石油化工安全儀表系統的設計與可靠性分析

摘要：目前，石油化工生產的發展正趨向于一體化、大型化及智能化，這對于石油化工工藝水平、生產規模等帶來了較為嚴峻的挑戰。而石油化工生產過程中，各種危險事故發生的概率也在不斷增加，因此安全生產成為了石油化工生產中必須重視的問題。本文針對石油化工安全儀表系統的設計與可靠性進行了分析。

關鍵詞：石油化工;安全儀表系統;設計;細節問題

一、設計石油化工安全儀表系統根本原則

1.1儀表系統可靠穩定性的保障

由于石油化工廠安全儀表的特殊性和其獨特的功能，在儀表系統的設計中，首先要保證的是系統在運行過程中的安全性、可靠性和穩定性。而這正是在設計石油化工安全儀表系統時務必確保的一個重要性的原則。而要達到這一原則，那么就需要在系統設計時，考慮周全，包括系統設計、元器件的選擇使用，軟件編程等多方面因素，最大力度的保證儀表系統的絕對安全性。需要做到在生產裝置儀表系統的開車、停車的階段中，以及執行和維護操作這一時期，要能夠確保人員健康、設備環境的安全性。

1.2保證儀表功能穩定健全

要能夠將石油化工裝置安全儀表的功能最大化的起到作用，可以最大效率的完成化工行業對儀表數據監察、安全預警等方面，那就必須要作到石油化工安全儀表在功能上的完全性，確保系統的穩定性，這些自然同樣也是系統設計的另一個重要的原則。在儀表設計時，對設計人員必須要求有針對的研究系統具體情況，對現場實地勘察，精確的了解儀表工作運作的基本狀況，保證設計儀表功能的全面和最佳的適應性。

1.3要求儀表日常維護和升級擴展

在安全方面來說，石油化工行業是有著絕對性的要求，要達到這一要求，便需要完善對于儀表的一個日常維護，而在儀表的選擇上面，則需要滿足安裝簡單、應用便利，修護時簡單方便等等的要求。除了要能夠達到儀表監察、告警的要求之外，還需要盡量的降低裝置系統儀表的個數，盡可能的減削系統裝置儀表的本金、增大系統的經濟效益。另外，還需要有長遠的發展意識，保留一定放置儀表的空間，來保證生產發展以及水平提升后的需求。

二、改善石油化工安全儀表系統的有效途徑

2.1科學設計傳感器冗余

針對安全儀表系統來說，在實際設計過程中，并非要對所有的傳感器都進行冗余配置，如果系統中一臺傳感器平均失效率概率達到了SIL的具體要求，需要選擇一臺傳感器，便可以滿足要求;而如果一臺傳感器無法滿足SIL的具體要求，可以對冗余傳感器進行應用，選擇冗余傳感器方式時，要對系統的具體安全性進行全面考慮，以增加聯鎖動作次數作為代價，對“或”邏輯結構進行應用;不僅需要確保系統的安全性，同時，還要考慮系統的可用性，因此，應當對三取二邏輯結構進行應用。

2.2整體設計安全儀表系統

一個安全儀表功能（SIF）安全完整性SIL，其由SIF邏輯控制器、傳感器、執行器等各項內容共同確定。SIF的SIL=邏輯控制器SIL+傳感器SIL+執行機構SIL，需要研究人員注意的是，該出SIL指的是其等級相對應的失效概率。例如，邏輯控制單元SIL3級，其失效概率約為0.01%～0.1%;傳感器SIL2級，其對應的失效概率為0.1%～1%;執行結構SIL1級，對應的失效概率為1%～10%，雖然在系統中邏輯控制器為IL3，但安全儀表系統在實際應用過程中，其SIL的等級僅為SIL1，這也就會降低安全儀表系統的可靠性。

2.3做好相應的冗余配置

如果SIF等級的具體要求為SIL3，而實際配置邏輯控制的為SIL3，傳感器失效概率為SIL2，終端執行器為SIL2，整個系統安全等級都為SIL2，所以無法滿足相應的要求標準。此時，對傳感器進行冗余配置，例如，通過二取一冗的方式，是系統的安全等級能夠達到SIL3。同時，也可以通過對電磁閥或執行器進行適當的冗余配置，從而提高執行器的安全等級，使其能夠達到SIL3，從而使整個系統在應用過程中的安全性能夠滿足人們的應用要求。需要相應操作人員特別注意的是，如果在設計系統過程中，采用的二取二傳感器冗余結構，要確保采用的兩個傳感器的性能都要能夠達到應用要求標準，系統在運行過程中，如果其中一個傳感器的出現問題，都會導致二取失效，同單個傳感器相比，二取而冗余配置傳感器的應用，無法提高SIL等級。因此，在具體問題分析過程中，應當依據實際情況而定，盲目的通過冗余配置提升SIL是不合理的。

三、分析安全儀表可靠性容錯設計

在進行石化安全儀表系統設計期間，相應的工作人員要先對儀表保護的對象，以及相應的工藝情況進行安全等級評估，具體等級是基于在實際生產期間，事故發生的具體幾率，以及對相應的工作人員的人身危害的實際程度，完成相應的劃分工作。

針對安全等級相對較低的SIL1工藝設備連鎖保護回路，在實際設計過程中，可以放在DCS，從而降低成本。而針對可以造成安全事故、環境破壞、人生傷害等級相對較高的回路SIL2、SIL3，則將其放在安全儀表系統中，對其具體功能加以實現。現代市場中儀表供應商多，種類繁多，其性能和質量都各不相同，因此，為了確保儀器表在具體應用期間的可靠性，在對設備選用時，應當具備以下兩條條件：①權威結構出示的SIL認證證書;②長期應用獲得專門機構或驗證測試，并且要對供應商的清單進行錄入，內容應當詳細到設備的型號、品牌，以及軟件的具體版本。

四、結語

石油化工系統的安全所涉及的是方方面面，在這里只能就一些基礎性的理念作為概括介紹。而想要完成安全工作，僅僅靠幾個人是不現實的，需要的是一個團隊的存在。要想做好石油化工儀表工作，設計部中需要各方面的專家組建成一個團隊，另外在外部也需要和業主、生產制造商、以及施工單位有良好的溝通，建立成一個良好的團隊。只有做到妥善管理，才能真正的確保安全問題的解決，而這一點是整個過程中所必需的。

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（作者單位：中油遼河工程有限公司）

作者簡介：傅菲菲（1982.10.25），性別：女;籍貫：山東省博興縣;民族：漢;學歷：研究生、碩士;職稱：工程師;職務：自控儀表設計;研究方向：控制理論與控制工程。