石油化工安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)施

1、<p>　　石油化工安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)施</p><p>　　摘要：隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，由石油化工生產(chǎn)帶來的危害性也在不斷加劇。與此同時，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用自動化儀表和控制設(shè)備技術(shù)來控制安全的手段也日益豐富。本文介紹了石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計的基本原則，探討了安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)施，展望了安全儀表系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：石油化工安全儀表

2、基本原則設(shè)計實(shí)施未來發(fā)展 </p><p>　　中圖分類號：P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，社會對以石化產(chǎn)品為代表的能源產(chǎn)品的石油化工產(chǎn)品的需求進(jìn)一步加大，進(jìn)一步加速了石油化工工業(yè)的飛速發(fā)展。這種以速取勝的時代背景之下，使得石油化工生產(chǎn)系統(tǒng)不斷膨脹、生產(chǎn)環(huán)節(jié)更加龐雜，為處于高危環(huán)境下的石油化工生產(chǎn)風(fēng)險性更大。如果石油化工系統(tǒng)在設(shè)計、

3、建設(shè)、管理、運(yùn)營過程中，程序不科學(xué)、管理不規(guī)范、操作出現(xiàn)誤差，都會產(chǎn)生極大安全生產(chǎn)隱患，嚴(yán)重的還會給人民生命、財產(chǎn)安全帶來損失，甚至?xí)硪粓鰹?zāi)難。例如：2010 年10 月24 日大連新港中石油國際儲運(yùn)有限公司（簡稱中聯(lián)油） 原油儲備基地大火，2010 年9 月24 日廣西防城港一化工廠黃磷泄漏引火災(zāi)，2011 年8 月28 日內(nèi)蒙古烏海市烏海蘭亞化工有限責(zé)任公司火災(zāi)爆炸事故，2011 年9 月8 日上海賽科石油化工有限責(zé)任公司烯烴工

4、廠乙烯管線發(fā)生爆炸與火災(zāi)等事件，不僅給企業(yè)造成巨大損失，也停滯了企業(yè)的發(fā)展，教訓(xùn)十分慘痛。在這種背景之下，石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)對石油化工裝置安全運(yùn)行負(fù)有重要監(jiān)測、預(yù)警作用，因此，在設(shè)計時必須堅持科學(xué)的、高標(biāo)準(zhǔn)的，提高安全等級，在確保系統(tǒng)自身安全運(yùn)行的同時，提高儀表系統(tǒng)的監(jiān)測精度，縮短安全狀</p><p>　　一、石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 </p><p>　　1、確保儀表系

5、統(tǒng)可靠準(zhǔn)確性 </p><p>　　由于石油化工裝置安全儀表的獨(dú)特作用，設(shè)計的儀表系統(tǒng)，必須確保系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，這是設(shè)計石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)遵循的一條重要原則。這就要求在進(jìn)行設(shè)計時，要在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要統(tǒng)籌全面考慮，以確保儀表系統(tǒng)絕對安全可靠。安全儀表系統(tǒng)在生產(chǎn)裝置的開車、停車階段，運(yùn)行以及維護(hù)操作期間，對人員健康、裝置設(shè)備及環(huán)境提供安全保護(hù)。無論是生產(chǎn)裝置本身出現(xiàn)的故

6、障危險，還是人為因素導(dǎo)致的危險以及一些不可抗拒因素引發(fā)的危險，安全儀表系統(tǒng)都應(yīng)立即作出正確反應(yīng)并給出相應(yīng)的邏輯信號，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車，阻止危險的發(fā)生和事故的擴(kuò)散，使危害減少到最小。 </p><p>　　2、確保儀表功能健全穩(wěn)定 </p><p>　　充分發(fā)揮石油化工裝置安全儀表的功能，最大限度地滿足化工行業(yè)對儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)、安全預(yù)警等方面的需求，確保石油化工裝置安全儀表功能健全、系

7、統(tǒng)穩(wěn)定，這也是石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)設(shè)計的重要原則之一。在進(jìn)行石油化工裝置安全儀表設(shè)計時，相關(guān)設(shè)計人員必須要深入研究系統(tǒng)的基本情況，對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場查看，準(zhǔn)確把握儀表工作現(xiàn)場的基本情況，以確保所設(shè)計儀表功能完備，具有良好的適應(yīng)性。 </p><p>　　3、確保儀表易于維護(hù)與擴(kuò)展 </p><p>　　石油化工行業(yè)對安全性具有特殊的要求，這就要求必須要加強(qiáng)對儀表的維護(hù)與保養(yǎng)，對所選用的

8、儀表要易于安裝、便于使用，安全運(yùn)行周期長、維護(hù)簡便。在滿足儀表監(jiān)測、預(yù)警要求的前提下，要盡可能減少系統(tǒng)儀表安裝數(shù)量，而且要降低系統(tǒng)安裝建設(shè)成本，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。同時，要立足系統(tǒng)未來發(fā)展需要，預(yù)留儀表安裝空間，以滿足未來生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。 </p><p>　　4、確保儀表系統(tǒng)絕對安全 </p><p>　　石油化工工業(yè)是基于流程的特殊行業(yè)，所選用的生產(chǎn)材料一般均為危險化學(xué)品，產(chǎn)品

9、也多為易燃易爆品，生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，大多為高溫高壓環(huán)境，極易引發(fā)各類安全事故。隨著石油化工裝置的自動化、現(xiàn)代水平越來越高，對產(chǎn)品的精細(xì)化作業(yè)越來越廣泛，生產(chǎn)作業(yè)條件越來越安全臨界點(diǎn)，從而可能引發(fā)危險的可能性也在不斷增加，這種嚴(yán)峻形勢下，對石油化工儀表系統(tǒng)提出了更高的安全要求。在進(jìn)行儀表系統(tǒng)設(shè)計時，必須確保儀表系統(tǒng)絕對安全，進(jìn)而確保整個系統(tǒng)的絕對安全。 </p><p>　　石油化工安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)施探討 &

10、lt;/p><p>　　根據(jù)IEC 61511的定義，安全儀表系統(tǒng)是指實(shí)現(xiàn)一個或者多個安全儀表功能（Safety Instrument Function)的儀表系統(tǒng)，它通常由傳感器（Sensor）、邏輯運(yùn)算器（Logic solver) 和最終執(zhí)行元件(Final element) 組成。獨(dú)立于DCS 之外，但是可以保障二者之間的實(shí)時通信，并在DCS 操作站中顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，完成時間序列記錄，方便停車聯(lián)鎖及系統(tǒng)維護(hù)等功

11、能的實(shí)現(xiàn)。 </p><p><b>　　1、可靠性設(shè)計 </b></p><p>　　所謂的安全儀表功能，類似于我們傳統(tǒng)說法上的安全儀表回路。一個安全儀表功能由5個要素組成： 傳感器，邏輯運(yùn)算器，執(zhí)行元件，安全完整性等級（SIL）和響應(yīng)時間。對于系統(tǒng)的可靠性，主要指在一定時間范圍內(nèi)，可能出現(xiàn)故障的概率狀況。在安全儀表系統(tǒng)中，其可靠性可用R0（t）表示，而系統(tǒng)中各個單

12、元的可靠性即R1（t）、R2（t）、R3（t）、R4（t）&#8943;.等，它們之間的關(guān)系可用如下公式表示： </p><p>　　R0（t）= R1（t）R2（t）R3（t）R4（t）&#8943; </p><p>　　由公式可見，任何一個環(huán)節(jié)可靠性能的降低，都可能影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一直以來，人們更多地關(guān)注邏輯運(yùn)算器的可靠性，但是對檢測元件、執(zhí)行元件等可靠性卻忽

13、略，造成整個安全儀表系統(tǒng)的可靠性能低，與降低設(shè)備風(fēng)險的要求不相符。對于邏輯運(yùn)算器的可靠性問題，必須優(yōu)先符合安全儀表系統(tǒng)控制的安全等級。在此前提下，各個大型安全儀表系統(tǒng)生產(chǎn)商推出了結(jié)構(gòu)各異的系統(tǒng)，如冗余的、非冗余的、三重化結(jié)構(gòu)及四重化結(jié)構(gòu)等。只要系統(tǒng)通過安全等級認(rèn)證，符合石油化工裝置的安全等級，該結(jié)構(gòu)的邏輯運(yùn)算器就可在裝置中應(yīng)用，發(fā)揮安全保護(hù)作用。 </p><p>　　2、分類與選型設(shè)計 </p>

14、<p>　　在安全儀表系統(tǒng)中，可以選用電氣技術(shù)、電子技術(shù)、可編程技術(shù)，也可以直接應(yīng)用混合組成技術(shù)。 </p><p>　　當(dāng)安全儀表系統(tǒng)采取電子技術(shù)、電氣技術(shù)方案時，主要通過繼電器來實(shí)現(xiàn)整個邏輯連鎖過程，但是對于較為復(fù)雜的安全性能要求，較難滿足，其應(yīng)用具有一定局限性。隨著安全生產(chǎn)的重要性與日俱增，PES 技術(shù)日益成熟并發(fā)展應(yīng)用，利用PES 技術(shù)完成安全儀表系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖功能，已成為各個專業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用的首要

15、選擇。但是以下幾種情況不適合采取繼電器：定時器功能及鎖定功能；高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、狀態(tài)頻繁改變；較為復(fù)雜的邏輯系統(tǒng)等。一般情況下，在安全儀表系統(tǒng)中，不使用固態(tài)邏輯。如果在安全儀表系統(tǒng)中采取固態(tài)邏輯，必然應(yīng)用PEC 作為診斷測試工具。提高了系統(tǒng)運(yùn)行的繁瑣性、復(fù)雜性。 </p><p><b>　　3、邏輯運(yùn)算設(shè)計 </b></p><p>　　為了保障石油化工安全儀表系統(tǒng)的高可

16、靠性與安全性，一般選擇安全度等級是LIL3 的容錯結(jié)構(gòu)或者冗余結(jié)構(gòu)可編程控制器作為邏輯運(yùn)算器。較為常見的安全等級為SIL3 的邏輯運(yùn)算器結(jié)構(gòu)主要為：二取一帶自診斷，1oo2D；三取二帶，2oo3；雙重化二取一帶自診斷，2oo4D。在應(yīng)用容錯結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，具備內(nèi)部冗余的集成邏輯以及并行元件，一旦系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生故障，則系統(tǒng)可以自動識別故障，并完成故障旁路狀態(tài)，可繼續(xù)執(zhí)行指定功能。三取二帶功能結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 </p><

17、p>　　圖1 三取二帶（2oo3）系統(tǒng)塊圖 </p><p>　　三、安全儀表系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢 </p><p>　　在計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)時代，各種工藝技術(shù)快速發(fā)展起來，而石油化工安全儀表系統(tǒng)正朝著以下幾個方向發(fā)展： </p><p>　　1、與BPCS 的集成 </p><p>　　在確保安全生產(chǎn)的前提下，有關(guān)石油化工生產(chǎn)過程的全自動控制

18、中，引入安全生產(chǎn)模塊。對于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、分析及預(yù)警，可及時發(fā)現(xiàn)問題、處理問題。但是在集成SIS 和BPCS 系統(tǒng)時，應(yīng)嚴(yán)格劃分安全區(qū)域與非安全區(qū)域，并在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)過程中，注意符合網(wǎng)絡(luò)安全需求。 </p><p>　　2、與機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)的集成 </p><p>　　實(shí)現(xiàn)安全儀表系統(tǒng)與機(jī)組監(jiān)控、保護(hù)、診斷等有機(jī)集成，確保壓縮機(jī)組在最優(yōu)控制方案下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高效率、高

19、質(zhì)量的工作，提高運(yùn)行安全性、靈活性、可靠性，對機(jī)組進(jìn)行有效保護(hù)和控制。 </p><p>　　3、與數(shù)據(jù)信息的集成 </p><p>　　有關(guān)信息管理方面，應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的實(shí)施分類與集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制信息和管理信息的有效整合，完成一體化架構(gòu)，以改善石油化工企業(yè)的“信息孤島”現(xiàn)象。另外，還應(yīng)完善專項安全網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，通過網(wǎng)絡(luò)平臺，在各個需要監(jiān)控的位置安裝攝像頭，智能化處理攝像畫面，不放過任何可

20、能存在安全隱患的跡象，及時報警、及時處理。 </p><p>　　安全問題涉及很多專業(yè)，這里介紹的僅僅是一些理念。做安全工作要形成一個團(tuán)隊，首先在設(shè)計部門內(nèi)部，各個專家組成一個團(tuán)隊。然后在外部要與業(yè)主、制造商和施工單位組成團(tuán)隊。最后一點(diǎn)也是至關(guān)重要的一點(diǎn)，就是要加強(qiáng)管理，這要貫穿到生命周期的全過程。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p>

21、;<p>　　[1] 陳良軍,魏道清,蒯戈,何安琴,萬曲,劉建領(lǐng).軟測量技術(shù)在化工安全生產(chǎn)故障預(yù)警仿真系統(tǒng)中應(yīng)用研究[J]. 自動化與儀器儀表. 2010(03) </p><p>　　[2] 錢亮.化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計探討[J]. 遼寧化工. 2009(05) </p><p>　　[3] 李鵬,王彥剛,陳建平.工廠安全儀表系統(tǒng)設(shè)計要求及實(shí)現(xiàn)[J]. 石油化工自動化. 20