淺談設(shè)計(jì)安全儀表系統(tǒng)提升化工裝置安全

劉剛

摘 ?要：近幾年經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)了化工行業(yè)生產(chǎn)水平的提高，而且在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，工作人員對(duì)安全的要求越來(lái)越高，所以安全儀表系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中起到了重要的作用，為了提高生產(chǎn)的安全性，相關(guān)人員要加強(qiáng)對(duì)儀表系統(tǒng)的研究，致力于設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性，保證儀表系統(tǒng)的安全性和可靠性，為化工企業(yè)的生產(chǎn)提供安全保障。本文主要就安全儀表系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì);安全儀表系統(tǒng);化工裝置

中圖分類號(hào)：TQ056 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.安全儀表系統(tǒng)概述

安全儀表系統(tǒng)是專門用于保證安全的相關(guān)系統(tǒng)。安全儀表系統(tǒng)的作用是根據(jù)用于生產(chǎn)的機(jī)械裝置或設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中可能發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)的反映，使該裝置或設(shè)備進(jìn)入一個(gè)事先設(shè)置好的安全工況，從而將危險(xiǎn)避免或者損失減小，來(lái)保證生產(chǎn)過(guò)程的安全。在工廠的實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)對(duì)安全管理劃分不同的等級(jí)，劃分等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)核心是工藝的生產(chǎn)過(guò)程或生產(chǎn)設(shè)備的問(wèn)題，最開始要建立一個(gè)有針對(duì)性的控制系統(tǒng)，就像某些設(shè)備中涉及的分散控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)由傳感器、邏輯運(yùn)算單元和控制元件交互組成，當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)感受到周圍生產(chǎn)環(huán)境有任何危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)及時(shí)反映迅速自動(dòng)停止工作，使整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境不受到破壞。生產(chǎn)條件環(huán)境會(huì)受到很多因素的影響，例如當(dāng)前的設(shè)備工作壓力、溫度等。一旦安全儀表察覺到了工作狀態(tài)出現(xiàn)危險(xiǎn)的信號(hào)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)通過(guò)可以控制的邏輯器來(lái)決定設(shè)備開關(guān)是否處于切斷或?qū)ǖ臓顟B(tài)，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備和操作人員的目的。

2.安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1對(duì)傳感器的冗余進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)

就冗余配置而言，其在儀表系統(tǒng)中有著重要的地位，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容[1]。將SIL作為傳感器失效的主要概率要求，如果安全儀表系統(tǒng)中的傳感器達(dá)到了此要求，就需要相關(guān)人員，對(duì)一體傳感器進(jìn)行選擇，這樣才能夠使安全儀表系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)的要求。當(dāng)傳感器滿足不了SIL的要求，此時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)冗余傳感器的使用。但是在進(jìn)行冗余傳感器的應(yīng)用時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員充分考慮系統(tǒng)的安全性問(wèn)題，同時(shí)將聯(lián)鎖動(dòng)作、次數(shù)的加強(qiáng)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行邏輯結(jié)構(gòu)的合理使用，既要對(duì)系統(tǒng)的適用性進(jìn)行全面的考慮，還要保證儀表系統(tǒng)具有可靠的安全性，所以，在實(shí)際應(yīng)該中，應(yīng)該對(duì)邏輯結(jié)構(gòu)中的三取二形式的結(jié)構(gòu)適當(dāng)使用。

2.2對(duì)安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行全面的性設(shè)計(jì)

SIL是儀表系統(tǒng)的功能的安全性和完整性的主要要求，然而安全儀表系統(tǒng)的功能并非一個(gè)設(shè)備決定的，而是由多個(gè)設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中一同決定的，這些設(shè)備主要包括：傳感器、執(zhí)行器和邏輯控制器。同時(shí)各個(gè)儀器之間有著相應(yīng)的聯(lián)系，三者之間的SIL與邏輯傳感其的SIL有著重要的聯(lián)系，此時(shí)相關(guān)工作人員要加強(qiáng)重視，尤其是相關(guān)儀器的失效率，該失效率與SIL的等級(jí)存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。比如，對(duì)相關(guān)的邏輯控制進(jìn)行分析，如果控制單元的SIL等級(jí)為3級(jí)，那么該控制器的實(shí)效率就會(huì)在0.1%以內(nèi)，就傳感器而言，當(dāng)其SIL的級(jí)別為2級(jí)時(shí)，其失效率在1%以內(nèi)。同時(shí)對(duì)相應(yīng)的執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行分析，此時(shí)該結(jié)構(gòu)為1級(jí)SIL，執(zhí)行結(jié)構(gòu)的失效率就會(huì)在10%以內(nèi)[2]。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，安全儀表系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性會(huì)受到邏輯控制器直接的影響。另外，根據(jù)化工企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中的調(diào)查得知，許多工作人員對(duì)邏輯控制器的可靠性過(guò)于依賴，這也是實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的主要問(wèn)題，由于對(duì)其較為重視，忽視了對(duì)執(zhí)行器的重視，如果不對(duì)執(zhí)行器的失效率等級(jí)加強(qiáng)重視，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)安全儀表系統(tǒng)的功能出現(xiàn)問(wèn)題，甚至?xí)箖x表的安全性失去作用。所以，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要從客觀的角度進(jìn)行分析，重視系統(tǒng)的全面性設(shè)計(jì)，保證在設(shè)計(jì)過(guò)程中各種儀器能夠符合失效率等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，為系統(tǒng)的安全性等級(jí)的提高提供保障，使其安全性能符合安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3做好融入配置

相關(guān)人員在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)各個(gè)儀器的失效率等級(jí)進(jìn)行充分的研究，并通過(guò)并聯(lián)關(guān)系對(duì)整體系統(tǒng)的失效率等級(jí)進(jìn)行分析。例如，當(dāng)邏輯控制器的失效率等級(jí)為3級(jí)，其符合系統(tǒng)的具體要求，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員將其實(shí)際失效率同樣控制在3級(jí)，同時(shí)分別將傳感器、執(zhí)行器的失效率控制在2級(jí)，那么此時(shí)整體系統(tǒng)的失效率通過(guò)計(jì)算和分析同樣為2級(jí)，這種情況下根據(jù)安全儀表系統(tǒng)的具體要求，如果整體系統(tǒng)的失效率等級(jí)為2級(jí)，無(wú)法使系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)得到滿足。如果出現(xiàn)這種情況，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該采取相應(yīng)的措施應(yīng)對(duì)，通常情況下對(duì)選用冗余配置對(duì)傳感器進(jìn)行改善。比如，在冗余配置的應(yīng)用時(shí)，根據(jù)傳感器失效率的特點(diǎn)選用合適的方式進(jìn)行配置，通過(guò)對(duì)上述內(nèi)容分析，利用二取一冗的方法，能夠使系統(tǒng)的安全等級(jí)得到有效的提升。由于儀表系統(tǒng)中不同的情況對(duì)于執(zhí)行器的需求也不相同，同時(shí)執(zhí)行器的種類、功能也存在一定的區(qū)別，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，不同的執(zhí)行器，冗余配置的方式、要求和標(biāo)準(zhǔn)都有所不同。

3.安全儀表系統(tǒng)的實(shí)施提升化工裝置安全

3.1HAZOP分析在某些方面具有一些不確定性的因素

HAZOP分析的作用是用來(lái)分析溫度的高低、流速的快慢和壓力大小等相關(guān)的參數(shù)發(fā)生變化帶來(lái)的影響，但是對(duì)于設(shè)備或管子的損壞、應(yīng)力出現(xiàn)疲勞、人為因素等帶來(lái)的壞處可能會(huì)無(wú)法完全分析或者分析得不徹底，因此這個(gè)分析不能分析出所有的安全風(fēng)險(xiǎn)類型。除此之外，不同的操作工人、工人們異常的經(jīng)驗(yàn)和儲(chǔ)備知識(shí)會(huì)導(dǎo)致HAZOP分析結(jié)果也有一定差別。

3.2SIS系統(tǒng)僅是提升化工安全的手段之一

LOPA的分析可以發(fā)現(xiàn)，工人們是可以采取不同的方法來(lái)維持化工設(shè)備的安全工作的。這些方法既有來(lái)自于技術(shù)知識(shí)層面的，還有包含管理層面的方法;既包括事發(fā)之前的，也包括發(fā)生過(guò)程中的以及事情發(fā)生以后的。通過(guò)安全儀表系統(tǒng)來(lái)提升系統(tǒng)的安全只是保證安全的眾多方法之一。

3.3儀表的SIL定級(jí)的基礎(chǔ)是規(guī)范使用

具備SIL等級(jí)證書的儀表裝置要根據(jù)具體的技術(shù)要求來(lái)安裝與調(diào)試，還要正確的使用和維護(hù)它，這樣失效概率才能有效地發(fā)揮作用。如果失效概率不正常的話其產(chǎn)生的后果可能最終會(huì)影響SIF回路出現(xiàn)錯(cuò)誤的反應(yīng)。錯(cuò)誤動(dòng)作的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致的裝置臨時(shí)停止動(dòng)作或者重新啟動(dòng)過(guò)程，在重啟與停止的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，這要引起操作人員的注意和采取對(duì)付措施，才不會(huì)發(fā)生由于安全儀表系統(tǒng)的問(wèn)題反而增加了風(fēng)險(xiǎn)[3]。

3.4規(guī)范的運(yùn)行維護(hù)是SIS系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)

SIS系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)行有嚴(yán)格的要求，要制定有效的管理與落實(shí)好相關(guān)規(guī)定，才可以保證SIS系統(tǒng)的可靠性能。第一，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，要確保儀表的正確安裝、密封好、按時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確性檢查，保證能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行輸入。第二，安裝邏輯單元的部分時(shí)要保證運(yùn)行環(huán)境具備好的濕度與溫度，要求接地，還要求各個(gè)單元的硬件部分、通訊功能、報(bào)警系統(tǒng)、自我診斷等功能要可以正常運(yùn)行。

結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的環(huán)境下，科學(xué)技術(shù)水平也得到了有效的提高，化工行業(yè)的生產(chǎn)方式已經(jīng)由傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化的生產(chǎn)，且在科技的支持下，自動(dòng)化水平越來(lái)越完善，同時(shí)在生產(chǎn)的過(guò)程中安全管理工作就顯得愈發(fā)重要，其要求也逐漸增加，保證生產(chǎn)過(guò)程中化工設(shè)備的安全運(yùn)行是安全管理工作中的重要內(nèi)容。因此，為了生產(chǎn)中的安全性，管理工作應(yīng)該對(duì)安全儀表系統(tǒng)加強(qiáng)應(yīng)用，而且還要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究，致力于儀表系統(tǒng)質(zhì)量及安全性能的提升，減少化工生產(chǎn)過(guò)程中問(wèn)題的發(fā)生，為生產(chǎn)中的安全性和可靠性提供基礎(chǔ)保障。

參考文獻(xiàn)

[1] ?孟芳園，董康.安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].天津化工，2019，33（01）：53-54.