安全仪表系统在化工装置中的设计与应用分析

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1、安全仪表系统在化工装置中的设计与应用分析(联化科技股份有限公司，浙江台州318000)摘要：随着石油化工生产向大型化、一体化和智能化方向发展，安全生产受到人们越来越多的关注，从而使得安全仪表系统越来越多地得到研究和应用。关键词：化工装置；安全仪表系统；设计刖S化工牛产具有易燃、易爆、易中毒、高温、高压、易腐蚀等特点，而且工艺条件苛刻，有些化学反应在高温、高压下进行，有的要在低温、高真空度下进行。与其他行业相比，化工生产潜在的不安全因素更多，危险性和危害性更大，因而对安全牛产的要求也更严格。当某些工艺参数超击安全极限，未及时处理或处理不当时，便有可能造成人员伤亡、设备损坏、周边环境污染等恶性

2、事故。而安全仪表系统(SafetylnstrumentedSystem,SIS)就是一种经过专门机构认证，具有一定安全完整性水平，用于降低牛产过程风险的仪表安全保护系统。它不仅能响应牛产过程因超过安全极限而带来的风险，而且能检测和处理自身的故障,从而按预定条件或程序使牛产过程处于安全状态，以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。1安全仪表系统概述安全仪表系统(SafetyInstrumentedSystem,SIS)也称为安全联锁系统(SafetyIntellocks)、紧急停车系统(EmeigencyShutdownSystem,ESD)^安全关联系统(SafetyRelatedSyste

3、m)^安全停车系统(safetyShutdownSystem)等，它是由国际电工委员会(IEC)标准IEC61508及IEC6151I定义的专门用于安全的控制系统。安全仪表系统对牛产装置或设备可能发牛的危险或不采取紧急措施将继续恶化的状态进行及时响应，使其进入一个预定义的安全停车工况，从而使危险和损失降到最低程度，保证牛产、设备、环境和人员安全。安全仪表系统在整个安全控制和管理中处于举足轻重的位置。如图1所示，对过程工业的安全管理是分层次进行的，它的内核是工艺流程或生产装置，首先要建立基本过程控制系统对过程对象进行控制，通常使用分散控制系统DCSo它的外层是安全防护层，这其中就包括了安全仪

4、表控制系统(SafetyInstrumentedControlsystems)o即我们常说的安全仪表系统。因此，安全仪表系统被定义为由传感器、逻辑运算单元和最终控制元件组成的控制系统，设计用于当生产过程的预定条件受到冲击吋，自动地将其置于安全状态。这些预定条件包括压力高限、温度高限等工艺参数。安全仪表检测出潜在的危险工艺状态，通过组态的联锁逻辑控制现场电磁阀等的切断或导通，保护工业设备和人员的安全；下一层是减灾，减轻和抑制危险事件的后果，如火灾和可燃气体检测系统(FGS),安全阀、爆破膜等；再外层就是消防等紧急响应系统，包括全厂和社会层，紧急广播、火灾消防、人员紧急撤离、医疗救助、工厂周边

5、社区人员撤离等。从图1可以看出，安全仪表系统处于第一层防护，用于监测石油化工生产过程运行状态，判断危险或风险发生的条件，自动或手动执行规定的安全仪表功能，防止或减少危险事件发生，减少人员伤害或经济损失，减轻危险事件造成的影响，保护人身和生产装置安全，保护环境。因此，设计合理规范的安全仪表系统至关重要。2SIS的设计原则(1)SIS的工程设计应兼顾可靠性、可用性、可维护性、可追溯性和经济性，应防止设计不足或过度设计；(2)石油化工项目的SIS的安全完整性等级不宜高于SIL3级；(3)SIS应独立于基本过程控制系统，并应独立完成安全仪表功能；(4)SIS应设计成故障安全型，当系统内部产生故障时

6、，应能按设计预定方式，将过程转入安全状态；(5)SIS的逻辑控制器应具有硬件和软件自诊断功能；(6)SIS的中间环节应尽可能少；（7）逻辑控制器的中央处理单元、输入输出单元、通信单元及电源单元等，应采用冗余技术。3安全完整性等级（SIL）划分根据过程危险及可操作性分析，人员、过程、设备及设备的安全保护，以及安全完整性等级等要求确定安全仪表系统的功能。安全完整性等级可分为SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。安全完整性等级越高，安全仪表系统实现安全仪表功能的能力越强。一般情况下，石油化工工厂或装置的安全完整性等级最高为SIL3级。安全完整性等级评估的方法有保护层分析法（LOPA）、风险矩阵

7、法、校正的风险图法、经验法等。不同等级安全仪表冋路在设计时技术要求也不同。4安全仪表系统设计石油化工装置安全仪表系统主要用于实现一个或多个安全仪表功能，应由测量仪表、逻辑控制器和最终元件等组成。正常吋候安全仪表系统是不运转的，是“静态”系统，正常工况时，始终监测生产装置的运行状态，系统输出不变，对生产过程不产生影响。非正常工况吋，按照预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或者停车。因为要保护人和生产的安全，所以对安全