安全儀表系統在化工工藝裝置中的應用

鄧 剛

（中國石化銷售股份有限公司華南分公司，廣東廣州 510620）

隨著我國工業生產水平的不斷提高，社會各行業都逐步提高了對化工產品生產和使用安全問題的重視。而在現代化化工生產過程中，對實際工作中潛在的生產安全問題和加工風險進行防治的有效措施，便是要充分利用安全儀表系統的核心技術，為逐漸標準化和大型化的設備在運行過程中提供良好的安全保障。

1 安全儀表系統在化工行業中應用的重要作用

化工生產行業通過快速的發展提高了人們的生活質量和工作水平，但是與此同時，很多化工生產安全事故的發生也在人們心中一遍遍敲響警鐘。例如2006年吉化爆炸事件以及日本地震引發的核泄漏事故等都引發了全世界各國的關注和重視。近幾年來，我國化工行業事故問題的導致原因有7成以上是由于操作不當而引發的。這說明在缺乏良好的報警和連鎖裝置的保護情況下，工作人員想要對化工生產過程中的安全隱患因素進行控制是非常困難的。而通過在化工工藝裝置中應用安全儀表系統，通過對于生產裝置的運行狀況以及動作預測來實現對危險行為的報警和調節，這樣便可以在發生緊急事故時及時進行停機控制，防止事態惡化。由此可見，安全儀表系統為現代化化工生產自動控制過程提供了可靠的安全保障，并會逐步發展成為未來我國化工行業的必備基礎設施。

2 安全儀表系統的結構與功能概述

安全儀表功能示意見圖1。

圖1 安全儀表功能的示意圖

安全儀表系統是一種集連鎖控制系統和危險報警系統為一體的綜合性功能系統，能夠在化工工廠自動化生產控制過程中，對化工工藝裝置運行狀況起到良好的危險預警和安全保障作用。安全儀表系統的主要組成結構包括傳感器、邏輯控制器以及執行元件，各部分結構發揮獨立的功能作用，并共同保障在出現錯誤運行程序和危險動作行為時，能夠給操作人員發出警告信息來降低生產事故問題的發生可能性。圖2～圖3為安全儀表結構配置示意圖。

圖3 復雜配置示意圖

3 安全儀表系統在化工工藝裝置中的應用控制要點

安全功能是安全儀表系統中能夠直接體現應用價值的核心組成結構，系統設計人員通過編寫邏輯結構和系統功能模塊，錄入了化工生產過程中常見的安全事故誘發因素以及控制措施等重要信息，在實際生產過程中有針對性地對特定安全隱患問題進行預警以及提供保護措施。例如常見的超高溫加熱爐自動滅火裝置、以及高壓泄漏保護系統等，都屬于安全儀表系統的安全功能管理范疇。

3.1 安全儀表系統完整性等級的評測

安全儀表系統風險預警和安全保障功能的良好發揮，是在系統結構完整、化工生產裝置危險等級符合系統評定和管理范圍的基礎上實現的。在對該系統應用之前需要結合生產狀況進行充分的等級評定，對于危險性越高、存在安全隱患因素越多的化工生產設備，在設計安全儀表系統時便需要投入更多的成本費用以及應用更加先進的核心技術。通常情況下，在評價化工工藝裝置的危險性等級時常應用以下公式：

在上述化工生產設備危險性等級評定公式中，主要結合了相關設備的潛在危險性事故發生概率（Probability）和裝置安全隱患因素會導致的危險后果（Consequences），對化工生產裝置潛在危險（Risk）指數和等級進行計算。而有關評測機構以及企業通常會根據危險等級的差異性劃分，對安全儀表系統進行科學的選擇和合理的應用，在與化工生產過程提供安全保障的同時還能達成一定的經濟效益。在IEC61508中對于安全儀表系統的安全完整性等級給出了明確的劃分標準，其中1級到4級分別是針對不同的化工生產危險等級狀況，時實際生產過程中常用的一些等級標準，有助于相關生產廠間管理人員對系統和設備進行科學的選用來降低生產風險。

3.2 SIS產品的安全性識別

安全儀表系統在化工工業裝置的應用功能，主要針對的是非常規的風險問題和危險因素，并能夠在出現緊急狀況時通過停車連鎖來控制生產裝置，避免對于周圍的施工人員、設備以及環境造成危害。而安全性識功能便是SIS系統進行動作指令發出和風險狀況判斷的重要基礎，能夠針對化工工藝裝置的單點或多點故障問題進行精確的診斷和有效的故障排除，并對一些嚴重的系統局部故障問題進行隔離和切除。這樣便能夠起到防止聯動影響，而導致整個安全系統和工業生產裝置產生更為嚴重的破壞和故障問題。

4 SIS系統的邏輯研究以及應用控制要點

4.1 SIS系統可用性分析及優化方案

可用性指的是在系統檢測到設備故障之后，能夠通過有效的隔離和快速的處理，解決單點故障問題之后依然能夠保證系統的完整性和設備的穩定運行狀況，因此通常情況下可用性也是作為安全儀表系統性能考核的一個重要指標。而在DCS系統中冗余技術便具有能夠提高SIS系統可用性水平的重要應用價值，通過在化工工藝裝置配備的安全儀表系統中進行功能模塊和系統結構的改造，采用全冗余的高水平配置使得SIS系統的可用性得到大幅提高。

4.2 停車邏輯控制系統設計

在化工工藝裝置的安全儀表系統中，系統邏輯設計可謂發揮了保障安全和檢測風險的關鍵作用，同時大部分安全儀表系統的功能等級劃分以及安全指標的制定，很大程度上也是根據系統邏輯設計水平來決定的。而通過套用試測原件三重冗余配置的三選二邏輯形式，在合成氣103-J停車邏輯控制的冗余輸入運算邏輯設計時進行優化和改進，這樣便能夠使得安全醫療系統對于運行中的化工生產裝置起到高效的控制作用，滿足該系統的安全防護使用需求。

4.3 安全儀表系統結構約束條件的控制

硬件容錯能力是在安全儀表系統結構設計過程中工作人員容易忽略的問題，但是卻能夠對實際的化工生產裝置安全性控制效果產生重要影響的一個關鍵環節。而安全儀表系統的功能性發揮，則主要體現在對于化工工藝裝置的精確控制和危險性檢測，指的是對特定的危險性現象進行有效的監測，而并不是對所有的設備故障問題均給出警告信息和采取停車控制的安全保障措施。而這種靈活性、智能化的生產設備控制原則，則需要依靠安全儀表系統的結構達到一定的硬件故障裕度才可以實現，系統設計人員可以通過增加冗余強度和為系統配備標準合適的硬件容錯能力，使該項安全儀表系統達到更高的評價水準。

5 結束語

綜上所述，為了降低化工污染過程中設備運行和人為操作引發的安全事故，造成人員傷亡以及社會恐慌等現象，安全儀表系統應在可允許的范圍內得到有效的應用，以改善當前我國化工生產所面臨的不良現狀。而與此同時，相關技術人員還應該進一步深入挖掘和研究安全儀表系統的可利用價值，爭取從化工行業中逐漸向社會各行業進行引入和應用，為未來國民生活和工作安全提供更加堅實的保障。