安全儀表系統(tǒng)在精細(xì)化工中的應(yīng)用

陳曉亮

摘 要：伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各個(gè)行業(yè)都在快速進(jìn)步，生產(chǎn)活動(dòng)向著智能化與自動(dòng)化方向發(fā)展。精細(xì)化工生產(chǎn)時(shí)存在多種產(chǎn)品，本身存在一定的危險(xiǎn)性與風(fēng)險(xiǎn)性，安全儀表系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量直接影響到化工生產(chǎn)活動(dòng)的順利進(jìn)行。通過分析精細(xì)化工中安全儀表系統(tǒng)的作用，探討安全儀表系統(tǒng)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：安全儀表系統(tǒng);精細(xì)化工;應(yīng)用

0 引言

在企業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)安全對(duì)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、人員安全具有重大影響。對(duì)此，許多企業(yè)將安全儀表系統(tǒng)應(yīng)用到生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，對(duì)生產(chǎn)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)因素時(shí)能夠及時(shí)采取措施避免危險(xiǎn)事件發(fā)生，在石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

1 安全儀表系統(tǒng)概述

安全儀表系統(tǒng)的作用是根據(jù)用于生產(chǎn)的機(jī)械裝置或設(shè)備在生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)的反映，使該裝置或設(shè)備進(jìn)入一個(gè)事先設(shè)置好的安全工況，從而將危險(xiǎn)避免或者損失減小，來保證生產(chǎn)過程的安全。

安全儀表系統(tǒng)在企業(yè)安全控制中是不可或缺的系統(tǒng)。在工廠的實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)對(duì)安全管理劃分不同的等級(jí)，劃分等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)核心是工藝的生產(chǎn)過程或生產(chǎn)設(shè)備的問題，最開始要建立一個(gè)有針對(duì)性的控制系統(tǒng)，就像某些設(shè)備中涉及的分散控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)由傳感器、邏輯運(yùn)算單元和控制元件交互組成，當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)感受到周圍生產(chǎn)環(huán)境有任何危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)及時(shí)反映迅速自動(dòng)停止工作，使整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境不受到破壞。生產(chǎn)條件環(huán)境會(huì)受到很多因素的影響，例如當(dāng)前的設(shè)備工作壓力、溫度等。一旦安全儀表察覺到了工作狀態(tài)出現(xiàn)危險(xiǎn)的信號(hào)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)通過可以控制的邏輯器來決定設(shè)備開關(guān)是否處于切斷或?qū)ǖ臓顟B(tài)，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備和操作人員的目的。

安全儀表系統(tǒng)是最開始的防護(hù)，用于監(jiān)控化工設(shè)備運(yùn)行過程中的狀態(tài)，判斷危險(xiǎn)發(fā)生的可能，及時(shí)執(zhí)行一些保護(hù)功能，防止危險(xiǎn)的發(fā)生，做到減輕危險(xiǎn)事件造成的損失，保護(hù)工人和生產(chǎn)設(shè)備的安全。因此，安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要合理規(guī)范。

2 現(xiàn)有化工安全儀表系統(tǒng)的特點(diǎn)

SIS安全儀表系統(tǒng)（ESD系統(tǒng)）中的邏輯控制器是由電氣、電子、可編程電子技術(shù)構(gòu)成的邏輯運(yùn)算處理設(shè)備。SIS安全儀表系統(tǒng)（ESD系統(tǒng)）的邏輯控制器的出現(xiàn)，為關(guān)鍵控制和安全保護(hù)的應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)保證。傳統(tǒng)的PLC稱為常規(guī)PLC，SIS稱為安全儀表系統(tǒng)（ESD系統(tǒng)）的邏輯控制器稱為安全PLC。在研發(fā)的安全理念上，與常規(guī)PLC截然不同。

SIS安全儀表系統(tǒng)（ESD系統(tǒng)）的邏輯控制器在技術(shù)上的顯著特點(diǎn)是：系統(tǒng)必須有極高的可靠性，通過冗余等措施避免整個(gè)系統(tǒng)的功能失效;如果出現(xiàn)某種失效狀態(tài)，它必須是可以預(yù)警的、安全的方式出現(xiàn)，保證能夠檢測出99%以上的內(nèi)部元器件潛在的危險(xiǎn)失效;SIS安全儀表系統(tǒng)（ESD系統(tǒng)）的邏輯控制器與常規(guī)PLC的不同，還體現(xiàn)在通過第三方的權(quán)威認(rèn)證，例如，德國的TUV的認(rèn)證，儀表滿足國際功能安全標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的安全和可靠性要求。當(dāng)今世界的SIS安全儀表系統(tǒng)（ESD系統(tǒng)）的邏輯控制器一般采用硬件冗余和故障容錯(cuò)為基礎(chǔ)的表決技術(shù)，如2outof3，或者采用基于診斷技術(shù)，如1oo1D，1oo2D，以及2oo4D等。

3 安全儀表系統(tǒng)在精細(xì)化工中的應(yīng)用

3.1 儀表元件設(shè)計(jì)

硝化反應(yīng)的特點(diǎn)就是反應(yīng)過程產(chǎn)生的大量的熱量，因此穩(wěn)定的溫度是保證反應(yīng)在可控狀態(tài)下進(jìn)行的關(guān)鍵。在反應(yīng)釜上設(shè)置溫度變送器，用來檢測反應(yīng)溫度。另外反應(yīng)釜攪拌電機(jī)的工作狀態(tài)是保證物料溫度均勻的關(guān)鍵因素。當(dāng)反應(yīng)溫度超過設(shè)定值，或者攪拌電機(jī)停止或故障時(shí)，將進(jìn)料閥門盡數(shù)切斷，同時(shí)打開應(yīng)急冷凍水管道降溫，同時(shí)還要及時(shí)打開應(yīng)急槽閥門，待物流排入之后將應(yīng)急處理工作做好。所有閥門在故障狀態(tài)時(shí)都應(yīng)處于安全位置。需要注意的是，為了保證變送器、閥門的失效概率數(shù)據(jù)的可靠性，我們選用的變送器、閥門均需要具有經(jīng)過TUV認(rèn)證的SIL等級(jí)。

3.2 等級(jí)確定

SIL為安全完整性等級(jí)，主要是指在特定時(shí)間、條件下，相關(guān)安全系統(tǒng)執(zhí)行其規(guī)定功能的可能性。在確定安全儀表系統(tǒng)等級(jí)時(shí)，應(yīng)以SIL為衡量標(biāo)準(zhǔn)，如若裝置的危險(xiǎn)性較高，對(duì)系統(tǒng)安全等級(jí)的要求也隨之提升，獲取安全性能付出的成本也較高。生產(chǎn)裝置的危險(xiǎn)由以下公式判定：

Risk=Probability×Consequences

式中，Risk代表的是裝置潛在危險(xiǎn);Probability代表的是危險(xiǎn)發(fā)生概率;Consequences代表的是危險(xiǎn)帶來的后果。其中，危險(xiǎn)發(fā)生概率的計(jì)算方式為危險(xiǎn)事件爆發(fā)率與安全系統(tǒng)失效率的乘積，SIL與失效率之間存在對(duì)應(yīng)聯(lián)系。對(duì)此，SIL體現(xiàn)出安全功能對(duì)整體風(fēng)險(xiǎn)降低的作用程度。在對(duì)安全完整性等級(jí)進(jìn)行評(píng)估時(shí)，結(jié)合生產(chǎn)裝置特點(diǎn)、工藝危險(xiǎn)性、現(xiàn)行法律等，由專門機(jī)構(gòu)或者企業(yè)自身進(jìn)行確定，一般情況下，大型化工、電力、石化企業(yè)選擇的安全等級(jí)為三級(jí)。以合成氨裝置為例，其作為化工企業(yè)重大危險(xiǎn)源之一，對(duì)企業(yè)、員工、設(shè)備安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，根據(jù)大型化工裝置安全等級(jí)防護(hù)規(guī)定，將該裝置的安全等級(jí)確定為三級(jí)。值得一提的是，該等級(jí)對(duì)于整體系統(tǒng)來說，包括輸入輸出環(huán)節(jié)中全部設(shè)備，但是現(xiàn)行的傳輸設(shè)備能夠通過認(rèn)證，并達(dá)到三級(jí)的不多，企業(yè)可根據(jù)實(shí)際情況，最大限度的選擇與要求相貼近的產(chǎn)品，采取多種措施提高安全等級(jí)，例如，將變送器引入安全儀表系統(tǒng)中等等，通過表決取值，對(duì)重要回路進(jìn)行改造。

3.3 安全儀表系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)

安全儀表系統(tǒng)安裝工作完成之后，技術(shù)人員為保證設(shè)備能夠在生產(chǎn)環(huán)境中發(fā)揮應(yīng)有的作用，需要嚴(yán)格按照相關(guān)的要求對(duì)比相應(yīng)的調(diào)試技術(shù)指標(biāo)，從而保證總體的平穩(wěn)性。儀器在安裝過程中不可避免地會(huì)受到外界因素的影響，這些因素將會(huì)導(dǎo)致儀器部件的損失和損壞，一旦出現(xiàn)這種情況，就會(huì)影響設(shè)備的工作狀態(tài)甚至?xí)斐稍O(shè)備的損壞，造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。因此技術(shù)人員需要充分考慮溫度、阻力等環(huán)境因素對(duì)設(shè)備的影響，做好相關(guān)的調(diào)試工作。

對(duì)于氣動(dòng)閥的調(diào)試工作，需要結(jié)合實(shí)際情況做好相關(guān)的調(diào)試工作。具體而言，第一應(yīng)該打開空氣源球閥，觀察設(shè)備的情況;第二，對(duì)氣動(dòng)截止閥進(jìn)行調(diào)試，并對(duì)照設(shè)備的反應(yīng)做好相關(guān)的記錄;第三，在自動(dòng)狀態(tài)下改變參數(shù)進(jìn)行測試觀察，通過增加電磁閥的電壓觀察設(shè)備的變化情況。一旦在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題需要及時(shí)進(jìn)行處理。

3.4 安全儀表系統(tǒng)的管理、維護(hù)

在正式投入使用之后，要想有效確保安全儀表系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，就必須對(duì)其進(jìn)行良好的管理?？偟膩碇v可以從以下幾點(diǎn)來進(jìn)行：首先，做好維護(hù)人員的培訓(xùn)工作，讓其能夠真正地掌握維護(hù)安全儀表軟、硬件的能力以及具體的操作步驟;其次，結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行維護(hù)條例以及相關(guān)管理制度的制定，同時(shí)在系統(tǒng)進(jìn)行檢修或者是停止運(yùn)行的時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行檢查和測試，從根本上保證其正常實(shí)施;最后，一定要保存好安全儀表系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)程序以及軟件組態(tài)編程等，記入需要進(jìn)行邏輯修改等情況時(shí)，需要在第一時(shí)間將相關(guān)的信息進(jìn)行更新處理，同時(shí)做好備份工作。

4 安全儀表系統(tǒng)在化工工藝裝置中未來的發(fā)展趨勢

科技的進(jìn)步，使安全儀表系統(tǒng)在化工工藝裝置中得到廣泛的應(yīng)用，未來安全儀表系統(tǒng)的發(fā)展趨勢將是智能化、集約化和自動(dòng)化，這是化工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。通過智能化的傳感器和數(shù)字閥門的使用，最大程度上減少行業(yè)對(duì)人力、物力和財(cái)力的投入，智能化的安全儀表系統(tǒng)使其能自行診斷來維護(hù)自身的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，采用可視化界面，實(shí)現(xiàn)操作方便簡單，在日常操作過程中減少工作人員的工作強(qiáng)度。

5 結(jié)語

我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，相信未來我國化工相關(guān)行業(yè)也會(huì)蓬勃發(fā)展，其化工裝置設(shè)備的發(fā)展方向也必然是大型的和智能的，化工生產(chǎn)過程中的安全問題就不容忽視，本文所探討的安全儀表系統(tǒng)是會(huì)影響到化工過程設(shè)備的安全運(yùn)行的，如今過程工業(yè)蓬勃發(fā)展，過程工業(yè)復(fù)雜，使得SIS的設(shè)置特別重要。以后，化工行業(yè)和研究技術(shù)人員在設(shè)計(jì)和使用安全儀表系統(tǒng)過程中要綜合考慮各方面影響，確保安全儀表系統(tǒng)的正確合理性，防止設(shè)計(jì)不當(dāng)帶來的后果。

參考文獻(xiàn)：

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