化工安全儀表系統工程設計和應用

劉冰潔 王力功 齊岳 易超 李飛

（1.中國五洲工程設計集團有限公司 北京市 100053 2.山西北化關鋁化工有限公司 山西省運城市 044599）（3.北京五特自動化工程有限公司 北京市 100053）

隨著自動化技術的不斷發展和應用，化工安全儀表系統應運而生，該系統憑借著安全性、智能性等特征，被廣泛地應用于化工生產中，并取得了良好的應用效果，不僅提高化工生產的高效性和安全性，還促使化工企業向自動化、智能化、數字化方向不斷發展，為進一步提高化工企業的知名度和影響力提供了重要的平臺支持。因此，如何科學設計和應用化工安全儀表系統工程是相關人員必須思考和解決的問題。

1 化工安全儀表系統工程設計原則

1.1 可靠性原則

根據化工安全儀表系統特征，在對系統工程進行設計的過程中，相關人員要嚴格按照可靠性原則，確保系統能夠可靠、穩定地運行，從而提高化工生產的安全性。為了進一步提高系統工程設計水平，相關人員還要盡可能提高化工生產自動化水平，實現對系統周圍相關設備的智能化控制和管理，同時，還要提高系統對周圍設備的抗干擾能力，為此，相關人員要將系統安裝在無干擾源的場所中。只有這樣，才能提高系統運行的可靠性。

1.2 穩定性原則

為了充分發揮和利用化工安全儀表系統的應用優勢，相關人員要確保系統運行的穩定性，因此，相關人員要在嚴格遵守穩定性原則的基礎上對系統工程進行科學設計。首先，要采用安裝化工生產裝置的方式，不斷完善和優化系統功能，確保系統的信息報警功能、連鎖控制功能能夠滿足化工生產工藝相關標準和要求[2]，為進一步提高化工生產的效率和效果打下堅實的基礎。同時，還要根據化工企業經營和管理實際現狀，采用相應的生產工藝流程，確保系統與化工生產進行充分結合，以保證系統功能的穩定性和有效性，確保系統能夠對化工生產相關設備運行狀態進行實時監控，一旦發現某設備出現運行異常問題，自動啟動報警功能，以引起維修人員的注意。

1.3 便捷性原則

化工安全儀表系統工程設計目的是保證系統安裝和應用的高效性和便捷性，因此，相關人員在對系統工程進行設計的過程中，要遵守系統便捷性原則，提高系統自動化控制水平，為滿足化工生產穩定安全需求提供有力的保障。只有這樣，才能提高系統的實用性，促進化工企業健康、可持續發展。

2 化工安全儀表系統工程設計方法

2.1 系統選型分析

為了提高化工安全儀表系統工程設計水平，相關人員要嚴格按照系統工程設計原則，在結合化工生產安全需求的基礎上，將系統選型工作落實到位，確保所設計的系統能夠滿足化工生產相關標準和要求。首先，系統要滿足或TUVAK 體系相關認證標準，然后，針對配套設備性能，對系統安全級別進行科學劃分和確定[3]。其次，還要針對系統設計相關標準和要求，確保所選用的系統硬件版本、系統軟件版本、系統儀表版本是正式的，滿足商業化開發需求。另外，在進行工藝連鎖控制的過程中，系統要根據不同的信號，對旁路開關設置情況進行科學維護，從而降低停車次數。為了避免因操作不規范而導致生產裝置出現各種故障問題，相關人員嚴禁針對系統信號輸出需求，設置相應的旁路開關。為了提高系統選型的科學性和合理性，相關人員要確保所選型的系統與過程控制系統之間保持一定的獨立性，確保各個系統能夠在互不影響的情況下穩定運行。同時，還要利用數據接口，實現各個系統之間信息數據的交互和通信，為有效共享系統內信息數據，進一步提高信息數據的利用率打下堅實的基礎[4]。最后，為了保證信息數據連接的可靠性和安全性，相關人員還要采用只讀方式，避免通過通信接口，向系統內寫入各種信息。同時，還要嚴格按照化工安全儀表系統設計相關標準和要求，針對如表1 所示的安全完整性等級，將化工裝置的SLL 等級進行科學控制，為后期實現對系統的科學選型提供重要的依據和參考。

表1：安全完整性等級

2.2 安全等級確定

在對化工安全儀表系統工程進行設計的過程中，相關人員要從以下幾個方面入手，完成對系統安全等級的科學確定：

（1）采用安全保護矩陣法，該方法在具體的運用中，主要是在定性分析過程危害的前提下，對相關設備出現的潛在性問題進行定性分析和評估，然后，針對影響評估結果準確性的因素，實現對相關設備的全方位檢修。

（2）采用故障樹分析法，該方法在具體的運用中，主要用于對故障后果相關邏輯樹的全面顯示。邏輯圖所包含的基本事件主要有以下幾種，分別是頂級事件事故、傳感器事故。

（3）采用危險與可操作性分析法（HAZOP），該方法在具體的運用中，相關人員在熟練掌握危險與可操作性分析法的基礎上，實現對化工生產工藝圖紙的科學設計，同時，還在相關操作程序的應用背景下，綜合考慮安全事件發生的可能性以及相關的風險，為實現對安全等級科學評估創造良好的條件。

2.3 系統設備配置

為了進一步提高化工安全儀表系統工程的設計水平，相關人員還要重視對系統設備的科學配置，在這個過程中，首先，要針對檢測設備運行性能，實現對執行設備相關參數的科學配置，以保證回路的可靠性和安全性，從而提高系統運行性能。其次，在對系統傳感器進行配置的過程中，要提高系統傳感器的靈敏度和精確度[5]，嚴格按照安全等級劃分相關標準和要求，將系統的安全等級劃分為多個不同的等級，以簡化冗余設置流程。再次，相關人員還要根據一級安全儀表的運行性能，對一級安全儀表配置相應的傳感器，確保傳感器與DCS 系統之間能夠建立起有效的連接。二級安全儀表在具體的配置中，要利用冗余技術，通過借助傳感器的應用優勢，采用DCS 分離的方式實現對系統設備的科學配置。三級安全儀表在具體的配置的過程中，通過利用相應的傳感器，實現對相關報警結構的科學設置。此外，還要將各個傳感器輸入和輸出信號分別傳輸到信號分配器中，確保這些信號能夠安全無誤地被發送到控制器內。最后，在對執行設備進行配置的過程中，相關人員還要采用切斷獨立路徑的方式，完勝切斷閥的科學設置。為了實現這一目標[6]，相關人員要針對一級安全儀表的使用需求，科學配置相應的單一閥門，二級安全儀表除了要設置單一閥門外，還要借助電磁閥，實現對冗余裝置的科學配置，同時，還要將三級安全儀表與冗余閥門之間建立起有效連接，從而實現對獨立開關的科學設置。另外，相關人員還要科學調整和控制電磁閥的位置，確保電磁閥與定位器之間建立起有效連接，避免出現跳車現象，為后期更好地提高執行設備的運行性能，及時解決突發安全事故問題打下堅實的基礎。

2.4 邏輯優化設計

目前，經常用到的邏輯運算符主要包含以下兩種類型，一種是可編程電子系統，另一種是中繼系統。其中，可編程電子系統主要用于設計復雜運算，而中繼系統主要用于實現簡單運算，由于化工生產所涉及到的安全儀表往往具有復雜功能，因此，需要利用可編程電子系統，實現對系統邏輯優化設計。為了提高系統邏輯布局的科學性和合理性，相關人員還要利用可編程控制器，在保證系統邏輯運算結果準確的基礎上，確保系統能夠正常、安全地發出各種邏輯指令。運算器結構主要包含冗余繼承和變形組件等組成部分，一旦系統出現運行異常問題，相關人員要在第一時間內做好對事故的識別和分析[7]，然后，將系統轉化為旁路狀態，從而實現對系統相關功能的優化和完善。此外，在選擇系統邏輯形式的過程中，相關人員還要針對系統運行實際情況，選用符合系統運行需求的邏輯形式。需要注意的是，相關人員在對系統邏輯進行優化設計時，要確保所選用的表決器與控制器能夠有效匹配。在進行旁路設計的過程中，還要確保所選用的開關為后期更好地維護和調整系統提供相應的便利，以達到提高系統適應性的目的。

3 安全儀表系統在化工生產中的應用實例

現以某化工企業實施氨合成項目為例，對化工安全儀表系統的具體應用流程進行詳細介紹，化工企業氨項目的合成生產工藝流程如圖2 所示，為了保證化工生產的效率和效果，降低安全事故發生的可能性，化工企業化工安全儀表系統引入到化工生產中，并對該系統的控制回路進行集中化、標準化設置，然后，嚴格按照化工生產工藝相關標準和要求，有針對性地設置了連鎖回路，以達到提高系統測量精確度、可靠性的目的。此外，該系統還安裝了相應的化工裝置，采用K 系列硬件與及MACS 軟件相結合的方式，實現對過程控制系統的自動化控制，從而充分發揮和利用安全儀表功能的應用優勢?；ぐ踩珒x表系統與過程控制系統之間存在一定的獨立性[8]，化工安全儀表系統在具體的運用中，需要相關人員利用SIL級測量回路，提高化工安全儀表系統運行的安全性，確保一級信號能夠進入到過程控制系統（DCS）中，以達到實時監控過程控制系統的目的。此外，SIL2 級和SIL3 級均借助過程控制系統的應用優勢，實現對控制回路的科學設計，然后，在控制回路的應用背景下，將相關信號輸入到化工安全儀表系統中，為后期更好地分析和判斷系統邏輯狀態打下堅實的基礎，以提高化工生產的可靠性和穩定性，從而縮小化工生產成本，提高化工企業的社會效益和經濟效益。

4 結束語

綜上所述，通過將化工安全儀表系統工程應用于化工生產中，不僅提高了化工企業的自動化、智能化生產水平，還降低了化工生產安全事故發生的概率，為進一步提高化工生產的穩定性和安全性，提高化工企業的社會效益和經濟效益發揮出重要作用。因此，化工企業要想在激烈的市場競爭中立于不敗之地，必須要重視對化工安全儀表系統工程的設計和應用，促使化工生產向規范化、標準化、自動化方向不斷發展，為提高企業的生產力和市場核心競爭力，促進企業健康、可持續發展創造了良好的條件。