輯控制器的出現，為關鍵控制和安全保護的應用提供了可靠的技術保證[1]。傳統的PLC稱為常規PLC,SIS稱為安全儀表系統（ESD系統）的邏輯控制器稱為安全PLC。在研發的安全理念上，與常規PLC截然不同。

SIS安全儀表系統（ESD系統）的邏輯控制器在技術上的顯著特點是：系統必須有極高的可靠性，通過冗余等措施避免整個系統的功能失效；如果出現某種失效狀態，它必須是可以預警的、安全的方式出現，保證能夠檢測出99%以上的內部元器件潛在的危險失效；SIS安全儀表系統（ESD系統）的邏輯控制器與常規PLC的不同，還體現在通過第三方的權威認證，例如，德國的TUV的認證，儀表滿足國際功能安全標準嚴格的安全和可靠性要求。當今世界的SIS安全儀表系統（ESD系統）的邏輯控制器一般采用硬件冗余和故障容錯為基礎的表決技術，如2 out of 3，或者采用基于診斷技術，如1oo1D,1oo2D,以及2oo4D等。

3 石油化工安全儀表系統設計原則

3.1 可靠性原則

石油化工生產環境比較惡略，設計安全系統時，要求安全儀表具有較高的抗干擾能力，實現在復雜的壞境下也能長期穩定運行。在硬件選擇上，選擇知名的廠家品牌，保證安全儀表的使用效果，同時在編寫軟件程序的時候，要充分考慮各邏輯之間的關系，避免儀表在生產的過程中因為人為的失誤發生安全事故。

3.2 獨立性原則

安全儀表系統應獨立于基本過程控制系統，獨立完成安全保護功能。安全儀表系統的檢測元件，控制單元和執行機構應單獨設置。如果工藝要求同時進行聯鎖和控制的情況下，安全儀表系統和BPCS應各自設置獨立的檢測元件和取源點。如需要，SIS安全儀表系統應能通過數據通信連接以只讀方式與DCS通信，但禁止DCS通過該通信連接向安全儀表系統寫信息。SIS安全儀表系統應采用冗余電源，由獨立的雙路配電回路供電。應避免安全儀表系統和BPCS的信號接線出現同一接線箱，中間接線柜和控制柜內。

3.3 故障安全原則

當SIS安全儀表系統的元件、設備、環節或能源發生故障或者失效時，SIS安全儀表系統設計應當使工藝過程能夠趨向安全運行或者安全狀態。

3.4 適應性原則

設計時要充分考慮儀表安裝使用環境，某些安全儀表，對使用環境有比較高的要求，例如CCD傳感器需要在合適的光線環境中才能發揮其檢測功能，溫度傳感器要考慮現場的溫度范圍，光電傳感器要考慮現場油污環境等等，因此在設計安全系統時，要首先對安裝環境進行實地考察，充分考慮可能存在的干擾因素，發現不能滿足時及時更改設計思路，確保項目的后續進度。

3.5 規范性原則

安全儀表安裝位置的設計，不僅需要符合國家及地方要求的的安裝規范，而且要保證安裝美觀，穩固，設計線纜分布圖時，要簡潔明了，標記清晰，方便后期施工人員的安裝調試工作。根據設計的簡便和實用性原則，對設的儀表要能夠滿足簡單安裝、長期維護、穩定性高的特點[2]。

4 安全儀表系統應用中存在的問題

4.1 安裝問題

安全儀表系統的安裝需要的線纜種類和規格很多，不同的線纜之間可能會存在干擾，安裝中存在的問題主要表現在，線纜凌亂，線纜的標記不準確，不清晰，一旦出現故障查起線路來比較麻煩，另外強電跟弱電標記不清晰的話很容易造成觸電等安全事故。

4.2 調試問題

安全儀表系統的種類比較多，不同廠家的安裝、調試和使用要求不一樣，對調試技術人員的學習理解能力要求比較高，通常出現的問題表現為，調試過程中調試人員由于技術、經驗不足等原因，忽略了調試過程中的細節問題，導致自控儀器的使用效果達不到理想的狀態，甚至有可能出現安全事故。另外還經常出現沒對系統調試進行相關檢查，儀表接線不夠強，儀表記錄不規范，不完整等問題。

5 安全儀表系統應用中質量控制措施

安全儀表系統是確保企業正常生產的關鍵，其質量必須得到保證，因此從施工的安裝調試，到后期設備的運行維護，都必須制定嚴格的質量控制措施來確保卻正常運行[3]。安全儀表系統應用中質量控制措施可以總結為以下幾點：

1）安裝前要深刻把握系統的設計理念，理解系統的設計原理，安裝技術人員應認真研究圖紙，深入了解圖紙與圖紙之間的關系，認真理解設計思路，明確施工內容，掌握施工過程中應注意的技術和安全問題。

2）嚴格遵守施工制定的計劃，不可隨意更改安裝內容，遇到沒有把握的問題，要及時跟設計人員進行溝通，確認無誤再進行安裝調試，明確施工各方面的內容，確保施工質量。

3）加強安全儀表系統調試技能的培訓與學習，針對日常工作中凸顯的理論基礎薄弱、調試技術經驗欠缺等問題，公司內部應該加強員工調試技術的培訓工作。

6 總結

安全儀表系統對在石油化工生產企業安全地進行生產起到決定性的作用，本文介紹了安全儀表系統的概念及其設計原則，并分析了安全儀表系統在安裝調試過程中存在的問題，并提出了一些解決思路，為安全儀表系統的應用提供理論借鑒意義。