安全儀表系統在合成氨裝置中的應用

馬曉夙(大唐呼倫貝爾化肥有限公司，內蒙古 呼倫貝爾 021000)

0 引言

合成氨裝置在生產過程中具有高溫、高壓、易燃、易爆等特點，其非常不利于人員的常規控制，因此在生產的時候很容易出現安全事故，從而給化工企業造成不可估量的安全隱患和經濟損失。而安全儀表的應用，可以很大程度上為化工企業的生產提供先進的手段。安全儀表的應用，不僅可以降低企業的生產耗能，還能提高產品的質量以及生產效率，從而進一步促進化工企業生產的安全性以及穩定性，為化工企業帶來了更大的安全穩定性和經濟效益。所以，將安全儀表系統應用于合成氨工藝生產裝置中非常必要。

1 安全儀表系統概述

安全儀表系統簡稱為SIS，又被稱作安全聯鎖系統，其主要包括工廠控制系統中的報警以及聯鎖兩部分，作用是對控制系統中檢測出來的結果做出報警反應，或是實施調節控制。作為工廠企業自動化控制當中極為重要的組成部分，現已被全國各大工廠企業廣泛應用，該系統主要由傳感器、邏輯運算器與最終執行元件三部分構成。當企業生產過程中出現安全隱患時，安全儀表系統能夠對其進行有效監測，通過發出警報信息或是開啟預定執行程序的方式迅速進入工作狀態，從而避免或是降低事故發生的頻率，減小事故引發的危害與消極影響。

在系統結構方面，安裝儀表系統主要分為2 種：第一種是TMR 三重化結構；第二種是2004D 四重化結構。TMR 結構主要是將三路隔離、三路并行的控制系統以及大范圍的診斷統籌在同一個系統內部，依靠三取二的表決方式來保證系統高度完善、不會出現差錯以及避免中斷的控制方式。例如工廠企業中常用的TRICON 以及ICS 等裝置都會運用到TMR 式結構的儀表安裝儀表系統。

相比于三重化儀表安裝系統，2004D 結構主要是由2 套相對獨立并行的系統構成，當儀表安裝系統診斷出某個模塊出現故障問題時，該結構系統將會使CPU 強制失效，從而保證輸出方式的正確程度。與此同時，在其安裝輸出模塊中的輔助去磁功能，可以保證2 套系統全部發生故障時仍然能夠輸出1 個故障安全信號。通常情況下1 個輸出電路要靠至少4 個輸出電路及其診斷功能來保證運行，利用這種方法能夠確保系統具備較高的安全性與可靠性，并且具備較強的適用性能。

除此之外，工作人員在使用安裝儀表系統的過程中，還要注重遵循以下使用原則，以確保該系統能夠投入正常使用：第一，系統中的信號報警、聯鎖點的設置方法，包括其動作設定值和調整范圍應當滿足其生產工藝的質量標準；第二，在產品質量達標的前提下，工作人員需要盡可能的選用線路簡單、元件數量較少的生產方案；第三，系統中的信號警報及連鎖設備需要設置在振動程度小、灰塵較少、不存在腐蝕性氣體、不存在電磁干擾情況的場地；第四，系統中的報警信號與安全聯鎖裝置應當使用具備觸點的繼電器線路，或者使用不具備觸點的晶體管式線路來組成報警信號裝置；第五，對于信號系統中報警系統所使用的檢出設備以及執行器，必須滿足所在場地對于防火防爆的具體要求；第六，對信號報警裝置采取的供電等級應當與常規儀表的供電等級相一致。

2 安全儀表系統的管理與應用

2.1 安全儀表系統管理

(1)測量儀表管理

對于安全儀表系統的管理來講，應該采用模擬量測量儀表，如果采用開關儀表，儀表會因為長期沒有動作而出現誤差。測量儀表的管理要遵循以下兩個原則：①冗余設置原則，即測量儀表采用冗余測量儀表實現；②在設置測量儀表時，要保證它與基本過程控制系統之間保持獨立。

(2)最終元件管理

這一部分的管理主要包括氣動控制閥、電機、電磁閥等。管理時需要注意的問題包括以下三方面：①要注意控制閥附件配置，儀表中的電磁閥需保證耐高溫、線圈絕緣、長期帶電，隔爆等。工藝過程(非)正常運行時確保電磁閥(非)勵磁工作。②要堅持控制閥的獨立設置。SIL1 級測量儀表可與基本控制系統共用；SIL2 級測量儀表宜與基本過程控制系統分開；SIL3 級測量儀表應與基本控制系統分開。③要堅持控制閥的冗余設置。SIL1 級安全儀表功能，可采用單一測量儀表；SIL2 級安全儀表功能，宜采用冗余測量儀表；SIL3 級安全儀表功能，應采用冗余測量儀表。

SIL 等級通常是由失效率、診斷覆蓋率、平均恢復時間、表決形式、檢驗測試的時間間隔、公共實效六個主要參數決定，當前，SIL 等級評估能夠利用風險矩陣法、保護層分析法及風險圖等方法進行確定；計算方法有事故樹分析法、概率計算法、馬爾可夫過程分析法等。低要求操作模式下平均實效概率PDFavg的劃分如表1 所見。

(3)邏輯控制器管理

在安全儀表系統中，邏輯控制器的作用在于完成邏輯功能，要遵循以下兩個原則：①冗余設置原則，即安全儀表功能可以采用冗余邏輯控制器實現；②獨立設置原則，在設置邏輯控制器時，要保證它與基本過程控制系統之間保持相互獨立。

表1 低要求操作模式下的PDFavg

2.2 提升安全儀表系統管理水平

在提高安全儀表的管理水平過程當中，首先，要注重對技術人才的培養，從而進一步提高其技術水平。要不斷加強安全儀表的管理水平，制定出適合企業自身的管理制度，從而進一步促進化工企業的可持續發展。

2.3 強化安全儀表系統質量

企業要想提高安全儀表系統的質量，應該從以下幾方面著手，第一，在安全儀表制造方面，生產人員應該按照國家的標準和規范進行操作。第二，監管人員要加大監管力度，對于安全儀表系統生產所用的材料以及施工儀器，一定要認真仔細的檢查和驗收，確保在安全儀表系統的使用過程當中不會出現任何質量上的問題。第三，在制作完安全儀表系統以后，生產企業一定要檢查好安全儀表系統的質量并定期檢測。

3 安全儀表系統的維護要點

3.1 保證安全儀表系統的使用周期

(1)要做好安全儀表系統的維護工作，利用科學的實驗手段為系統運行提供數據保障，確保系統運行的可靠性。

(2)要利用科學的測試及實驗明確系統儀表可使用時間，保證安全儀表系統在規定時間內使用，確保其安全性。

(3)維護人員通過對安全儀表使用周期的精心管理維護，可以延長其使用年限，保障裝置的安全穩定運行。

3.2 增強維護水平、完善檢測工作

安全儀表維護水平的提升有賴于維護人員的專業能力，維護人員需要具備工藝生產知識，同時準確掌握各類安全儀表及控制系統性能，這樣才能在技術層面提高安全儀表維護水平。另外維護人員還需具有較高的職業道德水平和良好的責任意識，能對安全儀表維護檢測做到仔細認真，保障其符合相關標準要求。最后，維護人員需對應用于合成氨裝置中的安全儀表進行周期性檢修調試，技術人員也需對安全儀表做出正確的選擇，這樣才能雙向保障安全質量。

3.3 控制系統硬件預防性維護

第一，運行環境。機柜室內衛生每兩個月打掃一次，確保衛生滿足要求；防鼠檢查、封堵，半年一次；機柜間消防器材、方靜電球檢查，每月兩次；機柜風扇、照明燈檢查，每月一次。第二，系統硬件檢查。系統機架、底板、輔助設備等表面清掃灰塵，操作站、服務器等主機開箱清掃，半年一次；電源紅外線溫度檢查，每季度一次；CPU、電源、卡件熱成像檢查，發熱情況是否正常，半年一次；服務器內系統檢查，發現報警立即處理，每天一次；卡件、交換機、光電轉換器等冗余設備切換，確保冗余設備完好無損；交換機、三層網防火墻端口狀態、串口網絡服務器檢查，每月一次；現場機柜間檢查CPU、卡件、電源燈運行情況及指示燈是否正常，每周一次；檢查DCS 操作網站與服務器、PLC、SIS 等與DCS 系統是否時鐘同步，每季度一次。

4 合成氨工藝裝置中安全儀表系統的應用趨勢

4.1 安全儀表系統的智能化

在當前信息時代下，化工領域和智能技術的聯系日益緊密，很多智能設備應用于該領域中，而化工安全儀表系統也自然朝著這一方向上發展。通過應用智能化技術，可以提升安全儀表的實用價值和便捷程度，通過人工智能技術的應用，還極大提高了人工操作的安全程度，降低化工企業人力、物力的投入，具有較高的綜合效益。需要指出的是，智能安全儀表系統的通訊，主要依靠智能傳感器與數字閥門定位器來實現。

4.2 過程控制系統的集成

在實際的化工應用過程中，通過安全儀表系統不僅可以滿足通訊的接口和網絡的有機統一，還可以對這個基本過程實現有效的控制。在當前很多的中小企業中，普遍都利用集成手段來降低化工應用中安全儀表系統的投入，以實現更高的企業效益。這種方法對于一些模較小、要求較低的化工企業而言，具有較高的應用價值。

4.3 自身檢測減少管理成本

在安全儀表系統運行的過程中，安全系統本身可能會出現問題。然而即使安全系統出現了故障，安全儀表系統也能夠對自身存在問題的系統進行檢測，及時排查出自身故障，并及時解決問題。不難看出，該系統可以在很大程度上提升儀表系統的可使用率，這在很大程度上節約了管理成本。由此可見，通過應用智能化的安全儀表系統，可以提升化工企業工作環境的安全性，有助于節能成本，它是一種具有較高綜合效益的安全應用系統。

5 結語

通過上述分析能夠看出，在合成氨工藝裝置中應用安全儀表系統具有非常重要的價值和作用，不僅能夠避免安全事故的發生，還能更好的保障裝置的安全運行。由于安全儀表系統的管理直接關系到裝置的安全運行，因此必須要保障管理的合理性，通過反復的檢測將安全儀表系統的作用真正的發揮出來，推動化工行業更好的發展下去。