化工安全仪表系统工程设计和应用

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摘要：我国石油化工企业和自动化生产设备经历了不断地更新和发展，企业规模进一步扩大，解决石油化工安全问题是当务之急。化工企业一般具有较大的安全隐患，因此不得不对石油化工安全问题做出全方位的考虑。化工安全仪表盘系统软件是保证化工企业安全性的系统工程，按照化工安全仪表系统的设计及要求，分析了仪表性能的可靠性；根据传感器、逻辑器和生命周期提出了合理设计；最后，提出化工安全仪表系统供电方案和实际应用的评价和分析。

关键词：石油化工企业；自动化生产；安全仪表系统；设计；可靠性

1化工安全仪表系统的作用

安全性仪表系统，SafetyinstrumentedSystem，通称SIS，又称作安全性互锁系统（SafetyinterlockingSystem）。关键为工厂操纵系统中警报和互锁一部分，对操纵系统中检查的结果执行警报姿势或调整或关机操纵，是工厂公司自动控制系统中的关键构成部分。它的关键构成部分包含传感器、程序控制器及其模块等部件，这些组件经过相互协作，共同实现安全保障功能，其主要作用包括以下几个方面：1）提高化工生产的效率，在保证高效率的同时降低成本。2）自动化控制减少人力成本，降低工作难度，改善工作环境。3）安全联锁报警，保证生产的正常运转、事故安全联锁，提升化工生产过程的安全性，降低事故发生的概率，延长设备的使用寿命，保障工作人员的安全。4）联锁动作和投运显示，符合信息时代发展的需求，实现自动化生产。

2化工安全仪表系统设计基本原则

2.1稳定性

为了使仪表系统安全、稳定地运行，首先应该遵循系统设计的稳定性原则，在设计系统时合乎逻辑。日常需对仪表装置的元器件进行安全检测和定期维护，保障整个仪器各项指标达到相应的要求。同时，定期对工作人员的技术知识进行培训，达到降低仪表系统安全隐患发生率的目的，切实维护相对应工作人员的人身安全，进而促使各类原油生产制造主题活动可以高效进行。

2.2科学性

仪表系统的设计应遵循科学性原则，有了科学理论的支撑可以提升系统的整体运行效率，从元器件的选择到各个系统中组件的衔接都不可违背科学的设计原则，以提高全部安全性仪表机器设备的市场份额和公司的核心竞争力。

2.3安全性

满足系统的安全性是贯彻我国以人为本的基本理念，在设计石油化工安全仪表系统时，始终应考虑到系统的安全性能，在实际运行中保证工作人员的人身安全，使得该系统的整体设计更为人性化。

3化工安全仪表系统的保障要求

3.1仪表系统可靠稳定性的保障措施

对系统所使用的表盘、控制器等元器件进行实时监控，依托于石油化工安全仪表的功能展开统计测试，可以快速定位到系统故障风险，并采用合理的解决方法。通常，可使用风险控制思路对系统的功能点进行实时监控，根据信息化技术监控出SIF的估算模型，从而降低风险的发生概率，提升容错率。通过估算模型进行分析和测试可以发现化工安全仪表系统设计中存在的不安全、稳定问题，然后不断改进优化方案，最终落实到系统的设计模型中，提升整体控制装置运行的稳定性和安全性。

3.2保证仪表性能稳定可靠

在开发设计安全仪表系统的过程中，技术人员使用合理的功能装置和控制逻辑完成功能设计，结合项目的实际执行标准，遵循系统设计的基本原则。为了更好地验证系统的功能性和稳定性，必须估算实体模型检测系统的稳定性。根据测试得出仪表的控制指标，分析可能影响仪表系统稳定性的因素，严格根据控制指标进行可控评估测试，验证安全仪表系统的功能稳定性。在测试过程中，通过分析控制单元和执行单元的数据，调试系统的设计和逻辑，以匹配系统的需求和进行功能的稳定性验证。

3.3要求仪表日常维护和升级扩展

为了满足仪表使用的安全稳定性能，通常要对仪表进行日常的维护工作，在长时间的使用后还要对系统部件进行定期的维护和升级。首先在仪表选择方面，应尽量满足安装、拆卸简单，使用方便，维护成本低的要求。同时，应对仪表等元器件进行实时监控，如果出现异常警报提示，应及时进行处理。在设计系统时，应留有升级改造空间，在系统设备中保留放置仪表的空间，便于日后系统的升级改造。

3.4保证仪表系统不受损坏

系统部件具有一定的使用寿命，长期使用会造成磨损，加上石油化工行业的特殊性，让仪表系统一直处在高压、高温的密闭环境，且存在易燃易爆风险，所以对于仪表系统的硬件性能有着十分苛刻的要求。在仪表系统的选材时，应注意其性能满足仪表系统安全性需求，从而保证系统的安全稳定运行。

4化工安全仪表系统的设计

4.1传感器的设计

安全仪表根据风险程度可以划分为四个等级，可以根据等级划分确定系统的安全状态。为了更好地提高传感器的品质，传感器设计方案一般选用独立设计原理、冗余设定标准。独立设计原理就是指安全性仪表系统应独立于基本上操纵过程控制系统，独立进行安全性维护作用；冗余设定标准就是指为提升安全性仪表系统的SIL级别，对系统每个模块完成冗余。

4.2逻辑运算器的设计

在SIS可编程逻辑控制板中，系统软件程序编写组态软件遵循的最重要标准，是达到安全性完整性规定。程序控制器的总体功能主要表现，在较大水平上受限于手机软件的品质。一般来说，系统的安全性完整性包含硬件配置的安全性完整性和系统的安全完整性，在其中手机软件不正确或缺点是危害系统安全性完整性的主要要素之一。系统软件设计方案和组态软件应遵循模块化设计、低多元性的具体指导标准。依照加工工艺流程特性和安全防护逻辑性，区划为相对性独立、简易的模块或层级，这将给软件性能测试和合并产生巨大的便捷，有益于提高手机软件的完整性。逻辑性运算器的设计方案一样选用独立标准，安全仪表系统一般与过程控制系统分离，其中三级安全仪表控制系统必须和过程控制系统分开，一级安全仪表系统可采用简单的逻辑运算器，二、三级配备冗余配置。

4.3生命周期要点设计

系统生命周期的设计讲究灵活多变，符合实际需求。在化工安全仪表系统的设计中，生命周期会随着一些设置的变化而变化，所以在进行生命周期的设计时，要注意设计的灵活性，一般进行可调节设计，并针对不同循环周期进行自适应变化。化工安全仪表系统的设计最重要的是安全稳定性，所以针对风险和危害问题，在生命周期中需要对系统设计的安全性和可靠性进行平衡。在安全稳定的前提下，再从合理性、性价比等其他角度考虑，进行细节上的设计。图1为仪表安全系统生命周期模型。化工安全仪表系统需要在设计时考虑多方面的影响因素，在安全仪表运行时进行测试和评估风险，以保障化工安全生产高效、稳定性。在设计时针对有效控制风险时，应合理构建系统的动态补偿机制，不断地对安全系统进行功能上的补充和完善。

4.4化工安全仪表系统供电方案

化工安全仪表系统在供电时通常采用220VAC的交流电源或24VDC的直流电源进行供电。供电方式对于化工安全仪表系统的安全运行有着很大的影响，如果没有采用正确的供电方式，很容易发生一些安全事故。本文总结了3种供电方式便于化工安全仪表系统作为参考。（1）双UPS组成的双回路并联供电系统为保障安全仪表系统的稳定长周期运行，化工生产企业都会采取双UPS组成的双回路并联供电系统来给安全仪表系统供电，其基本结构如图2所示。双UPS组成的双回路并联供电系统可以保证安全仪表系统正常运行，对实现监测和控制功能起到重要作用。（2）冗余配置在直流供电中起到提高安全性和降低成本的作用，在直流24VDC的供电系统中并联且相互隔离，通过二极管实现解耦，以提高处理故障的效率，图3为24VDC冗余并联供电方案。（3）化工安全仪表系统中有部分现场监控仪表需要220VAC供电，可采用一路UPS电和一路市电冗余切换的安全仪表的供电方案，利用STS静态开关对两路电源进行切换，以提升整个系统的灵活性和可靠性，满足化工安全仪表系统的基本需求。

5实际应用与评价

5.1安全识别系统的应用

化工安全仪表系统关键运用于化工厂的生产过程中，是保障生产系统安全运行的化工装置。在化工生产过程中，人工操作容易出现失误从而导致系统出现异常，给整个系统运作带来安全隐患，对企业和国家造成重大的经济损失。通过化工安全仪表系统中的安全识别功能，可以针对装置的运行情况进行检测，根据预估模型对检测数据做出评估，一旦数据超出评估范围标准，为了避免出现重大事故，对工作人员的安全产生威胁，该系统会立刻进行故障诊断，切断危险源，或发出警报提示工作人员进行处理。另外，安全识别系统不仅可以诊断和排查故障，在系统正常运行时也能够对运行状态进行分析和判断，对可能发生故障的地方进行重点排查，提前预报危险。

5.2安全仪表系统冗余配置

安全仪表系统的冗余配置是在系统任意一点发生异常时，可以切断异常点和系统之间的联系，但又不危害系统的总体作用。冗余配备是反复配备系统的部位构件，当系统产生问题时，冗余配备的构件干预并担负常见故障构件的工作中，从而降低系统的常见故障時间。安全性仪表系统中的冗余配备可以在系统某一节点发生故障时，切换到备用的模块。化工企业如果在生产中停止运转会造成重大损失，所以冗余配置在系统异常时会起到关键作用。例如化工合成装置在运行时不可以随意停止运行，此时冗余配置可以保障系统在稳定运行的同时，不会发生重大事故。总之，冗余配置极大提升了系统的安全稳定性，为化工企业生产带来了巨大的便利。

6结论

石油化工行业是支撑国民经济的重要产业，在未来有着新的机遇和发展前景。安全仪表系统是保证化工生产稳定、高效的重要一环，在设计过程中应遵循以人为本的理念，满足稳定性、科学性、安全性等设计原则。同时，化工企业应注重加强员工的知识技能和素质培养，以推动我国石油化工行业的稳健发展。

参考文献

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[2]高建华.石油化工安全仪表系统的设计与可靠性分析[J].生物化工，2017（2）：57-59.

[3]李静.石油化工装置安全仪表系统的设计分析[J].中国高新科技，2017（8）：34-36.

作者:田文娜 单位:兖矿鲁南化工有限公司