化工安全儀表系統工程設計和應用

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摘要：我國石油化工企業和自動化生產設備經歷了不斷地更新和發展，企業規模進一步擴大，解決石油化工安全問題是當務之急。化工企業一般具有較大的安全隱患，因此不得不對石油化工安全問題做出全方位的考慮。化工安全儀表盤系統軟件是保證化工企業安全性的系統工程，按照化工安全儀表系統的設計及要求，分析了儀表性能的可靠性；根據傳感器、邏輯器和生命周期提出了合理設計；最后，提出化工安全儀表系統供電方案和實際應用的評價和分析。

關鍵詞：石油化工企業；自動化生產；安全儀表系統；設計；可靠性

1化工安全儀表系統的作用

安全性儀表系統，SafetyinstrumentedSystem，通稱SIS，又稱作安全性互鎖系統（SafetyinterlockingSystem）。關鍵為工廠操縱系統中警報和互鎖一部分，對操縱系統中檢查的結果執行警報姿勢或調整或關機操縱，是工廠公司自動控制系統中的關鍵構成部分。它的關鍵構成部分包含傳感器、程序控制器及其模塊等部件，這些組件經過相互協作，共同實現安全保障功能，其主要作用包括以下幾個方面：1）提高化工生產的效率，在保證高效率的同時降低成本。2）自動化控制減少人力成本，降低工作難度，改善工作環境。3）安全聯鎖報警，保證生產的正常運轉、事故安全聯鎖，提升化工生產過程的安全性，降低事故發生的概率，延長設備的使用壽命，保障工作人員的安全。4）聯鎖動作和投運顯示，符合信息時代發展的需求，實現自動化生產。

2化工安全儀表系統設計基本原則

2.1穩定性

為了使儀表系統安全、穩定地運行，首先應該遵循系統設計的穩定性原則，在設計系統時合乎邏輯。日常需對儀表裝置的元器件進行安全檢測和定期維護，保障整個儀器各項指標達到相應的要求。同時，定期對工作人員的技術知識進行培訓，達到降低儀表系統安全隱患發生率的目的，切實維護相對應工作人員的人身安全，進而促使各類原油生產制造主題活動可以高效進行。

2.2科學性

儀表系統的設計應遵循科學性原則，有了科學理論的支撐可以提升系統的整體運行效率，從元器件的選擇到各個系統中組件的銜接都不可違背科學的設計原則，以提高全部安全性儀表機器設備的市場份額和公司的核心競爭力。

2.3安全性

滿足系統的安全性是貫徹我國以人為本的基本理念，在設計石油化工安全儀表系統時，始終應考慮到系統的安全性能，在實際運行中保證工作人員的人身安全，使得該系統的整體設計更為人性化。

3化工安全儀表系統的保障要求

3.1儀表系統可靠穩定性的保障措施

對系統所使用的表盤、控制器等元器件進行實時監控，依托于石油化工安全儀表的功能展開統計測試，可以快速定位到系統故障風險，并采用合理的解決方法。通常，可使用風險控制思路對系統的功能點進行實時監控，根據信息化技術監控出SIF的估算模型，從而降低風險的發生概率，提升容錯率。通過估算模型進行分析和測試可以發現化工安全儀表系統設計中存在的不安全、穩定問題，然后不斷改進優化方案，最終落實到系統的設計模型中，提升整體控制裝置運行的穩定性和安全性。

3.2保證儀表性能穩定可靠

在開發設計安全儀表系統的過程中，技術人員使用合理的功能裝置和控制邏輯完成功能設計，結合項目的實際執行標準，遵循系統設計的基本原則。為了更好地驗證系統的功能性和穩定性，必須估算實體模型檢測系統的穩定性。根據測試得出儀表的控制指標，分析可能影響儀表系統穩定性的因素，嚴格根據控制指標進行可控評估測試，驗證安全儀表系統的功能穩定性。在測試過程中，通過分析控制單元和執行單元的數據，調試系統的設計和邏輯，以匹配系統的需求和進行功能的穩定性驗證。

3.3要求儀表日常維護和升級擴展

為了滿足儀表使用的安全穩定性能，通常要對儀表進行日常的維護工作，在長時間的使用后還要對系統部件進行定期的維護和升級。首先在儀表選擇方面，應盡量滿足安裝、拆卸簡單，使用方便，維護成本低的要求。同時，應對儀表等元器件進行實時監控，如果出現異常警報提示，應及時進行處理。在設計系統時，應留有升級改造空間，在系統設備中保留放置儀表的空間，便于日后系統的升級改造。

3.4保證儀表系統不受損壞

系統部件具有一定的使用壽命，長期使用會造成磨損，加上石油化工行業的特殊性，讓儀表系統一直處在高壓、高溫的密閉環境，且存在易燃易爆風險，所以對于儀表系統的硬件性能有著十分苛刻的要求。在儀表系統的選材時，應注意其性能滿足儀表系統安全性需求，從而保證系統的安全穩定運行。

4化工安全儀表系統的設計

4.1傳感器的設計

安全儀表根據風險程度可以劃分為四個等級，可以根據等級劃分確定系統的安全狀態。為了更好地提高傳感器的品質，傳感器設計方案一般選用獨立設計原理、冗余設定標準。獨立設計原理就是指安全性儀表系統應獨立于基本上操縱過程控制系統，獨立進行安全性維護作用；冗余設定標準就是指為提升安全性儀表系統的SIL級別，對系統每個模塊完成冗余。

4.2邏輯運算器的設計

在SIS可編程邏輯控制板中，系統軟件程序編寫組態軟件遵循的最重要標準，是達到安全性完整性規定。程序控制器的總體功能主要表現，在較大水平上受限于手機軟件的品質。一般來說，系統的安全性完整性包含硬件配置的安全性完整性和系統的安全完整性，在其中手機軟件不正確或缺點是危害系統安全性完整性的主要要素之一。系統軟件設計方案和組態軟件應遵循模塊化設計、低多元性的具體指導標準。依照加工工藝流程特性和安全防護邏輯性，區劃為相對性獨立、簡易的模塊或層級，這將給軟件性能測試和合并產生巨大的便捷，有益于提高手機軟件的完整性。邏輯性運算器的設計方案一樣選用獨立標準，安全儀表系統一般與過程控制系統分離，其中三級安全儀表控制系統必須和過程控制系統分開，一級安全儀表系統可采用簡單的邏輯運算器，二、三級配備冗余配置。

4.3生命周期要點設計

系統生命周期的設計講究靈活多變，符合實際需求。在化工安全儀表系統的設計中，生命周期會隨著一些設置的變化而變化，所以在進行生命周期的設計時，要注意設計的靈活性，一般進行可調節設計，并針對不同循環周期進行自適應變化。化工安全儀表系統的設計最重要的是安全穩定性，所以針對風險和危害問題，在生命周期中需要對系統設計的安全性和可靠性進行平衡。在安全穩定的前提下，再從合理性、性價比等其他角度考慮，進行細節上的設計。圖1為儀表安全系統生命周期模型。化工安全儀表系統需要在設計時考慮多方面的影響因素，在安全儀表運行時進行測試和評估風險，以保障化工安全生產高效、穩定性。在設計時針對有效控制風險時，應合理構建系統的動態補償機制，不斷地對安全系統進行功能上的補充和完善。

4.4化工安全儀表系統供電方案

化工安全儀表系統在供電時通常采用220VAC的交流電源或24VDC的直流電源進行供電。供電方式對于化工安全儀表系統的安全運行有著很大的影響，如果沒有采用正確的供電方式，很容易發生一些安全事故。本文總結了3種供電方式便于化工安全儀表系統作為參考。（1）雙UPS組成的雙回路并聯供電系統為保障安全儀表系統的穩定長周期運行，化工生產企業都會采取雙UPS組成的雙回路并聯供電系統來給安全儀表系統供電，其基本結構如圖2所示。雙UPS組成的雙回路并聯供電系統可以保證安全儀表系統正常運行，對實現監測和控制功能起到重要作用。（2）冗余配置在直流供電中起到提高安全性和降低成本的作用，在直流24VDC的供電系統中并聯且相互隔離，通過二極管實現解耦，以提高處理故障的效率，圖3為24VDC冗余并聯供電方案。（3）化工安全儀表系統中有部分現場監控儀表需要220VAC供電，可采用一路UPS電和一路市電冗余切換的安全儀表的供電方案，利用STS靜態開關對兩路電源進行切換，以提升整個系統的靈活性和可靠性，滿足化工安全儀表系統的基本需求。

5實際應用與評價

5.1安全識別系統的應用

化工安全儀表系統關鍵運用于化工廠的生產過程中，是保障生產系統安全運行的化工裝置。在化工生產過程中，人工操作容易出現失誤從而導致系統出現異常，給整個系統運作帶來安全隱患，對企業和國家造成重大的經濟損失。通過化工安全儀表系統中的安全識別功能，可以針對裝置的運行情況進行檢測，根據預估模型對檢測數據做出評估，一旦數據超出評估范圍標準，為了避免出現重大事故，對工作人員的安全產生威脅，該系統會立刻進行故障診斷，切斷危險源，或發出警報提示工作人員進行處理。另外，安全識別系統不僅可以診斷和排查故障，在系統正常運行時也能夠對運行狀態進行分析和判斷，對可能發生故障的地方進行重點排查，提前預報危險。

5.2安全儀表系統冗余配置

安全儀表系統的冗余配置是在系統任意一點發生異常時，可以切斷異常點和系統之間的聯系，但又不危害系統的總體作用。冗余配備是反復配備系統的部位構件，當系統產生問題時，冗余配備的構件干預并擔負常見故障構件的工作中，從而降低系統的常見故障時間。安全性儀表系統中的冗余配備可以在系統某一節點發生故障時，切換到備用的模塊。化工企業如果在生產中停止運轉會造成重大損失，所以冗余配置在系統異常時會起到關鍵作用。例如化工合成裝置在運行時不可以隨意停止運行，此時冗余配置可以保障系統在穩定運行的同時，不會發生重大事故。總之，冗余配置極大提升了系統的安全穩定性，為化工企業生產帶來了巨大的便利。

6結論

石油化工行業是支撐國民經濟的重要產業，在未來有著新的機遇和發展前景。安全儀表系統是保證化工生產穩定、高效的重要一環，在設計過程中應遵循以人為本的理念，滿足穩定性、科學性、安全性等設計原則。同時，化工企業應注重加強員工的知識技能和素質培養，以推動我國石油化工行業的穩健發展。

參考文獻

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[3]李靜.石油化工裝置安全儀表系統的設計分析[J].中國高新科技，2017（8）：34-36.

作者:田文娜 單位:兗礦魯南化工有限公司