SIS系統在四氟乙烯裝置中的應用研究

王金枝，羅永振

(山東東岳高分子材料有限公司，山東 淄博 256400)

安全儀表系統(SIS)是化工生產中非常重要的保護措施。合理、可靠的安全儀表系統可以有效避免生產事故，并盡可能減少誤動作所帶來的非計劃停工。隨著化工生產、儲運裝置或設施的大型化和現代化，能量高度集中，潛在事故風險加大，安全儀表系統作用愈加凸顯，成為大型石化過程設備及成套裝置不可或缺的重要保護措施。無數國內外安全事故表明，很多安全生產事故與未設置安全儀表系統或設置不合理有關。英國邦斯菲爾德油庫，美國德克薩斯州BP煉油廠及北京東方化工廠火災爆炸等事故警鐘不斷提醒業界要特別重視安全儀表系統的設計與維護管理。因此，如何合理、有效設置并維護管理安全儀表系統，實現安全儀表系統的安全功能，避免造成重特大事故，成為企業普遍關注的問題。

1 四氟乙烯裝置SIS系統的必須性和重要作用

根據國家安全監管總局2014年下發的《關于加強化工安全儀表系統管理的指導意見》，文件要求從2016年1月起，大型、外商獨資等具備條件的化工企業、新建涉及“兩重點一重大”的化工生產裝置，要按照意見要求設計符合標準的SIS系統。

為了滿足國家標準、指導意見和企業管理規定相關要求，加強化工裝置安全儀表系統管理，防止和減少安全事故發生，促進生產裝置安全穩定運行，四氟乙烯裝置(涉及重點監管工藝裂解工藝)必須配備安全儀表系統。四氟乙烯裝置通過蒸汽過熱爐加熱F22和蒸汽，二者在反應器中進行裂解反應，經過急冷、精制、精餾，得到最終產品四氟乙烯單體，該裝置為易燃易爆裝置，對工藝安全聯鎖要求非常高。SIS系統是一套獨立控制系統，在正常生產狀態下不參與控制，但是當化工生產裝置中可能引發生產事故的狀態出現時，才會觸發動作，比如將危及生產安全的物料放空或切斷，同時啟動預設的安全程序。SIS系統與四氟乙烯裝置中自動警報系統相連接，在生產中SIS系統檢測到生產參數超出設定范圍時，觸發報警，快速發出警告，提示生產中出現了故障。操作人員收到報警，第一時間發現異常的工藝參數并做出相應的操作，安全儀表系統中的報警功能能夠幫助操作人員及時掌握事故進展，快速的準確判斷故障發生的位置，將事故損失控制在最低范圍之內。SIS系統以上優勢使化工生產裝置更加的安全，查找報警更加的快速及時，生產操作更加安全便捷。

1.1 報警響應及時

在四氟乙烯裝置中安全儀表系統設置完善的報警系統，生產過程中安全儀表檢測到超出設定安全范圍的工藝參數時，安全報警系統便會及時發出警示信息，提示故障出現的準確位置，并標明超標參數。操作人員查看報警記錄，根據報警提示，找到參數超標的設備或位置，第一時間進行干預或調整，避免造成更大損失。

1.2 管控一體化

四氟乙烯裝置生產中配備SIS系統，建立了完善的生產過程管理和設備管理功能，對整個運行工況進行監控、分析和決策，通過DCS系統平臺實時監督SIS系統有效結合，幫助操作人員進行相應的應急操作，提升安全儀表系統自動化控制水平，進一步推動國內整個氟化工行業的發展壯大。

1.3 有效降低安全事故

四氟乙烯生產裝置中未設置安全檢測儀表系統，將無法應對或發現生產過程中出現的安全隱患。通過安裝安全儀表系統，有效避免設備運行過程中出現故障或工藝參數超標無法發現，從而避免安全事故的發生，安全儀表系統可以發現并提示超標參數，并定位故障發生的位置，操作人員只需要將主要精力放在監控異常、維護保養好儀表系統、保證儀表處于正常運行狀態即可[1]。

2 安全儀表功能(SIF)辨識

通過對四氟乙烯生產裝置技術文件(HAZOP分析報告、工藝流程圖、聯鎖邏輯圖等)，進行危險與風險分析，完成安全儀表功能(SIF)辨識。清晰地、準確地辨識SIF，是SIL定級分析的首要工作之一。每個SIS可以執行多個SIF，每個SIF針對特定的風險，并且每個SIF對應一個特定的SIL。

因此，確定安全儀表功能能夠可靠地完成其動作之前應該先清楚、準確的確定安全儀表功能能夠完成什么工作。安全儀表功能需要做的第一件事是辨別危險的出現，然后考慮安全儀表功能發生作用后要將生產系統帶入什么樣的安全狀態，安全儀表功能需要做什么動作才能使異常過程進入正常的安全狀態。這樣就有了一個明確的思路，什么情況下表明需要動作、什么是安全狀態以及具體需要什么動作。

3 安全完整性等級(SIL)定級

安全儀表功能回路所需要的完整性等級(SIL)是通過評測SIF失效后的危險而確定的，這些危險包括人員傷亡以及經濟損失。確定SIL目的是通過應用可靠的安全儀表功能來有效降低安全事故危險的影響，從而把生產系統的安全事故風險降低到一個可接受范圍之內。風險降低是為滿足特定情況的允許風險而一定要達到的風險降低。參考四氟乙烯裝置風險矩陣或可接受風險水平，利用保護層分析(LOPA)法，結合安全儀表系統可靠性建模，綜合考慮各類風險的安全完整性等級，再選用其中需求較高的安全完整性等級。

4 安全生命周期

生產系統中安全儀表系統的安全生命周期SLC(Safety Life Cycle)管理對于新改擴建建設非常重要，每一個環節都需要保證功能安全，有效的降低化工生產過程中隱含的風險，在一定程度上降低了安全儀表系統的投入成本。安全生命周期中各時期儀表是否穩定運行決定了SIS系統的安全穩定性能。SIS的安全生命周期是指從剛開始的系統設計到正常運行使用，一直到整個系統功能失效的整個過程。操作人員全面的了解、學習與系統相關的專業知識，對系統中的儀表、控制系統進行維護保養，從而確保整個安全系統各個方面正常運行，從而滿足四氟乙烯裝置的安全生產[2]。

5 相關建議措施

基于SIS功能安全相關標準，SIL分析結果以及行業經驗和做法，綜合分析評估，提出相關建議措施。

(1)爐溫溫度升高將造成反應器溫度升高，建議定期檢驗安全閥和防爆膜，確保其可靠性。

(2)測量儀表不建議采用開關量儀表，此類儀表長久不發生動作，會出現接觸不良，導致誤動作或是不動作，影響系統的運行穩定。

(3)安全儀表系統對切斷閥進行冗余配置有明確規定要求，安全完整性等級為2級的安全儀表，應該采用冗余控制閥。但是有些生產現場因設備管線過多導致空間不夠，對滿足冗余配置要求欠缺，只能采用一臺控制閥，可以將配套的電磁閥進行冗余配置[3]。

6 結束語

四氟乙烯生產裝置為易燃易爆裝置，涉及重點監管工藝裂解工藝，安全聯鎖系統對該裝置的安全運行尤其重要。安全儀表系統可預防和降低四氟乙烯生產過程中的事故風險，保證工人的人身安全，保護環境，具有良好的經濟效益。因此，四氟乙烯生產中引入SIS系統，可以實現自動化提升、快速報警響應、減少安全生產事故發生等積極作用，安全儀表系統可以評估四氟乙烯生產過程中可能出現的安全問題，確保自動控制儀表系統運行的穩定，有效幫助四氟乙烯生產裝置的安全運行。