影響安全儀表系統聯鎖投用的原因探討

金斌,侯振林

(1. 中國石油遼陽石化公司 產業結構調整項目部，遼寧 遼陽 111003；

2. 中國石化集團 資產經營管理有限公司 荊門分公司，湖北 荊門 448039)

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影響安全儀表系統聯鎖投用的原因探討

金斌1,侯振林2

(1. 中國石油遼陽石化公司 產業結構調整項目部，遼寧 遼陽 111003；

2. 中國石化集團 資產經營管理有限公司 荊門分公司，湖北 荊門 448039)

摘要：安全儀表系統在石油化工裝置的安全運行中起到重要作用，其聯鎖正常投用關系到生產裝置能否處于安全受控狀態。論述了安全儀表系統聯鎖的分類，探討了影響安全儀表系統聯鎖投用的原因，基于安全生命周期和安全完整性等級要求從基礎設計、現場施工、日常維護三個方面提出了提高安全儀表系統聯鎖投用的有效措施和方法。

關鍵詞：安全聯鎖系統可靠性可用性安全生命周期

隨著現代化石油化工裝置復雜性和危險程度的逐步增加，對安全和控制的要求越來越高，安全儀表系統(SIS)在確保石油化工裝置的安全運行中起到重要作用。SIS獨立于過程控制系統，生產正常時處于休眠或靜止狀態，一旦生產裝置或設施出現可能導致安全事故的危險情況，能夠瞬間準確動作，使生產過程停止運行或自動導入預定的安全狀態，如果SIS失效，往往會導致嚴重的安全事故，因而確保SIS的聯鎖正常投用事關生產裝置能否處于安全受控狀態，提高SIS的聯鎖投用率對安全生產來說很關鍵，筆者從設計、應用和維護的角度來探討影響聯鎖投用率的原因及解決方法。

1影響聯鎖投用的相關安全儀表系統要求

1.1安全生命周期

安全生命周期工作包括工程方案設計，安全危險分析與風險評估， 保護層的安全功能分配，安全完整性等級(SIL)評估及審查，SIS技術要求，SIS基礎工程設計和詳細工程設計，SIS集成、調試及驗收測試，SIS操作維護與變更，SIS功能測試，SIS停用[1]。因此，SIS的有效性不是一勞永逸的，具有安全生命周期。SIS的聯鎖是否能夠很好地投用，與安全生命周期每個階段的工作息息相關。

1.2安全完整性等級

SIL包括硬件和系統的等級要求，可分為SIL1，SIL2，SIL3，SIL4四個等級[2]。在低要求操作模式時，SIL采用平均失效概率(PFDavg)來衡量；在高要求操作模式時，SIL應采用每小時危險失效頻率(PFH)衡量[1]。SIL評估方法應根據工藝過程復雜程度、國家現行標準、風險特性和降低風險的方法、人員經驗等確定。合理的SIS配置，可在保障裝置生產安全的基礎上，既降低投資成本，同時降低后續的維護成本。若SIS配置不恰當，可能對生產帶來危害。SIL等級配置不足，SIS對生產裝置不能提供足夠的安全保護能力，將給裝置生產留下安全隱患；相反，若是保護過度，不但提高了SIS后續的維護成本，并可能因維護不足等導致頻繁的誤動作而引起裝置非計劃停車，造成較大的經濟損失。因此，SIL設置的合理與否，將對聯鎖能否正常合理投用帶來很大的影響。

2安全儀表系統聯鎖的分類

聯鎖保護系統是為確保生產裝置安全運行、減少事故、避免發生人身傷亡事故和設備損壞事故而設置的系統，主要分為三類： 工藝聯鎖、設備聯鎖和安全類聯鎖。

1) 工藝類聯鎖系統。為防止工藝運行參數超過規定的安全界限而設置的聯鎖，如： 物料的流量、壓力或溫度，容器液位、溫度或壓力，塔的液位、溫度或壓力，加熱爐和鍋爐溫度或壓力等聯鎖保護系統。

2) 設備類聯鎖系統。為防止轉動設備如壓縮機、高速泵等運行參數超過規定的安全界限而設置的聯鎖，如： 轉速、振動、位移、軸承或軸瓦溫度及潤滑油、干氣密封壓力、流量、密封油的油氣壓差等的聯鎖保護系統。

3) 安全環保類聯鎖系統。為防止安全運行參數超過規定的安全或環保界限而設置的聯鎖，如： 封閉式壓縮機廠房內可燃氣報警器高報啟動排風扇，消防泵的自啟動等。

3安全儀表系統聯鎖投用影響原因分析

3.1安全聯鎖可靠性和可用性問題

在安全聯鎖可靠性和可用性的選擇上可能會存在兩個極端，單純強調可靠性或可用性，沒有根據SIL的要求，對可用性和可靠性做出科學合理的選擇[3]。如石油化工過程的聯鎖動作元件電磁閥是以斷電為故障安全方式，在工藝過程正常運行時，電磁閥應勵磁工作。當系統要求高安全性時，調節閥或切斷閥配置冗余電磁閥時可選用圖1 a)所示配置方式，任意電磁閥的失電會使切斷閥處于安全關閉狀態。當系統要求高可用性時，調節閥或切斷閥配置冗余電磁閥時可選用圖1 b)所示配置方式，只有2個電磁閥同時失電才會使切斷閥處于安全關閉狀態。在實際應用過程中，往往在可靠性(安全性)和可用性的選擇上不夠科學合理，通常一提到聯鎖就強調高可靠性，造成聯鎖不必要的動作，影響了聯鎖的投用率。

圖1　切斷閥帶冗余電磁閥配置示意

3.2現場檢測儀表應用問題

現場檢測儀表應用出現的問題可分為工藝類和設備類：

1) 工藝類出現的問題往往是工況、工藝介質發生較大變化和儀表選型、安裝不合理等原因導致的聯鎖無法正常投用的問題。如工藝進料流量測量采用孔板為一次元件的差壓式測量方式，由于工藝運行不正常，致使物料中含水量加大，導致介質密度發生變化，使測量不準，特別是冬季還會發生儀表取壓管線凍堵，這些都導致了儀表聯鎖無法正常投用；這類問題需要在設計、選型、安裝和維護時及早發現并解決。

2) 設備類的聯鎖問題更多出現在機組振動、位移、軸承或軸瓦溫度測量上，通常為安裝問題。這些檢測儀表大多埋在軸瓦里面，如果因為振動、摩擦等原因造成傳感器引線發生磨損破皮，絕緣性遭到破壞，導致檢測信號發生故障，這類聯鎖只能臨時解除，待機組檢修時處理，這需要在安裝時規范安裝加以解決。

3.3干擾問題

干擾帶來的影響聯鎖正常投用的問題較難解決，故障的查找也較困難。干擾可分為對現場輸入、輸出信號的干擾和對SIS的干擾。前者的解決方案是采用隔離柵解決，對于開關量信號，解決干擾問題的方法采用繼電器隔離方式。以DI信號的干擾為例，根據現場的維護經驗，曾發現現場的干擾竄進DI信號回路，使卡件有時無法判斷輸入為0還是為1，產生聯鎖誤動作；究其原因是當進入卡件的電壓在大于VA時，卡件判斷輸入為閉合為1，當進入卡件的電壓在小于VB時，卡件判斷輸入為斷開為0，當進入卡件的電壓在VA~VB時，卡件將無法判斷信號是1還是0，這時系統發生錯誤報警，當采用繼電器隔離后，徹底隔離干擾因素，使問題得到解決。對于SIS的干擾更多是系統接地不規范帶來的問題，通常為安全地、信號地接線混亂以及接地沒有達到規范要求，工作地和保護地的接地線必須匯總到各自的接地總板，然后再由各自的接地總板匯總到總接地板，同時一定注意接地線間保持絕緣[4]。

3.4管理問題

在日常生產中，操作人員常把操作站的軟旁路開關和輔助操作臺上的硬旁路開關打到旁路位置，還存在工藝和設備聯鎖切除后條件正常時未及時將狀態恢復的情況，人為造成聯鎖投用率低。這需要在日常的工作中嚴格執行聯鎖管理制度，杜絕該類問題的發生。

4結束語

通過對影響SIS聯鎖投用率原因的探討，總結如下：

1) 在SIS設計時要充分考慮其安全生命周期各個階段的任務和要達到的目標，要特別關注工程方案設計、SIL評估及審查、SIS技術要求，在工程的基礎設計和詳細設計階段要根據工況的要求充分考慮儀表的選型和對系統的要求。

2) 在現場施工階段需按照規范和設計圖紙的要求進行規范施工，對儀表接地施工要特別注意。

3) 在日常維護中要加強SIS的管理，嚴格執行工作票制度，確保SIS受控。

參考文獻：

[1]黃步余，葉向東，范宗海，等.GB/T 50770—2013 石油化工安全儀表系統設計規范[S].北京： 中國計劃出版社，2013.

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[3]邵建設.安全聯鎖系統的可靠性與可用性分析[J].化工自動化及儀表，2003，30(02)： 34-37.

[4]葉向東，惲春. SH/T 3081—2003 石油化工儀表接地設計規范[S]．北京： 中國石化出版社，2000.

[5]陸德民，張振基，黃步余.石油化工設計手冊[M]．3版.北京： 化學工業出版社，2000： 819-826.

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[7]沈學強，白焰.安全儀表系統的功能安全評估方法性能分析[J].化工自動化及儀表，2012，39(06)： 703-706.

[8]馬科斌.安全儀表系統在汽油加氫裝置的應用與安全性分析[J].化工自動化及儀表，2013，40(01)： 94-95，101.

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)06-0079-02

作者簡介：金斌(1968—)，男，畢業于遼寧石油化工大學計算機科學與技術專業，獲學士學位，現就職于中國石油遼陽石化公司產業結構調整項目部，主要研究方向為SIS的工廠應用和大型機組的解耦控制，任高級工程師，公司儀表專項技術專家。

稿件收到日期：2015-10-10。