安全儀表系統在化工裝置中的應用分析

張曉偉(云南化工設計院有限公司，云南 昆明 650041)

1 安全儀表系統簡述

安全儀表系統也被稱為過程控制系統，是一種用于生產的自動化控制系統。主要包括緊急停堆系統、消防及氣體保護系統、儀器保護系統等等。它為石油、化工、電力、環保、儲運等行業提供了一道安全屏障。一種用于生產的自動化控制系統，稱為過程控制系統(BPCS)，然而，就安全儀表系統而言，它是一個完整的控制系統，與過程控制系統相對。廣義的SIS 包括緊急停堆系統(ESD)、消防及氣體保護系統(FGS)、燃燒器管理系統(BMS)、安全聯鎖系統(SIS)，儀器保護系統(IPS)等，它是石油、化工、發電、環保、儲運等行業重要的安全防護屏障之一。不像 BPCS, SIS 只關注于安全性，當所有安全預防措施都失效時， SIS 是最后的保證。國家安全局必須立即采取措施，確保所有執行者處于安全位置。

2 安全儀表系統的重要性

2.1 危險警報及時性

化工過程裝置中，在安全儀表檢測到數值變化時，安全儀表系統與自動報警系統連接。當數字處于安全范圍之外時，儀器設備相應的安全報警系統能及時報警，立即提醒技術員去檢查相關部位，協助技術員快速判斷特定事故因素的變化，確定故障地點。

2.2 自動化安全系統

在化工過程裝置中實現安全儀表系統自動化將是儀表行業發展的必然趨勢，科技不斷進步，保安儀表系統已連接到計算機系統上，微型計算機技術操作平臺不僅可以實時監測和操作安全儀器系統。

2.3 減少事故的發生率

化學工業過程裝置中，由于缺乏相應的安全檢測手段，給操作化學工業過程帶來了安全隱患；設置安全儀表系統，可有效減少因裝置故障所引起操作事故，裝上安全儀表，既能及時提示操作者，又可以通過具體的數值隱患提醒操作人員，有針對性地進行檢測、維修和改進，使操作人員時刻保持化工工藝裝置的完善性、安全性和有效性。

3 化工自動化儀表常見故障

3.1 壓力測量儀的故障

壓力儀常見的故障有管道堵塞、膜片磨損和變形等。這主要是由于壓力計的工作原理所致。壓力儀的工作原理是通過內部感測元件感應壓力變化而引起外部變形，以電訊號碼的形式傳送變化狀態。壓力測量儀壓力接觸點必須接觸良好，才能保證測量精度。使得感測元件能有效感知變形變化。它要求接線部連接緊密，機械傳動部分保持完整，清潔，不腐蝕，不變形，不損壞。每天在使用和工作過程中，員工應該定期檢查，以防止出現故障。

3.2 流量測量儀表

流量計的種類很多，故障形式也很多。但在流量計發生故障時，主要表現為流量計的波動很大，數值很不穩定。總而言之，流量計故障主要是基于參數的變化，最常見的參數變化有密度、粘度、雷諾數等。

3.3 溫度測量儀表

測溫故障主要是溫度指示燈在高低兩個方向都亮，沒有變化。測溫儀常見的故障主要有熱阻故障和熱電偶故障。由于高溫會造成這些部件的零件短路，并且由于接觸不良，現有溫度計的制造工藝及保護管的結構也會導致其失效。

3.4 液位測量儀的故障

按照測量原理，液位測量儀器可以分為各種類型。主要包括常用浮力液位測量儀、超聲波液位測量儀等。與不同的液位測量儀器相應，其故障類型可分為液面波動大，測量值大小等幾種。判斷故障的主要方法是通過目鏡觀察來檢測液位測量儀。

4 安全儀表設計的基本要求

4.1 嚴格控制安全儀表的使用周期

SIS 系統生命周期包括 HAZOP 分析、SIL 定級、方案設計、SIL 驗算 / 驗證、運行管理等階段。設計人員做好安全儀表周期設計，確立安全儀表應用維護的相關措施，例如制定定期測試維護保養制度并嚴格執行，制定嚴格的 SIS 系統投用和摘除制度，制定相關部門或領導的審批權限，制定操作人員的巡回檢查制度等等，這些措施能夠起到延長儀表應用生命周期的作用，同時能夠起到促進整體系統的安全性與可靠性逐漸增強的作用。

4.2 不斷提升設計技術性，走好檢測工作

安全儀表應用監測階段的技術管控工作是十分必要的，將其合理性與有效性有機結合起來。設計人員需要具備化工專業基礎知識，全面了解儀表應用性能。在儀表設計工作結束之后加強檢測，將儀表應用階段可能存在的問題進行分析處理，經過后續的實驗做好問題的規避處理。在檢測完成之后進行安裝應用，設計人員還需要事先做好儀表的調試，以增強儀表安全與化工裝置應用之間的契合性。

5 在化工工藝裝置中安全儀表系統的具體應用策略

5.1 危險評價

以 HAZOP 分析系統在 SIS 中的應用為例，儀器設備的數值計算采用了風險矩陣，設置特定計算數據的風險等級。化學工藝流程裝置運行中故障判定方法，及時進行有針對性的修理和改進，在可能的情況下確保設備運行安全，識別安全儀表系統的風險等級，重點是建立風險標準，與不同數據相應的風險標準，設計人員應根據一系列化工工藝裝置的數據進行檢驗，根據風險評估方法，使系統能夠迅速進行相關的風險測量。

5.2 可用性判斷

安檢儀系統監測和檢查化工設備的安全性；并提高設備的使用標準。首先，安全儀表系統要求立即改變某一設備的特定值，檢查和維護人員將根據該值對設備進行維修或更換相關部件，以確保設備長期有效運行。安全儀表系統的應用，提高了化工過程設備的實用性。

5.3 提高化工過程設備的操作安全性

利用安全儀表系統，判斷化工工藝裝置是否安全，化工工藝裝置在運行過程中會受到人為操作的影響，造成設備失效，如操作員未能及時發現其操作錯誤，使用安全儀表系統、提高設備運行的安全性檢測水平，對設備運行中的故障點進行實時監測，報警器啟動后，及時啟動保護，斷開電源，減少設備故障對置元件的破壞。

5.4 推進控制系統集成發展

隨著科技水平的不斷提高，安全儀表系統在化工工藝裝置中的應用，將安全儀表系統與專用設備控制系統結合起來，加強了對安全儀表系統應用的研究，推動裝控系統的一體化發展，在多種控制系統的配合下，使整個儀表系統發揮最大效益，企業化工工藝設備的運輸效率得到提高，企業生產實力得到不斷增強。

5.5 控制維護成本

安全儀表系統在運行階段也會產生一些故障運行問題，但儀表會應用自身系統軟件功能實現故障排查。這樣對于該系統來講儀表應用的效率就會大大增強，顯然這種特性是智能化特征的具體表現。安全儀表智能化的應用，將自身的故障問題診斷工作逐漸加強，并提供必要的問題處理方案，維護成本將大大降低，且效率大大提高。根據 SIS 系統的運行要求，化工廠的安全儀表系統需要定期檢測，從而提高安全儀表系統的準確性和可靠性，充分發揮其應用價值。

5.6 安全指導工作

安全儀表系統在化工生產過程中的應用，能夠給裝置提供暫停連鎖控制保護裝置，如果是按照正常的程序操作，SIS 系統不起作用。它的作用是不負責工藝控制，只在危險時觸發安全動作(失電或通電)，是“需要動作時必須動作，而不需要動作時必須一動不動”，安全儀表功能是與安全回路相關，而不是一個部件或設備。

5.7 系統集成化要求

安全儀表系統必須與控制系統(DCS、PLC 等系統)分開，單獨設立。在 SIS 系統設計前期，必須對裝置的每個回路進行完整性等級評定，即 SIL 等級定級。SIL 等級共分 4 個等級。SIL1 等級最低，SIL4 等級最高。在這種系統應用體系支撐之下，如果是運行要求相對較低且規模較小的化工廠，經過對一系列的安全問題的排查與預防控制，利用合理有效的管控舉措，能夠將諸多風險性問題全面有效解決。

6 結語

現階段多數企業已經認識到安全儀表系統應用的價值作用，通過在設計階段控制應用周期，后續加強檢測性實驗應用，加強儀表運行的穩定性與可靠性，能夠在化工生產中發揮其安全保障作用，給化工行業的全面發展奠定良好的基礎條件。