化工企業(yè)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

田帥（吉林省松原石油化工股份有限公司， 吉林 松原 138000）

化工企業(yè)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

田帥（吉林省松原石油化工股份有限公司， 吉林 松原 138000）

伴隨著自動(dòng)化技術(shù)的日漸發(fā)展，化工企業(yè)也開(kāi)始進(jìn)入自動(dòng)化的設(shè)備，以提升生產(chǎn)效率，確保安全生產(chǎn)。安全儀表系統(tǒng)就是自動(dòng)化技術(shù)的最好體現(xiàn)，其主要安裝在化工生產(chǎn)裝置中，通過(guò)監(jiān)控和自動(dòng)化的調(diào)節(jié)功能，降低安全生產(chǎn)隱患。文章重點(diǎn)就化工企業(yè)安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用展開(kāi)探究。

化工企業(yè)；安全儀表系統(tǒng)；設(shè)計(jì)原則；應(yīng)用

1 安全儀表系統(tǒng)的概念及等級(jí)劃分

安全儀表系統(tǒng)的主要組成部分有邏輯控制器、傳感器以及執(zhí)行器等，主要用于確保日常生產(chǎn)的安全性。一旦出現(xiàn)異常狀況，儀表系統(tǒng)就能夠立即發(fā)出警告，并自動(dòng)調(diào)整，直到回歸到正常狀態(tài)，避免安全問(wèn)題擴(kuò)大化。對(duì)于安全儀表系統(tǒng)的安全性能，通常可以采取安全完整性等級(jí)（SIL）來(lái)予以衡量。一般來(lái)說(shuō)，安全儀表系統(tǒng)的等級(jí)主要包括了SIL 1、SIL 2、SIL 3、SIL 4等四個(gè)等級(jí)，其中等級(jí)最高的當(dāng)屬SIL 4，也就是該等級(jí)的安全儀表系統(tǒng)的功能最為強(qiáng)大，靈敏度最高，能夠檢測(cè)出其他三種等級(jí)無(wú)法檢測(cè)出的危險(xiǎn)狀況。對(duì)于化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，通常其裝置的安全完整性等級(jí)最高情況下屬于SIL 3級(jí)。

2 安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則

（1） 測(cè)量?jī)x表應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則 在安全儀表系統(tǒng)中，測(cè)量?jī)x表是十分重要的一項(xiàng)內(nèi)容。通常在安全儀表系統(tǒng)中，不采用開(kāi)關(guān)儀表，而是多采用模擬量測(cè)量?jī)x表，諸如流量和壓力等的測(cè)量。針對(duì)測(cè)量?jī)x表的設(shè)計(jì)，可以依據(jù)不同的設(shè)計(jì)原則來(lái)展開(kāi)設(shè)計(jì)活動(dòng)。第一，依據(jù)獨(dú)立設(shè)置原則。針對(duì)SIL 3級(jí)的安全儀表，應(yīng)確保其和基本的控制系統(tǒng)完全分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表的完全獨(dú)立控制。針對(duì)SIL 2級(jí)的安全儀表，通常也是建議測(cè)量?jī)x表和基本的控制系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)計(jì)，不過(guò)這并非是絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)SIL 1級(jí)的安全儀表，則在設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以讓測(cè)量?jī)x表和基本控制系統(tǒng)共用。第二，依據(jù)測(cè)量?jī)x表的冗余設(shè)計(jì)原則。SIL 3級(jí)以及SIL 2級(jí)的安全儀表主要利用冗余測(cè)量?jī)x表來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而對(duì)于SIL 1級(jí)的安全儀表則可以采用單一測(cè)量的儀表來(lái)設(shè)計(jì)。

（2） 最終元件應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則 電機(jī)、控制閥以及電磁閥是安全儀表系統(tǒng)中的最終元件，其設(shè)計(jì)原則也主要分為冗余設(shè)計(jì)原則和獨(dú)立設(shè)計(jì)原則兩種。第一，冗余設(shè)計(jì)原則。SIL 3級(jí)的安全儀表應(yīng)該采用冗余控制閥，SIL 2級(jí)的安全儀表最好也采用冗余控制閥，效果相對(duì)較好，SIL 1級(jí)的安全儀表則采用單一控制閥即可。第二，獨(dú)立設(shè)置原則。SIL 3級(jí)的安全儀表需要確保控制閥和基本控制系統(tǒng)完全分開(kāi)，而SIL 2級(jí)的安全儀表，則最好是采用測(cè)量?jī)x表和基本控制系統(tǒng)分開(kāi)的設(shè)計(jì)方式，往往能取得較好的控制效果。針對(duì)SIL 1級(jí)的安全儀表，可以設(shè)計(jì)為測(cè)量?jī)x表和基本控制系統(tǒng)共用的形式，不過(guò)需要確保安全儀表系統(tǒng)能夠得到優(yōu)先運(yùn)行。

（3）邏輯控制器應(yīng)遵循的基本原則 邏輯控制器作為安全儀表系統(tǒng)中起到邏輯功能的零件，通常可以利用可編程的電子系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。其主要設(shè)計(jì)原則也是獨(dú)立設(shè)計(jì)原則和冗余設(shè)計(jì)原則兩種。第一，依據(jù)邏輯控制器的獨(dú)立設(shè)計(jì)原則。SIL 3級(jí)以及SIL 2級(jí)的安全儀表，應(yīng)將邏輯控制器和基本的控制系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)計(jì)，而對(duì)于SIL 1級(jí)的安全儀表，最好能夠分開(kāi)設(shè)計(jì)邏輯控制器和基本控制系統(tǒng)。第二，依據(jù)邏輯控制器的冗余設(shè)計(jì)原則。SIL 3級(jí)安全儀表必須采用冗余邏輯控制器，SIL 2級(jí)安全儀表最好采用冗余邏輯控制器，SIL 1級(jí)則可以采取冗余邏輯控制器。

3 安全儀表系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例

某化工企業(yè)主要進(jìn)行氨項(xiàng)目的合成生產(chǎn)，其主要工藝流程為：天然氣壓縮以及脫硫處理→一段轉(zhuǎn)化→二段轉(zhuǎn)化→CO高低溫的變換→MEDA脫碳→甲烷化→氨合成→氨冷凍。

在該化工企業(yè)中，為確保安全生產(chǎn)，降低安全事故，企業(yè)重點(diǎn)打造了較高水平的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。并設(shè)置了集中顯示以及控制回路，同時(shí)依據(jù)工藝的需求，設(shè)置了相應(yīng)的聯(lián)鎖回路，提升了測(cè)量的精度、穩(wěn)定性和可靠性。該化工裝置主要采用了和利用K系列的硬件以及MACS軟件構(gòu)成的DCS過(guò)程控制系統(tǒng)，并運(yùn)用TRICON三重冗余容錯(cuò)技術(shù)的邏輯控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了安全儀表的相關(guān)功能。

安全儀表系統(tǒng)和基本過(guò)程控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，但是并非完全分類。SIL 1級(jí)的測(cè)量回路首先經(jīng)由安全儀表系統(tǒng)（SIS）安全柵一進(jìn)二出，一路信號(hào)進(jìn)入SIS，通過(guò)邏輯判斷之后輸出，而另外一路則經(jīng)過(guò)盤間線進(jìn)入到DCS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的全面監(jiān)控。SIL 3級(jí)以及SIL 2級(jí)采取了和過(guò)程控制系統(tǒng)（DCS）完全獨(dú)立的設(shè)計(jì)方式，采取的是三取二測(cè)量的控制回路，直接進(jìn)入到SIS中進(jìn)行邏輯的判斷以及輸出。不僅能夠確保整個(gè)化工系統(tǒng)的安全性，還能夠最大限度的降低化工裝置的成本，實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，自動(dòng)化和智能化是化工企業(yè)裝置未來(lái)的重要發(fā)展趨勢(shì)，尤其是安全儀表系統(tǒng)當(dāng)屬典型代表之一。為確保安全儀表系統(tǒng)的功能得到有效發(fā)揮，必須嚴(yán)格遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則，科學(xué)合理設(shè)計(jì)每一個(gè)元器件，做好測(cè)量?jī)x表以及邏輯控制器的設(shè)計(jì)工作，從而充分發(fā)揮出安全儀表系統(tǒng)的安全保障功能。

［1］孫法強(qiáng)，董磊，楚光宇，陳曉雪.海洋平臺(tái)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)［A］.中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)近海工程學(xué)術(shù)委員會(huì).2010年度海洋工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］.中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)近海工程學(xué)術(shù)委員會(huì)：2010，5.

［2］張清嶺，云蘇和，寶音.多晶硅生產(chǎn)中的安全儀表系統(tǒng)［A］.中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)、《冶金自動(dòng)化》雜志社.中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2011年會(huì)論文集［C］.中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)、《冶金自動(dòng)化》雜志社：，2011，3.