安全儀表系統在化工裝置中的設計與應用

丁振中 朱文瑞 陸金森

[摘 ? ?要]化工生產具有較高的危險性，對工藝條件和裝置使用具有十分嚴格的要求，由于工藝生產中存在較多的不安全因素，危害性較強，因此，工藝裝置使用的過程中更加注重安全可靠性。安全儀表系統是具有專業認證資質、安全完整性較高的一種儀表安全保護系統，能夠快速響應化工生產中的安全風險，同時還能夠自動檢測處理自身故障，保證其安全性，在化工裝置中得到了良好應用。主要對安全儀表系統在化工裝置中的設計和應用相關內容進行分析。

[關鍵詞]化工裝置;安全儀表系統;設計;應用

[中圖分類號]TQ056 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–0–02

[Abstract]Chemical production is highly dangerous， and has very strict requirements on process conditions and device use. Due to the many unsafe factors in process production and strong hazards， more attention is paid to the use of process devices. Safety and reliability. The safety instrumented system is an instrumented safety protection system with professional certification qualifications and high safety integrity. It can quickly respond to safety risks in chemical production， and can also automatically detect and handle its own failures to ensure its safety. Therefore， it has been well applied in chemical plants. In view of this， this article mainly analyzes the design and application related content of safety instrumented systems in chemical plants .

[Keywords]chemical plant; safety instrumented system; design; application

近年來，我國的化工行業發展水平不斷提高，使得設施設備和工藝技術都在逐步更新升級，化工生產的工藝復雜性提高，而且在化工生產的過程中會使用到一些智能化的設備裝置，其中安全是非常關鍵的問題。化工生產中出現安全事故會對人員的生命安全和企業帶來極大的危害，而安全儀表系統的使用能夠保障化工裝置的安全可靠性，減少化工安全事故發生的次數，確保化工人員安全。因此，研究安全儀表系統在化工裝置中的設計和應用具有重要意義。

1 安全儀表系統介紹

安全儀表系統主要指通過一個或者多個儀表實現安全功能的控制系統[1]。安全儀表系統能夠對設備或者生產裝置存在的危險進行快速響應，從而使其進入一個預定義的安全工況中，這樣能夠有效降低危險性，減少損失，確保人員、設備以及環境的安全。安全儀表系統在生產裝置的啟停環節、運行以及維護階段都能夠為設備裝置、人員以及生產環境帶來安全保護。不管是由于人為因素、不可抗因素還是裝置自身出現的危險，安全儀表系統都能夠快速做出響應，同時發出對應的邏輯信號，使裝置設備安全聯鎖或者停運，這樣能夠防止危險進一步加深，將危害降到最低。

2 化工裝置安全儀表系統設計應用的原則

2.1 穩定可靠

在化工裝置中應用安全儀表系統具有較強的特殊性，在進行設計和應用時，需要確保系統能夠穩定可靠的運行。安全儀表系統要想實現這一目標，在實際設計的過程中就需要全面考慮各個方面的因素，從元件的選取、軟件編程、系統內容等方面進行綜合設計，進而保證儀表系統應用的安全可靠性[2]。系統在化工裝置中應用時，啟動和停運階段，都需要執行維護，確保儀表使用正常。而如果安全儀表系統在使用的過程中，由于人為因素或者不可抗因素的影響而出現故障問題，安全儀表系統需要能夠依照故障的實際情況快速做出反應，及時辨別相應的信號，從而對化工裝置進行鎖定，以停止化工生產，極大降低了危險性，將危害控制在一定范圍內，減少損失。

2.2 功能健全穩定

安全儀表系統為了能夠更好地發揮功能，需要在化工裝置設計過程中進行有效處理，保證其高效地監督管理化工生產儀表的數據信息，起到安全預警的作用。因此，在設計過程中需要保證安全儀表功能的健全性，使系統能夠穩定可靠的運行。在對安全儀表系統進行設計時，相關人員需要有針對性地對系統進行具體情況分析，同時在現場進行勘查，確保儀表運行的精準性，保證儀表功能的全面發揮。

2.3 便于維護與升級

化工裝置安全儀表系統的設計應用過程中，質量安全問題是非常關鍵的。由于化工行業的特殊性，要想保證儀表的質量安全，對儀表的設計需要保證有完善的儀表功能，能夠方便對儀表的運行情況進行檢查和日常維護。有關化工裝置的安全儀表選取，要保證安裝的便捷性，在使用和維護方面都比較容易，能夠通過簡單的方式進行檢修。此外，為了能夠更好地監管安全儀表系統，在設計過程中，需要盡量減少化工裝置中儀表個數，為儀表的設置留存一定的空間，這樣能夠便于后續的維護升級，還能夠節約系統的設計成本。

3 安全儀表系統的設計

3.1 應用典型邏輯關系

一般來講，在進行化工裝置安全儀表系統的設計時，都需要通過邏輯運算為前提來展現安全系統，通常需要在計算機設計中添加布爾代數運算[3]。要想使系統功能得到完整的呈現，需要多段邏輯運算來完成。在對化工裝置安全儀表系統進行設計時，除了使用過程信號來控制結果外，還應當增加補充部分，以此實現操作和信號之間的聯系，確保安全儀表穩定安全的運行。不同的化工工藝，觸發結果的處理也存在不同，其安全系統在應對方面也有一定的差異。如果化工工藝存在條件性可逆時，傳入信號超過極限，安全儀表系統要有自鎖功能，保證過程發生后系統不會自動恢復，避免化工工藝中出現亂序情況，從而減少安全事故發生的概率[4]。設計中需要考慮到人工恢復功能。另外，部分化工工藝中的緊急停運屬于可逆性的，這樣安全儀表系統設計就不需要包含自鎖功能，系統可以恢復變動。這部分能夠自動恢復的系統可能在工藝過程中會出現過快的轉換速率情況，這樣在設計中需要設置一定范圍的不靈敏區域，避免過程中會經常出現變量接近臨界值的情況。在實際設計過程中，基本上都會設置人工操作按鈕，以此滿足人為啟停的需求。要想確保化工裝置穩定安全的運行，在部分輸入信號中需要設置旁路開關，工藝過程中變量如果不能符合要求，需要系統能夠自動隔斷輸入信號通路，確保數值達到要求后再運行。

3.2 控制系統回路設計

3.2.1 設計檢測元件

安全儀表系統中的控制回路設計中，關鍵的是檢測元件的設計工作，有關元件的選取需要使用較高價值的配件，這主要是因為檢測元件的質量會對系統控制化工裝置的效果產生最直接的影響，考慮到化工裝置運行的環境，檢測元件使用中會存在一定的耗損情況，為了能夠有效降低配置檢測元件的損耗成本，在設計時可以盡量選取在溫度、壓力以及流量等方面都滿足較高安全等級和品質的配件，并且在后續的控制過程中注意做好冗余處理。

3.2.2 其他設計

關于系統的邏輯運算單元需要經過國家權威機構的安全度等級認證，邏輯運算模塊通常有100～300 ms的響應時間，需要在設計過程中結合安全系統的安全度等級做出相應的冗余處理[5]。從安全儀表系統的整體來看，邏輯運算模塊穩定性很高，而且與其他的部分相比較，發生異常的概率較低，而且隨著安全儀表系統的快速發展，以往的邏輯運算技術和目前的系統發展需求已經不相適應，現如今的安全儀表系統在設計中，通常會在邏輯運算模塊中增加容錯功能和自我檢測功能等，確保系統的控制回路具有較好的穩定性。

3.3 聯鎖邏輯設計

化工裝置中的安全儀表系統設計中，聯鎖邏輯屬于故障安全型。其中的檢測元件和最終執行的元件需要在系統正常運行時保證勵磁，而當系統出現不正常時，會出現非勵磁。化工裝置運行中如果出現故障，系統要能夠自動轉換到安全狀態，這樣防止因為系統自身故障問題或者外部停電而引起裝置危險。聯鎖系統回路中的壓力變送器分為兩部分，其中每一部分都要進行邏輯的三選二冗余設計，這樣其中一部分在輸出高報警信號時就會聯鎖切斷閥門。在聯鎖設計中設置有聯鎖投用開關，在旁路狀態下，安全儀表功能的完整性會受限，所以，旁路操作部分需要有報警、顯示和記錄，手動復位按鈕在使用之前，化工工藝過程要保證安全，聯鎖初始條件在沒有恢復到正常狀態時，執行元件不能復位。

4 系統應用

4.1 項目介紹

以某化工工藝中的化工裝置為例，在該工藝過程中，對各裝置的控制有嚴格的要求，而且工藝具有較高的自動化水平，為了能夠使化工裝置在運行中確保可靠安全，使用了集中顯示和控制回路。同時結合工藝的實際需求設置了聯鎖回路，系統能夠實現參數的控制、顯示和聯鎖，安全儀表系統在化工裝置中的主要集中檢測點和電氣信號都接入中央控制系統。該化工工藝過程中涉及到多種危險性化學品，整個化工裝置運行過程中，存在重大危險源，因此，依照國家安全生產監督管理總局的相關要求，化工裝置中需要設置安全儀表系統，且要保證獨立。其中裝置的緊急停運以及事故處理系統都要接入安全儀表系統，從而實現聯鎖停運。

4.2 運行情況

在該化工工藝裝置中設計的安全儀表系統安裝調試投入使用后，從現場的應用情況來看，運行狀況較穩定，和工藝原有的控制系統之間能夠較好的集成，實用性和可靠性較為突出。該系統設計應用的突出優點主要有：①安全可靠性較高，化工裝置在該工藝過程中使用時，其中的設施設備具有較高的復雜性，而且工藝物料較多，其中如果存在任何一部分安全隱患，都可能會對整個化工工藝產生極大的影響，所以，將安全儀表系統應用其中進行安全控制。②穩定合理性較強，在該系統設計中主要使用可靠性高的控制器和元件，系統能夠穩定運行，同時在聯鎖回路方面具有合理性，所以可以較好地保證化工生產的安全。③系統維護便利，由于在進行系統設計時，結構比較簡單，能夠便于進行日常維護，而且系統中的故障檢測功能較為完善，能夠對故障問題進行精準定位，系統維護的效率得到了良好的提升，系統在投入運行后穩定可靠，為化工裝置的安全運行帶來有力的安全保障。

5 化工裝置安全儀表系統的發展趨勢

5.1 智能化

由于社會科技水平的逐漸提升，在化工行業中，技術和設施設備的智能化水平也在逐漸提高，這也促使安全儀表系統的發展朝著智能化方向前進，逐漸提高其智能水平。智能化的安全儀表系統能夠讓系統在化工裝置中具有更強的穩定性和實用性。安全儀表系統和智能化技術的有效融合，可以使化工生產中相關人員的人身安全得到更好的保證，同時也能夠有效提升化工生產的整體效益。

5.2 集成化

安全儀表系統在化工裝置中的設計和應用經過了多個發展階段，在科技的不斷推動下，安全儀表系統也得到了較好的發展，在化工行業中出現了新型的安全儀表系統，能夠將化工生產的控制系統和儀表系統更好地結合在一起，同時通過網絡連接，使化工裝置得到完整的控制，提高了系統的集成性。

6 結束語

由于化工工藝的復雜性和化工物料的危險性，在化工裝置運行中，安全問題非常關鍵，安全儀表系統在化工裝置中的設計和應用對于提升其安全穩定性起到較好的幫助。因此，需要重視安全儀表系統的應用，綜合考慮系統功能和儀表功能進行設計，確保安全儀表系統在化工裝置中的穩定性，這樣化工生產的安全性才會得到更好的保障，進而推動化工行業健康穩定的發展。

參考文獻

[1] 鄧剛.安全儀表系統在化工工藝裝置中的應用[J].化工設計通訊，2020，46（5）：88-89.

[2] 葛躍君.安全儀表系統在化工裝置中的應用[J].中國化工貿易，2018，10（11）：109.

[3] 韓鋼.安全儀表系統在化工裝置中的應用分析[J].黑龍江科技信息，2017（8）：60.

[4] 王啟民.化工裝置中安全儀表系統的應用探析[J].科技創新導報，2019，16（5）：76-77.

[5] 汪微微.安全儀表系統在化工裝置中的設計與應用分析[J].建筑·建材·裝飾，2015（19）：38.