石油化工安全儀表系統的設計

俞澤科+李斌+姚玉田

摘 要：隨著經濟的不斷發展，石油化工企業的規模和生產設備的自動化都在不斷擴大和更新。與此同時，石油化工的安全問題就暴露出來了，由于化工企業危害性比較大，這就需要引起人們的高度重視。鑒于此，本文結合目前石油化工的生產現狀，詳細介紹了安全儀表的內容，并對儀表系統的設計原則進行闡述。在此基礎上完成了安全儀表系統的設計，最后對儀表供電方案進行探討，保證儀表系統的正常運行。

關鍵詞：石油化工；安全儀表；系統；設計

中圖分類號：TE967 文獻標識碼：A

隨著技術的不斷進步，石油化工設備逐漸朝著智能化和一體化的方向發展。新技術和新儀器的應用不僅保證了生產的穩定性和安全性，而且很大程度地提升了生產的效率和精度。由于化工企業的生產工藝復雜，并且里面的氣體易燃易爆，如果生產過程得不到有效的控制，將會造成嚴重的后果，因此就需要對這些設備進行精確控制。本文主要針對石油化工儀表系統的內容以及設計原則，研究了儀表系統的設計，探討了儀表系統供電方案，為其正常工作奠定了基礎。

1.安全儀表系統的綜述

所謂的安全儀表系統就是保證儀表安全運行的系統，主要是由邏輯運算器、傳感器、執行軟件以及配套的軟件系統。一旦生產過程中出現報警，儀表的安全系統就會自動響應，自動執行安全保護程序，使得生產人員和裝備處于安全的狀態。在系統正常檢測的時候，不同的參數表示不同安全程度，此時就要用安全度等級來表示，簡稱SIL。SIL實際上就是根據定額時間內和相同的條件下，安全儀表系統正常運行功能的概率情況，是國際上普遍采用的表征儀表系統可靠度的參數。根據國際電工委員會（IEC）的要求，將安全程度的等級分為4類，分別為SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。

石油化工儀表的安全系統就是生產工藝的保護層，如圖1所示，其處在第一層中，能夠有效地監測和預防危險事件的發生，因此合理的設計儀表系統就顯得格外重要。

2.安全儀表系統的設計原則

當對儀表的安全系統進行設計時，必須遵循以下幾條基本原則，如下所示。

（1）保證安全儀表系統的可靠性和準確性

在石油化工企業中，儀表工作環境比較復雜，不能夠實現經常的更換，因此就需要設計的儀表安全系統能夠長期穩定地運行。要實現這個目標，就必須全面的考慮設計情況，如硬件的選取，結構設計以及軟件程序的運行等。如果系統出現錯誤的操作或者失去供電的情況下，都要能夠保證系統的自行糾正或者自行學習，確保系統的正常運行。

（2）安全儀表系統的功能鍵穩定性

當對石油化工的儀表進行設計的時候，要充分考慮所處的環境以及操作人員工作的情況，掌握第一手的現場資料，對工作儀表工作狀況應及時地了解，這樣才能保證儀表的功能順利實現。儀表系統功能鍵的穩定性不僅能夠滿足對實施工況的檢測，而且還能實現對突發狀況的預警等。

（3）安全儀表要方便維護和擴展

安全儀表的正常維護和保養可以很好地保證生產工藝的順利進行。此功能的實現就需要對儀表的安裝提出更高的要求。根據設計的簡便和實用性原則，對設的儀表要能夠滿足簡單安裝、長期維護、穩定性高的特點。

3.安全儀表系統的設計

安全儀表系統是由不同的硬件組裝起來的，其能夠快速地實現安全儀表所要執行的功能要求。根據功能要求的不同，我們將其分為傳感器類的檢測元件、邏輯運算器類的處理元件以及執行的元件。

（1）傳感器的設計

傳感器的精確程度直接影響著系統的安全和靈敏度，因此對其進行設計有著非常重要的意義。為了不受到其他元件的干擾，采用獨立設計原則和冗余設置原則，也就是第1級安全儀表傳感器采用單一的，并且與DCS公用；第2級的安全儀表傳感器采用冗余的，并且與DCS是分開的；第3級的安全儀表傳感器采用冗余的，并且與DCS是分開的。對于邏輯結構的選擇，我們可以設置為應用性能時，采用或結構；當為安全性能時，采用與結構；當兩者的性能都需要保證的時候，就需要采取三取二的格式。

（2）邏輯運算器的設計

常用的邏輯運算器主要是由3種類型組成的，分別是可編程的電子系統、繼電器系統以及二者的混合系統。當所選運算器為繼電器系統時，整個系統的邏輯計算比較簡單；當所選運算器為可編程的電子系統時，其可以很好地實現復雜功能的設計，并且與其他通信系統進行匹配。因此，很多的石油化工企業都配備了SIL3級的冗余或容錯可編程控制器。此邏輯運算器常用的結構為二取一的自帶診斷性能、三取二結構以及雙重化的二取一等。根據上面的設計要求，邏輯運算器的容錯性能可以很好的識別和排除故障，保證系統按照正確的程序執行。

4.安全儀表系統供電方案的探討

在石油化工的供電系統中，經常采用的是交流220V、交流110V、直流24V電源供電。如果不能正確地采用供電方式，就會導致一定的安全事故，影響系統運行。根據設計的要求研究了以下3種方式的供電情況。

（1）DCS系統與PLC系統組成的雙回路供電系統

分散的回路供電系統，能夠保證整個監測系統的正常運行。除此之外，對關鍵部位的供電都要采取冗余和容錯原則，分別獨立的供電來源，不會發生一個出現故障而另外一個就不能工作的情況，使得系統的整體穩定性得到很大的提高。

（2）直流供電的冗余配置

為了保證供電的經濟性和安全性，對其設備供應的24V直流電采用不同電源來獲得，兩者之間是并聯形式和相互隔離的，并且加上解耦二極管。兩路的電源分別來自不間斷的穩壓電源和市電。

（3）單相交流220V安全儀表供電方案

在石油化工企業中，所運用的監控儀表大多為分析儀表、位移儀等。對供電要求相對較低，從經濟性來考慮的話，可以用市電的單相供電，降低了線路的復雜程度。在供電的時候，采取STS靜態開關，其能很好地切換電源，提升了供電的可靠性。

結語

本文介紹了安全儀表系統的內容，并根據安全等級來對儀表系統進行設計。通過對儀表設計原則的闡述，明確了設計方向和重點注意的對象。根據上面介紹，對安全儀表系統的各個部件進行設計，確定了傳感器的類型、邏輯結構、執行元件的安裝以及其他的接口設計，最后探討了儀表供電系統的配置方案。通過上述的分析，可以發現合理的安全儀表系統不僅能夠降低系統運行的風險，而且能夠為企業帶來更多的經濟效益。

參考文獻

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