化工工藝裝置中安全儀表系統的應用

林士海，朱 輝，孫 波，王瑞君

（武漢有機實業有限公司，湖北武漢 430040）

近年來，國內化工行業快速發展，帶動了新技術、新設備的出現和應用，同時促進了化工產品的科技含量逐步提升。化工生產工藝正朝著復雜化方向發展。當下，大部分化工生產都需要使用到智能化設備，這些設備的使用，一定程度上會導致安全隱患問題，有時還會造成化工事故，社會負面影響巨大。為了合理規避上述風險，工程中引入了安全儀表，借助安全儀表的應用，可有效降低事故概率，確保了施工人員的人身安全。針對安全儀表系統在化工裝置中的應用進行全面分析具有重大現實意義。

1 安全儀表系統在化工工藝裝置中的重要價值

1.1 及時報警

化工工藝裝置中，安全儀表一般會與自動報警系統相連。一旦安全儀表出現超標超限的情況，即儀表數值超過規定的安全范圍時，對應的警報系統便會運作，及時向相關人員發出警報，提示技術人員及時進行相關位置的檢測核驗。同時，借助儀表報警情況，還有利于相關人員及時了解事故位置、事故原因，初步進行故障原因的分析判斷。

1.2 自動化安全系統

新時期，化工裝置中的安全儀表系統自動化發展是時代發展的必然趨勢。隨著科學技術水平的提升，安全儀表系統都會直接與計算機相連接，借助計算機，相關人員便可進行儀表系統的監控、操作處理，還可借助相應的系統設施進行應急處理。如結合安全儀表的檢測數據，自動控制部分裝置的閥門關閉等，從而逐步實現安全儀表的自動化管理。

1.3 降低事故率

化工工藝裝置的運行中，必須考慮其安全檢測要求，安全檢測是降低隱患概率的重要保障。合理安裝安全儀表，可大幅度降低化工裝置因設備故障導致的事故概率，從而降低從業人員的危險等級。工程實踐中，借助安全儀表裝置，不但可及時進行工藝裝置故障位置的提醒，還可結合報警數值的大小進行危險程度的分析。相關技術人員可快速進行響應，及時檢測、修理和完善，從而保證整個工藝裝置的長期穩定運轉，提高裝置的有效性、安全性。

2 化工自動儀表的常見故障分析

2.1 壓力測量儀表故障

壓力儀器常見故障主要包括：膜片受損、管道堵塞等。這一現象的主要原因在于壓力計的工作原理，壓力儀器工作中，一般是經由內部感測元器件感受外界壓力、外界溫度等，外界變化導致變形后，將會以電話號碼的方式進行狀態傳送。正常運行條件下，壓力測量儀器必須保證良好穩定地接觸，方可維持預期測量精度。確保感測元器件能夠高效感知變形、變化。具體要求：接線部位緊密連接，傳動部位保持干燥、清潔的特點，不可出現腐蝕、變形等情況。在日常使用、正常運轉的條件下，相關作業人員必須及時進行檢查分析，避免故障缺陷等方面的負面影響。

2.2 流量測量儀表故障

流量計的種類較多，其故障種類也相對較多。一般流量計發生故障后，常見表現包括：數值跳動、數值范圍較大等。考慮到流量計的故障主要是因參數變化引起，最為常見的參數變化便是黏度、雷諾數、密度等。

2.3 溫度測量儀表故障

測溫故障中，主要是溫度指示燈在高低兩個方向都會閃亮，不發生變化。測溫儀常見故障包括熱電偶故障、熱阻故障。受高溫條件影響，上述部件經常出現零件短路故障，有時會出現接觸不良問題。現有溫度計使用中，保護管結構出現故障時，也會導致測量儀表失效。

2.4 液位測量儀表的故障

測量原理不同，液位測量儀器的類型也相對較為豐富。一般包括液位測量儀、超聲波測量儀等。測量儀器不同，其故障類型也會存在一定差異，如液面波動范圍大、測量值波動等。故障判斷方法中，一般是借助目鏡對其進行檢測。

3 安全儀表設計的基本要求

3.1 控制安全儀表的使用周期

SIS 系統生命周期包括 HAZOP 分析、方案設計、SIL 驗算 /驗證、運行管理等階段。相關設計人員需及時進行安全儀表的合理設計，對其進行周期設計，并制定相應維護措施，如制定定期測試維護制度，制定相應的SIS系統投用/摘除制度。相關機構要考慮審批要求，制定相應的權限規定，對應操作人員必須及時進行巡回、檢查處理。上述措施可明顯延長儀表使用壽命，從而提升整個系統的安全性、可靠性。

3.2 提升設計技術性、合理檢測

安全儀表使用期間，必須進行監測工作的技術管控處理，保證結合有效性、合理性要求。相關設計人員要掌握基礎的化工專業知識，了解儀表的功能、應用效果。在儀表設計工作后，及時進行檢測處理，預估儀表使用期間可能出現的問題，并做好規避方案。檢測完成后，要進行儀表安裝應用，設計人員要先進性儀表測試調節，以期提升儀表安全、儀表和裝置之間的契合效果。

4 化工工藝裝置中安全儀表系統的應用策略

4.1 不同種類安全儀表的應用

企業在進行化工工藝裝置的投產期間，必須滿足國家《電子/電氣安全相關系統的功能安全》準則。上述準則中包括SIS系統、DCS系統兩大類。

（1）SIS在化工工藝裝置中的應用。該系統也稱為安全儀表系統，對化工工藝裝置而言，其儀表系統包括多個SIS系統，其中SIL為安全完整等級、HAZOP為具體分析系統，上述兩方面都要與傳感器設備配合應用，方可實現化工工藝裝置的安全判斷。一方面，在SIS系統中，SIL等級越高，其故障率相對更低，在系統應用中，效果更加穩定。化工工藝裝置的安全儀表使用中，首先要考慮儀表自身安全效果，保證對裝置進行長期監督、長期維護處理。另一方面，HAZOP系統應用中，主要是針對傳感設備檢測到的數值進行分析和計算，可完成工藝裝置的預測。該系統的故障分析、預測分析中，主要是針對裝置的圖紙、操作規程等進行分析，及時為檢測人員提供相應的節點數據信息。

（2）DCS在化工工藝裝置中的應用。該系統必須滿足國家規范、行業規范、企業規范，特殊情況下，可根據用戶需求進行DCS系統的調試，整體應用相對簡便、更具靈活性。DCS系統主要是對化工工藝生產裝置進行控制，對應系統必須滿足工藝裝置的各類控制要求。具體應用期間，控制系統要實時進行化工工藝裝置運算流程的分析和計算，在裝置運算體系中進行數據分析與計算。其中，相關操作人員要在數據計算與處理期間，積極配合DCS系統的要求，保證合理完成各類元器件的調節、控制處理。借助快速的系統邏輯運算進行處理，給出正確的調節指令、控制指令，確保化工工藝裝置的正常生產、穩定運行，所有操作都在安全控制范圍內，確保DCS系統可正常進行數據收集、指令控制處理。

4.2 開展風險評估

安全儀表系統應用中，風險評估是關鍵環節，以HAZOP分析體系為例，可借助風險矩陣進行儀表數值的計算和分析，還要考慮具體參數的風險等級，及時進行裝置中故障風險等級進行評判，并給出響應策略，盡量保證裝置運行的安全性、合理性。在安全儀表的系統風險評估期間，其關鍵部分便是風險標準的選擇，數據不同，對應風險標準不同，相應設計人員要及時結合化工工藝設備要求、檢測數據等進行分析，明確風險標準，并及時在安全儀表中錄入相應的風險標準，保證整個系統可快速響應風險評估方法，及時進行風險預測。再者，新時期，各類新技術快速發展，風險評估的結果，不可僅考慮安全評估要求，還要從設備受損程度、維修要求、成本耗費要求出發進行分析，保證及時分析得出裝置維修、故障處理的具體要求。

4.3 進行可用性判斷

借助安全儀表系統，可快速進行工藝裝置安全性的檢測、監管，提高了裝置可用性判斷效率。一方面，借助安全儀表，可及時進行裝置數值變化情況的分析和提示。檢測人員、維修人員可結合數值信息進行判斷，確定是否對裝置的元器件進行更換或維修，從而提高裝置運行穩定效果。另一方面，借助安全儀表系統，還可提高裝置的可用性檢測，隨著儀表體系的深度開發、創新應用，儀表技術等級不斷提高，工程應用中可快速發現潛在故障問題，并可結合故障指示進行快速處理，保障企業的長期穩定發展。

4.4 運行安全性分析

借助安全儀表，可及時進行化工工藝裝置的安全性判斷。裝置運行期間，經常會因人為原因出現故障問題，如果操作人員是無意識行為，并未認識到操作的錯誤性、嚴重性，將無法避免該類問題的再次出現。借助安全儀表系統，可及時進行工藝裝置的安全檢測，保證故障時及時發出警示、觸發保護裝置，并快速切斷電源，可有效降低裝置故障對元器件的損害作用。實踐表明，安全儀表的合理應用，可確保化工生產、安全生產之間的協調性，從而促進化工裝置的長期穩定運行。

4.5 促進控制系統的集成化發展

化工工藝裝置中，安全儀表系統的應用隨著科學技術水平的提升而不斷提升。社會大眾對安全儀表系統的重視度逐漸提高，業內相關人士正嘗試著將安全儀表系統與具體的裝置控制系統相連接，推動了整個裝置的集成化發展。同時，在諸多控制系統的配合下，可充分發揮安全儀表系統的最大社會效益，大幅提升了化工工藝裝置的有效性，帶動企業生產實力的穩定提升。

5 化工安全儀表系統的發展趨勢

安全儀表的系統智能化。隨著科學技術水平的不斷提升，各種智能設備、新技術逐步應用于相關產業中，同時安全儀表的發展也朝著智能化方向發展。安全儀表的智能化發展，使得儀表行業表現出明顯的便捷性、實用性。工程實踐表明，安全儀表結合智能化技術，可明顯提高人身安全等級，降低了化工生產中的財力投入、勞動力投入，明顯提升了企業經濟效益。

安全儀表控制系統的集成化處理。對化工行業而言，其安全儀表系統的發展經歷了多個環節。隨著科學水平的提升，安全儀表系統取得了明顯進步，業內專家指出：新型安全儀表系統具有更加廣泛的適用性，應合理結合化工控制系統和安全儀表系統，保證化工儀表和公司網口、通信接口的統一下，進而可實現裝置體系的系統化控制。合理應用上述方法，還可有效降低安全儀表系統的使用頻率，降低儀表過度使用等導致的危害，但是這一方法一般在小規模企業中更為適合。

6 結束語

為了合理降低化工污染環節中人為因素、設備故障因素導致的事故問題，降低人員傷亡等會引發社會恐慌的現象，必須大力推廣安全儀表的使用，從而逐步改善國內化工生產中面臨的不良現狀。此外，相關技術人員還要加強安全儀表系統可利用價值的研發和深入挖掘，爭取將安全儀表逐步從化工行業普及到其他行業，為社會發展、國家發展提供更加穩定的保障措施。