石油化工装置安全仪表系统的设计分析

石油化工装置安全仪表系统的设计分析

武良文罗亮

江苏智道工程技术有限公司江苏省南京市210000

摘要：在社会经济进步的推动下，石油化工工业获得了快速发展。在发展过程中，石油化工工业的装置呈现出了连续化与规模化发展趋势，装置自动化水平越来越高。在石油化工工业中存在着数量众多的电动仪表，为提高生产效率及质量发挥着重要作用。而仪表电源系统则属于生产装置自动控制仪表的动力与基础，进行仪表电源系统设计，并采取安全性措施，可以提高仪表电源系统的可靠性与安全性，避免生产事故，从而为石油化工企业收获良好的经济效益社会效益。

关键词：石油化工；大型装置；仪表电源系统；设计

引言

随着工业化进程的不断加快，我国石油化工工业得到快速发展，石油化工工业系统更加复杂、加工能力不断提升、产品分类更加细致。特别是随着经济社会的飞速发展，社会对以石化产品为代表的能源产品的石油化工产品的需求进一步加大，反过来又进一步加速了石油化工工业的飞速发展。这种以速取胜的时代背景之下，使得石油化工生产系统不断膨胀、生产环节更加庞杂，为处于高危环境下的石油化工生产风险性更大。如果石油化工系统在设计、建设、管理、运营过程中，如果程序不科学、管理不规范、操作出现误差，都会产生极大安全生产隐患，严重的还会给人民生命、财产安全带来损失，甚至会带来一场灾难。例如：2011年9月8日上海赛科石油化工有限责任公司烯烃工厂乙烯管线发生爆炸与火灾等事件，不仅给企业造成巨大损失，也停滞了企业的发展，教训十分惨痛。在这种背景之下，石油化工装置安全仪表系统对石油化工装置安全运行负有重要监测、预警作用，因此，在设计时必须坚持科学、高标准，提高安全等级，在确保系统自身安全运行的同时，提高仪表系统的监测精度，缩短安全状态预警响应时间。

1石油化工装置安全仪表系统概述

安全仪表系统（SIS）又被称为安全联锁系统、紧急停车系统、安全关联系统、安全停车系统等。该系统可对生产装置或设备可能存在的风险、控制风险范围进行分析和监测，并采取相应的措施，使其进入一个预定义的安全停车工况，可弱化故障的恶劣影响，有效控制影响范围，维护生产系统、设备以及环境、工作人员的生命安全。SIS在过程变量越限、机械设备、系统自身故障或是能源中断时，可以自动完成预先设定的动作，使操作人员、工艺装置转入安全状态。SIS自身是故障安全型系统，对硬件与软件的可靠性要求较高。安全仪表系统主要由传感器、逻辑运算单元以及最终控制元件等共同组成，对工业安全进行层次化管理，如图1所示，其中最为关键的是工艺流程的确定以及选用的生产装置的运行性能。建立基本过程控制系统需对过程对象及运行状态进行严格监督。若运行状态超出了系统极限，系统则会自动将其设置为安全状态。预定条件参数主要包括压力高限、温度高限等。安全仪表可以对生产系统中的高风险工艺及危险状态进行检测，通过组态的连锁逻辑对现场的电磁阀进行控制，进行切断或导通等处理，从而保证生产工作人员的安全。

2石油化工装置安全仪表系统设计分析

2.1分类与选型设计分析

在安全仪表系统中，工作人员可以运用电气技术、电子技术，这样不但能够使系统整体性能更加优化，还能为石油生产提供有利条件。近年来，电子技术在安全仪表系统中得到了广泛应用，很多工作人员都认识到了安全仪表系统的重要性，一方面电子技术有效解决了工艺较为复杂等问题，另一方面能够对工艺生产进行有效监督，给工作人员带来较大的便利性。由于安全仪表系统长期处于工作状态，并且整个系统装置较为复杂，对于安全等级有着较高要求，这就需要工作人员做好安全仪表系统选型设计工作，这样不但能够对装置进行保护，还能确保整个系统的安全性。

2.2逻辑设计

石油化工装置安全仪表系统中的逻辑运算器是由继电器系统或可编程的电子系统组成，需依据化工生产安全管理的实际情况进行选择，或综合应用多种技术系统，保证实施效果。逻辑运算器中继电器系统多应用于输入、输出点较少以及逻辑较为简单的场合中；可编程电子系统可应用于输入、输出点较多及逻辑功能较为复杂的场合，可以与过程控制系统联合使用，保证系统中通信质量与效率。为了保证安全仪表系统运行的安全与可靠，石油化工装置安全仪表系统中的逻辑运算需合理设定安全等级，可以采用等级为SIL3的冗余或容错能力较强的可编程控制器。常见安全度等级为SIL3的逻辑元算器结构有二取一带自诊断（1002D）、三取二（2003）以及双重化二取一带自身段（2004D）等。SIS逻辑设计的内容主要如下：对各种配置单元进行合理设置，可采用布尔运算结构，将SIS因果表输入/输出的对应关系表示出来。其中。逻辑单元主要包括与（AND）、或（OR）、非（NOT）、取反（NOT）、异或（XOR）等基本逻辑单元、延时开/关、低/高选器、“MOON”表决器、R-S触发器等。（1）SIS逻辑设计需与生产工艺密切结合，在满足正常工况下因果关系表的相关动作要求的同时，也能够保证在其他工况下系统也可正常运行。若在开车工况下，需要设置输入信号的低限联锁旁路，从而保证开车流程的正常操作。（2）SIS的逻辑设计，可采用负逻辑设计方法，也就是在正常状态下输入/输出的DI/DO信号状态显示为“1”，非正常状态下信号状态显示为“0”。SIS逻辑图中的所有逻辑单元均采用负逻辑设计方法，这样为后期的设计调整以及校验提供了便利。（3）每个SIS动作应设有自锁开关，在联锁停车工况下各运行参数符合开车条件，也可以人工恢复按钮。（4）SIS逻辑回路设计工作结束后，需要在各种工况下运行测试，避免出现死循环等逻辑错误，若存在此类错误需对系统设计进行调整，在项目组态完成后对SIS的输入/输出和逻辑控制功能进行测试。

2.3SIS系统的整体性设计

一个SIF安全完整性SIL，是由构成SIF的逻辑控制器、传感器和执行器的SIL来确定的，即一个SIF的SIL=逻辑控制器SIL+传感器SIL+执行机构SIL，这里的SIL指的是SIL等级对应的失效概率。

3石油化工装置安全仪表系统的实施

这个实验主要为强放热反应，一旦催化床层的热点温度过高，工作人员将无法控制反应温度，使得整个实验结果不够准确，与最初的目的相违背。一般情况下，反应器主要分为操作和再生两种，在操作情况下，如果反应器中的温度与实际结果相接近，会触动超温连锁动作，需要工作人员关闭调节阀，对其重新操作，这样才能确保整个工序顺利进行。由于反应器容易受到外界因素的影响，这就需要工作人员对其进行有效处理，对装置进行调节，一方面能够确保安全仪表系统的顺利实施，另一方面能够提高工艺水平，对再生气进行有效隔离，从而确保装置运行的安全性。

结语

随着时代的发展，石油化工工业的装置逐渐向连续化、规模化发展，其装置自动化水平不断提高。石油化工工业中存在着成千上万的电动仪表，在提高企业生产质量与效率等方面发挥着极为重要的作用。而仪表电源系统则是电动仪表的动力与基础，通过对仪表电源系统的设计与优化，可以确保企业生产过程的稳定性与安全性，降低安全事故，最终收获良好的经济效益与社会效益。

参考文献：

[1]李玉明，姜巍巍，李荣强，庄腾宇.安全仪表系统安全完整性等级的评估技术[J].仪器仪表标准化与计量，2010.

[2]严东伟.SIS在聚丙烯装置改造工程中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2011.