安全儀表系統在精細化工中的應用

韓續增 周超

摘 要：精細化工生產中引入安全儀表系統，可以實現及時報警、高度自動化及降低事故發生等作用，并利用不同類型的安全儀表系統評估生產過程中可能出現的問題，提升化工裝置運行的安全性，提高安全儀表系統運行的質量，推動精細化工行業的健康發展。

關鍵詞：安全儀表系統;精細化工;應用

1 安全儀表系統簡述

在化工生產活動中，安全儀表系統在化工裝置中得到廣泛應用，包括氣體安全系統、緊急停車系統、火災安全系統等等，均可對災害起到緩解和抑制的作用，有效保障生產安全，使人員、設備和環境不受損害。同時，在化工生產過程中，裝置內部的安全儀表與基本過程控制系統同等重要，根據IEC61511的規定，安全儀表系統包括傳感器、控制器、執行器等多個部分，可根據實際情況發揮一項或者多項功能。如若化工生產中出現越限變量、設備異常等情況，該系統可通過手動或自動完成事先設定的內容，使安全事故得到有效控制，減少或避免化工企業造成的損失。

2 安全儀表系統在化工工藝裝置中的重要性

安全儀表系統是指能實現一個或多個安全儀表功能的系統。系統包括傳感器、邏輯運算器和最終執行元件。傳感器指用于測量過程變量的單一或組合設備。安全儀表系統的邏輯單元可由繼電器系統或者可編程序電子系統構成。最終執行元件可以是安全儀表系統用的切斷閥，與過程控制系統共用的控制閥或電動閥等。安全儀表系統共分為4個安全度等級，安全等級越高，安全儀表出故障的可能性越低，其可靠性越強，1為最低級，4為最高級。

化工工藝裝置中應用安全儀表系統，能及時監測化工工藝的各個環節，一旦出現危險情況，系統會發出警報，能及時將危險情況傳遞給工作人員，阻止危險進一步擴大，工作人員也能及時解決問題，保證工藝流程的正常進行?；すに囘\行過程中如果有人為操作不當的情況出現，必然會導致運行故障，如果工作人員沒有意識到錯誤的操作，則類似的故障還會發生，而安全儀表可以實時監測故障的發生，如有發生將觸發保護裝置。

安全儀表系統也能降低化工工藝的平均故障發生率，在最大程度上保證化工工藝的安全性，同時也保障了生產的經濟效益。化工工藝存在的安全隱患很多，一旦出現安全故障將造成極大的損失，降低故障發生率必須給予高度重視，平時發生的故障多數都是因為其被忽視導致的。

安全儀表系統能監督化工工藝的正常運行，比如系統故障時性能遞減方式采用三取二表決方式，即三個CPU中若有一個運算結果與其他兩個不同，該CPU故障，其余兩個繼續工作;若其余兩個CPU運算結果再有不同時，則無法表示出哪一個是正確的，系統停車。若采用二取一帶自診斷，則當一個CPU被檢測出故障時，該CPU被切除，另一個CPU繼續工作;若第二個CPU再被檢測出故障時，系統停車。安全儀表系統能預防隨時可能出現的突發隱患。

3 安全儀表系統在細化工中的應用

化工安全儀表系統（SIS）包括安全聯鎖系統、緊急停車系統和有毒有害、可燃氣體及火災檢測保護系統等。安全儀表系統獨立于基本過程控制系統BPCS（例如DCS集散控制系統、可編程電子系統PES等），生產正常時處于休眠或靜止狀態，一旦生產裝置或設施出現可能導致安全事故的情況時，能夠瞬間準確動作，使生產過程安全停止運行或自動導入預定的安全狀態，必須有很高的可靠性（即功能安全）和規范的維護管理。SIS 設計是將安全儀表系統在工程裝置中實際應用的第一步，而SIL 等級對SIS 設計有著直接的影響，所以SIL 等級確定之后，就可以針對當前SIF 回路進行SIS 的設計。

下面以硝化反應為例，探析SIS 在精細化工裝置中的應用。

3.1 儀表元件設計

硝化反應的特點就是反應過程產生的大量的熱量，因此穩定的溫度是保證反應在可控狀態下進行的關鍵。在反應釜上設置溫度變送器，用來檢測反應溫度。另外反應釜攪拌電機的工作狀態是保證物料溫度均勻的關鍵因素。當反應溫度超過設定值，或者攪拌電機停止或故障時，將進料閥門盡數切斷，同時打開應急冷凍水管道降溫，同時還要及時打開應急槽閥門，待物流排入之后將應急處理工作做好。所有閥門在故障狀態時都應處于安全位置。需要注意的是，為了保證變送器、閥門的失效概率數據的可靠性，我們選用的變送器、閥門均需要具有經過TUV 認證的SIL 等級。

3.2 系統與SIS邏輯設計

SIS的邏輯運算系統是SIS的核心和靈魂，合理可靠的硬件配置是保證SIS系統安全有效的基礎，SIS 的邏輯控制器在軟件出現故障時，必須要做到可以自行診斷，可以根據設計的預定辦法，來確保能夠順利進入到安全狀態當中。除了正常條件觸發聯鎖，在現場和操作臺上都應配備緊急切斷按鈕，當緊急切斷按鈕按下時，執行機構能夠執行相應的安全聯鎖，緊急切斷按鈕應該具有防誤觸的措施，另外軟件的檢修旁路不應接入緊急切斷按鈕中。

3.3 軟件和硬件的冗余設計

根據我們確定的SIL 等級，SIS對冗余性的要求也不同。SIF回路安全完整性等級為1級時，可采用單一測量儀表;2級時，宜采用冗余設置;等級大于3 級時，必須采用冗余設置;冗余方式根據系統對可用性和可靠性要求的差異性采用“與”或“或”邏輯要求。冗余技術還被應用于邏輯控制器的電源、中央助理、通信以及輸入輸出等單元當中。

4 精細化工生產中安全儀表系統運行維護

4.1 重視基礎管理工作

加快對于化工安全儀表系統的技術認證，完善技術體系和操作標準。想要完全規劃好我國關于化工安全儀表系統標準運行體系，需要相關部門和單位進行全力配合，共同規劃并制定好我國關于化工安全儀表系統的管理和工作計劃，組織并制定好符合我國實情的企業安全發展應用標準和操作指南，推進符合我國國情的安全認證體系和機制。

落實“兩重點一重大”安全監督原則，就是指政府安監部門重點監管的危險化工工藝、重點監管的危險化學品和重大危險源的監管，簡稱“兩重點一重大”。這一舉措是當前或今后一段時期內各政府安監部門的安全監管抓手，主要強調“突出重點、加強監管”的安全理念，是促進企業安全生產管理的重要措施。

4.2 引入周期管理措施

在進行化工安全儀表系統設計之前，首先應對安全儀表系統的應用和安全要求進行全面了解，包括實際的設計意圖、相關的設計和操作依據等;另外，要加強對化工安全儀表系統的安裝調試工作以及聯合確認工作，規范好對于化工安全儀表系統的設計綱領;相關部門應該進一步加強對化工企業安全儀表系統的技術操作和儀表的維護與管理，加強企業內部管理的同時，逐步實現對化工安全儀表系統管理的完善工作。

4.3 做好儀表系統保護

在使用過程中，為確保儀表運行安全，應加強預警機制的應用。在實際應用過程中，加強儀表預警機制中的警報管理，制定明確預警制度，并按照規定嚴格運行。例如加深對基本運行過程的控制管理，確保儀表能安全且完整的按照回路機制運行。再如可以參照化工安全儀表系統的功能，對其進行安全運行檢驗和管理，確保自動控制回路的投用率和使用率。嚴格遵循安全標準進行儀表的設計和具體規范進行實施，建立專門預警系統對毒害氣體、可燃氣體等進行檢測，確保人員安全，保證化工安全儀表系統功能的全面性和穩定性。

5 結束語

近些年我國工業化水平不斷提升，化工生產過程中對生產裝置安全性要求越來越高，需要做好相應管理工作。精細化工生產中將安全儀表系統安裝在工藝裝置上，實現監督、控制及管理化工工藝裝置運作的目的，及時發現裝置運行過程中存在的異常情況，通過分析數據明確故障區域，并采取針對性的措施解決安全問題，確保精細化工生產活動的順利進行。

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