石油化工安全仪表系统设计

【摘 要】随着经济的不断发展，石油化工企业的规模和生产设备的自动化都在不断扩大和更新。与此同时，石油化工的安全问题就暴露出来了，由于化工企业危害性比较大，这就需要引起人们的高度重视。与此同时，随着科学技术的进步，应用自动化仪表和控制设备技术来控制安全的手段也日益丰富。本文介绍了石油化工安全仪表系统设计的基本原则，探讨了安全仪表系统的设计与实施，展望了安全仪表系统的未来发展趋势。

【关键词】石油化工；安全仪表；系统；设计

随着我国社会和经济的快速发展，科学技术也在不断进步，在安全仪表系统设计中，引入了安全等级的概念，就是要求设计人员在对一个具体生产装置设计时，首先应该对其安全等级要求进行评估，确定其安全等级范围，以避免设计的盲目性，造成不必要的浪费，这样一来不仅有利于石油化工装置安全仪表系统设计的进步，还为我国经济的整体发展奠定良好的基础。

1安全仪表系统的综述

所谓的安全仪表系统就是保证仪表安全运行的系统，主要是由逻辑运算器、传感器、执行软件以及配套的软件系统。一旦生产过程中出现报警，仪表的安全系统就会自动响应，自动执行安全保护程序，使得生产人员和装备处于安全的状态。在系统正常检测的时候，不同的参数表示不同安全程度，此时就要用安全度等级来表示，简称SIL。SIL实际上就是根据定额时间内和相同的条件下，安全仪表系统正常运行功能的概率情况，是国际上普遍采用的表征仪表系统可靠度的参数。根据国际电工委员会（IEC）的要求，将安全程度的等级分为4类，分别为SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。

石油化工仪表的安全系统就是生产工艺的保护层，其处在第一层，能够有效地监测和预防危险事件的发生，因此合理的设计仪表系统就显得格外重要。

2安全仪表系统设计应遵循的基本原则

2.1确保仪表系统可靠准确

由于石油化工装置安全仪表的独特作用，设计的仪表系统，必须确保系统能够长期安全、可靠、稳定运行，这是设计石油化工装置安全仪表系统应当遵循的一条重要原则。这就要求在进行设计时，要在系统设计、元器件选择、软件编程上要统筹全面考虑，以确保仪表系统绝对安全可靠。比如：必须确保仪表在正常条件下可以安全运行，同时，在误操作、出现供电故障等非常情况下，系统也能够安全运行。

2.2确保仪表功能健全稳定

充分发挥石油化工装置安全仪表的功能，最大限度地满足化工行业对仪表监测数据、安全预警等方面的需求，确保石油化工装置安全仪表功能健全、系统稳定，这也是石油化工装置安全仪表系统设计的重要原则之一。在进行石油化工装置安全仪表设计时，相关设计人员必须要深入研究系统的基本情况，对生产现场进行现场查看，准确把握仪表工作现场的基本情况，以确保所设计仪表功能完备，具有良好的适应性。

2.3安全故障型原则

SIS应该是安全故障型的。SIS的检测元件以及最终执行元件在系统正常时应该是励磁的，在系统不正常时应该是非励磁的，即非励磁停车设计。一个理想的SIS应该具有100%可用性。但由于系统内部的故障概率不能等于零，因此不可能可用性为100%。SIS的设计目标应该为：当出现故障时，系统能自动转入安全状态，即故障安全系统，从而可以避免由于SIS自身故障或因停电、停气而使生产装置处于危险状态。

2.4确保仪表易于维护与扩展

石油化工行业对安全性具有特殊的要求，这就要求必须要加强对仪表的维护与保养，所选用的仪表要易于安装、便于使用，安全运行周期长、维护简便。在满足仪表监测、预警要求的前提下，要尽可能减少系统仪表安装数量，而且要降低系统安装建设成本，提高系统的经济效益。

2.5确保仪表系统绝对安全

石油化工工业是基于流程的特殊行业，所选用的生产材料一般均为危险化学品，产品也多为易燃易爆品，生产环境较为恶劣，大多为高温高压环境，极易引发各类安全事故。随着石油化工装置的自动化、现代水平越来越高，对产品的精细化作业越来越广泛，生产作业条件越来越安全临界点，从而可能引发危险的可能性也在不断增加，这种严峻形势下，对石油化工仪表系统提出了更高的安全要求。在进行仪表系统设计时，必须确保仪表系统绝对安全，进而确保整个系统的绝对安全。

3安全仪表系统的设计

安全仪表系统是由不同的硬件组装起来的，其能够快速地实现安全仪表所要执行的功能要求。根据功能要求的不同，我们将其分为传感器类的检测元件、逻辑运算器类的处理元件以及执行的元件。

3.1传感器的设计

传感器的精确程度直接影响着系统的安全和灵敏度，因此对其进行设计有着非常重要的意义。为了不受到其他元件的干扰，采用独立设计原则和冗余设置原则，也就是第1级安全仪表传感器采用单一的，并且与DCS公用；第2级的安全仪表传感器采用冗余的，并且与DCS是分开的；第3级的安全仪表传感器采用冗余的，并且与DCS是分开的。对于逻辑结构的选择，我们可以设置为应用性能时，采用或结构；当为安全性能时，采用与结构；当两者的性能都需要保证的时候，就需要采取三取二的格式。

3.2逻辑运算器的设计

常用的逻辑运算器主要是由3种类型组成的，分别是可编程的电子系统、继电器系统以及二者的混合系统。当所选运算器为继电器系统时，整个系统的逻辑计算比较简单；当所选运算器为可编程的电子系统时，其可以很好地实现复杂功能的设计，并且与其他通信系统进行匹配。因此，很多的石油化工企业都配备了SIL3级的冗余或容错可编程控制器。此逻辑运算器常用的结构为二取一的自带诊断性能、三取二结构以及双重化的二取一等。根据上面的设计要求，逻辑运算器的容错性能可以很好的识别和排除故障，保证系统按照正确的程序执行。

4安全仪表系统供电方案的探讨

在石油化工的供电系统中，经常采用的是交流220V、交流110V、直流24V电源供电。如果不能正确地采用供电方式，就会导致一定的安全事故，影响系统运行。根据设计的要求研究了以下3种方式的供电情况。

4.1DCS系统与PLC系统组成的双回路供电系统

分散的回路供电系统，能够保证整个监测系统的正常运行。除此之外，对关键部位的供电都要采取冗余和容错原则，分别独立的供电来源，不会发生一个出现故障而另外一个就不能工作的情况，使得系统的整体稳定性得到很大的提高。

4.2直流供电的冗余配置

为了保证供电的经济性和安全性，对其设备供应的24V直流电采用不同电源来获得，两者之间是并联形式和相互隔离的，并且加上解耦二极管。两路的电源分别来自不间断的稳压电源和市电。

4.3单相交流220V安全仪表供电方案

在石油化工企業中，所运用的监控仪表大多为分析仪表、位移仪等。对供电要求相对较低，从经济性来考虑的话，可以用市电的单相供电，降低了线路的复杂程度。在供电的时候，采取STS静态开关，其能很好地切换电源，提升了供电的可靠性。

5结语

自改革开放以来，我国社会和经济的发展越来越快，生产事故的频发使得安全生产受到越来越多的关注，为确保工厂生产过程的安全，安全仪表系统已越来越多地得到重视并应用。安全仪表系统（SIS）是一种安全系统，其应用于工业生产过程中，对设备可能发生的危险或不采取措施将继续恶化，按照规定及时响应和保护使生产装置按程序退出，使风险降低到最低限度，以确保人员安全，防护设备或避免对周围环境的污染。基于此，本文主要阐述了安全仪表系统设计应遵循的基本原则、石油化工装置安全仪表系统的设计策略

参考文献：

[1]方江天.化工企业安全仪表系统设计及应用研究[J].化工管理，2016（9）：196.

[2]张圣明.石油化工电气仪表安全供电系统探讨[J].化工管理，2016（15）：174.

[3]孙秋平.石油化工重大危险源SIS系统安全功能设计研究[D].南昌航空大学，2016.

（作者单位：欧萨斯能源环境设备（南京）有限公司）

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