石油化工安全儀表系統的設計與可靠性

初長東(山東實華安全技術有限公司，山東 東營 257000)

0 引言

自動化控制技術的有效推廣，改變了傳統石油化工的生產、設計模式，特別是自動化控制技術可宏觀分析出石油化工的生產情況，以便管理人員進行后續的管理及控制工作。在此過程中，技術人員應注意石油化工安全儀表的應用措施，總結提高裝備安全運行的方法措施，再給予必要的干預，能夠提高裝置運行的穩定性。為提高裝置設計的可行性，技術人員應明確與儀表安全性能相關的管理要素，再分析出儀表運行可靠性要求，可為鞏固裝置安全生產提供理論依據。

1 石油化工安全儀表系統的設計原則

1.1 確保儀表系統的運行穩定性

在石油化工產業的實際控制過程中，需要使用大量安全儀表，以分析裝置的運行功能及運行狀態，故儀表系統設計前應確保裝置的功能性，尤其是應當結合相關控制標準，科學的分析儀表系統是否處于穩定地運行狀態，以此評價出裝置是否處于安全、穩定地運行狀態下工作。為鞏固裝置的運行質量，需要技術人員結合自動化控制技術探討控制系統、應用裝置、編程模式中儀表功能狀態，可提高儀表裝置的基礎功能[1]。若元件設計、運行邏輯存在控制問題時，就會導致儀表運行故障，所以技術人員應及時評價出裝置的運行狀態及信號指標，分析出生產要求及裝置停止運行的功能要求，可預防儀表系統安全隱患的發生概率。

1.2 鞏固儀表系統的功能性

為提升儀表系統的運行的功能性指標，技術人員應當對不同元器件的安全警報指標、正常運行指標的參數值進行分析，確保儀表內的參數值始終在額定范圍內，有利于讓各類機械裝置趨于安全化運行。另外，儀表功能設定中，技術人員也應當在現場調研、勘察的基礎上分析儀表的運行狀態及運行功能要求，同時在保證儀表功能穩定性的基礎上設定控制思路，可讓儀表系統的運行狀態更適符合控制需求，可讓整體表盤系統在最佳狀態下運行。

1.3 強化對儀表的升級和維護

做好電子表盤的日常維護和系統升級工作，特別是應當結合日常維護技術對儀表的運行、安裝要求進行測試，再給予儀表必要的拓展和評價工作，能為儀表的后期維護提供方便。因此，技術人員應當設定定期監控、檢測的計劃，在相關控制目標、告警要求的限定中監控儀表的運行邏輯，有利于讓裝置始終在穩定的運行狀態中，也能及時監控出裝置的減削、老化及故障情況。待完成儀表內部系統的更新后，可確保石油化工安全儀器的基礎功能[2]。

1.4 避免儀表系統不被損壞

石油化工生產環境較為惡劣，大多原材料為易燃、易爆的氣體或液體，技術人員應避免儀表系統的功能性，尤其是做好空間內裝置的溫度、壓力的測試，再評價出各個工藝的生產狀態。因此，利用自動化監控技術評價石油化工儀表偏轉及度數，可監控出生產期間的風險狀態[3]。同時，技術人員還應監控出儀表的使用需求，對儀表運行模式進行策劃，監控出表盤的運行狀態，鞏固整體控制系統的功能性及安全性，能夠防治儀表不被損壞。

2 石油化工安全儀表系統設計的技術要點

2.1 傳感器冗余的設計要點

為提高關鍵運行裝置的可靠性需求，應當在關鍵部位配置冗余傳感器裝置，可提高各機組內傳感器的運行功能。從綜合的角度來講，冗余配置前應分析傳感器的失效情況是否達到安全儀表功能(SIL)的控制標準，若達到壓力控制標準時，可不用進行冗余配置。當機組內所使用的傳感器無法維系SIL的控制目標時，可配置1臺冗余機組進行協調。值得注意的是，冗余處理前應調研裝置的安全性功能，根據聯鎖動作狀態設定控制邏

輯，有利于鞏固冗余傳感器就運行狀態，故技術人員應當利用“三取二邏輯”邏輯模式提高整體設計的安全性。

2.2 設定安全性的控制儀表體系

SIL運行系統相對嚴謹，運行中需使用控制端、傳感器、處理器等裝置評定裝置的安全運行指標，所以技術人員應當分析整體裝置的控制邏輯，探討傳感器與執行性之間的交互作用，可搭建穩定性的運行、控制模型。其中，應當利用自動化技術評價各裝置的運行狀態，再結合自系統的失效指標評價出失效概率及控制單元等級，具體應從以下幾方面進行控制：第一，SIL3級(控制)的運行系統的失效可能性較小，大多≤0.099%；第二，SIL2級(傳感)的運行傳感系統的失效概率在0.099%～0.99%之間；第三，SIL1級(執行)的失效概率較大，大多失效發生率≥0.99%(≤9.99%)，原因是執行器控制邏輯較為復雜，故需要監控不同等級控制單元的運行情況，以便鞏固儀表系統功能的穩定性。可見，執行系統的整體安全儀表失效的概率較大，一旦過程中執行單元出現運行問題，其余運行單位均會受到一定影響。因此，技術人員不僅應當分析控制器的運行狀態，還能探討整體機械元件、儀表裝置的執行單位，可避免設計不合理的不利影響。其中，可結合安全儀表控制邏輯的要求進行監控[4]。

通過做好儀表控制、執行邏輯的分層需求，再使用自動化系統評價流量、報警、液壓、溫度等監控裝置的數值指標，待評定好各類控制元件的運行指標后，技術人員分析出控制系統的控制標準，再結合執行器功能、儀表的運行結需求進行調研，可避免運行系統功能指標方面的問題。通過運用“大數據”控制、存儲、抄送控制數據，在強化執行器控制等級的過程中降低整體運行模型失效的概率，再結合客觀、全面的角度提高控制精準度，盡量將執行單元的失效概率控制在SIL3等級，也能逐步鞏固裝置的安全等級指標。

2.3 融入配置的管理設計

對儀表運行可靠性功能設計過程中，應當將主體控制模型限定在同一指標內，即將數據傳感、終端執行、控制邏輯標準限定在SIL3等級標準內，故需確保各支路元器件的SIL指標也為SIL3等級，具體應結合以下要求進行：第一，傳感器功能優化中，可強化冗余控制模型，例如可使用“二取一”的控制邏輯評價整體裝置的控制等級。在此過程中，技術人員應分析系統的電磁感應指標，探討電磁閥和位移傳感器安全等級，再對執行裝置的安全等級進行評估，確保整體運行裝置的執行標準始終在安全控制標準內。第二，系統安全性設計中，還應當根據元器件的數量及傳感器數量做出一定調整，例如在“二取二”冗余控制執行設計中，應當確保所使用的兩組傳感器裝置的運行要求均能達到控制標準。通過監控出不同控制、傳感表盤的運行狀態，再給予協調與控制，可避免兩組傳感器同時失控的現象發生。值得注意的是，該方法的缺點是過程中可能會出現“二取失效”現象，故此時SIL的等級質量無法提高。第三，從執行器運行的可靠性的角度來講，不同性能的傳感裝置、冗余裝置的限定條件也會存在一定差異，所以應當注意確保所使用傳感器在“聯鎖切斷”的條件下運行。通過串聯子控制端程的形式，并將多組執行器的功能進行協調，可提高裝置內部的穩定性參數。但是，若裝置并未進行聯鎖控制性，僅將兩組傳感器串聯相連，可能會限制執行SIL的效率[5]。總之，技術人員應結合SIS控制系統及控制模塊的運行流程進行監控，分析輸出回路所得到的元件功能指標，再結合冗余配置需求確立出看輸入及輸出要求，能夠提高看控制單元的運行質量，具體可結合SIS控制體系的模型進行監控，需要總結出感測器、最終元件的系統運行方式。

2.4 落實設計及可靠性的管理措施

技術人員應對所使用的表盤裝置、控制系統模型展開監控，再結合石油化工安全儀表的功能特點展開統計測試，能消除操作過程中的風險問題。因此，技術人員應采用風險控制的思想就對儀表的設計需求進行監控，再利用信息化技術監控出SIF的估算模型，可消除冗余容錯現象的發生概率。另外，冗余執行分析中，技術人員應結合控制指標、運行圖紙進行施工作業，可避免聯鎖控制中回路運行不穩定、設計不科學、違規操作現象的不利影響，以期消除裝置運行安全性的問題。通過落實系統地設計模型，再對儀表控制原理進行監控分析，可鞏固整體控制裝置的運行效率。

3 石油化工安全儀表系統設計可靠性的優化措施

安全儀表使用設計過程中，技術人員應探討運行裝置及控制邏輯，結合項目的執行標準及影響需求確立響應目標。其中，為提升儀表控制系統的功能性，需要技術人員評估出定量的控制概率指標，再結合儀表運行的概況評估事故的影響。因此，技術人員應分析出可能會影響儀表系統穩定性的步驟指標，再利用可控的評估標準得到裝置的正常運行方法。另外，在長期控制影響下，技術人員應對儀表系統的運算邏輯進行測試，評估運算系統的可行性和穩定性，再分析控制單元和執行單元的數據調控狀態。通過匹配裝置的運行風險及匹配方式，再結合關聯性邏輯計算方式分析裝置運行及控制方面的匹配需求，有利于提高整體控制單位的運行質量。所以，技術人員應當及時監控、分析裝置的SIL進安全等級指標，再對現有表盤運行方式、運行邏輯進行實踐監控，確保整體控制儀表可在持續運行、持續保護的作用下進行協調工作。

4 結語

綜上所述，石油化工安全儀表系統設計優化中，技術人員應結合信息化技術監控裝置的運行邏輯、執行及傳感需求，在宏觀設計監控中分析數項目實施要點，再使用關聯性的控制指標進行評估，以期消除安全儀表系統使用方面的問題，提高石油化工安全儀表的可靠性。