化工企业安全仪表系统设计及应用研究

2016-03-13田帅吉林省松原石油化工股份有限公司吉林松原138000

化工管理 2016年22期

田帅（吉林省松原石油化工股份有限公司，吉林松原 138000）

化工企业安全仪表系统设计及应用研究

田帅（吉林省松原石油化工股份有限公司，吉林松原 138000）

伴随着自动化技术的日渐发展，化工企业也开始进入自动化的设备，以提升生产效率，确保安全生产。安全仪表系统就是自动化技术的最好体现，其主要安装在化工生产装置中，通过监控和自动化的调节功能，降低安全生产隐患。文章重点就化工企业安全仪表系统的设计及应用展开探究。

化工企业；安全仪表系统；设计原则；应用

1 安全仪表系统的概念及等级划分

安全仪表系统的主要组成部分有逻辑控制器、传感器以及执行器等，主要用于确保日常生产的安全性。一旦出现异常状况，仪表系统就能够立即发出警告，并自动调整，直到回归到正常状态，避免安全问题扩大化。对于安全仪表系统的安全性能，通常可以采取安全完整性等级（SIL）来予以衡量。一般来说，安全仪表系统的等级主要包括了SIL 1、SIL 2、SIL 3、SIL 4等四个等级，其中等级最高的当属SIL 4，也就是该等级的安全仪表系统的功能最为强大，灵敏度最高，能够检测出其他三种等级无法检测出的危险状况。对于化工企业来说，通常其装置的安全完整性等级最高情况下属于SIL 3级。

2 安全仪表系统设计应遵循的基本原则

（1）测量仪表应遵循的设计原则在安全仪表系统中，测量仪表是十分重要的一项内容。通常在安全仪表系统中，不采用开关仪表，而是多采用模拟量测量仪表，诸如流量和压力等的测量。针对测量仪表的设计，可以依据不同的设计原则来展开设计活动。第一，依据独立设置原则。针对SIL 3级的安全仪表，应确保其和基本的控制系统完全分开，实现测量仪表的完全独立控制。针对SIL 2级的安全仪表，通常也是建议测量仪表和基本的控制系统分开设计，不过这并非是绝对标准。针对SIL 1级的安全仪表，则在设计的时候，可以让测量仪表和基本控制系统共用。第二，依据测量仪表的冗余设计原则。SIL 3级以及SIL 2级的安全仪表主要利用冗余测量仪表来进行设计，而对于SIL 1级的安全仪表则可以采用单一测量的仪表来设计。

（2）最终元件应遵循的设计原则电机、控制阀以及电磁阀是安全仪表系统中的最终元件，其设计原则也主要分为冗余设计原则和独立设计原则两种。第一，冗余设计原则。SIL 3级的安全仪表应该采用冗余控制阀，SIL 2级的安全仪表最好也采用冗余控制阀，效果相对较好，SIL 1级的安全仪表则采用单一控制阀即可。第二，独立设置原则。SIL 3级的安全仪表需要确保控制阀和基本控制系统完全分开，而SIL 2级的安全仪表，则最好是采用测量仪表和基本控制系统分开的设计方式，往往能取得较好的控制效果。针对SIL 1级的安全仪表，可以设计为测量仪表和基本控制系统共用的形式，不过需要确保安全仪表系统能够得到优先运行。

（3）逻辑控制器应遵循的基本原则逻辑控制器作为安全仪表系统中起到逻辑功能的零件，通常可以利用可编程的电子系统来实现控制功能。其主要设计原则也是独立设计原则和冗余设计原则两种。第一，依据逻辑控制器的独立设计原则。SIL 3级以及SIL 2级的安全仪表，应将逻辑控制器和基本的控制系统分开设计，而对于SIL 1级的安全仪表，最好能够分开设计逻辑控制器和基本控制系统。第二，依据逻辑控制器的冗余设计原则。SIL 3级安全仪表必须采用冗余逻辑控制器，SIL 2级安全仪表最好采用冗余逻辑控制器，SIL 1级则可以采取冗余逻辑控制器。

3 安全仪表系统在化工生产中的应用实例

某化工企业主要进行氨项目的合成生产，其主要工艺流程为：天然气压缩以及脱硫处理→一段转化→二段转化→CO高低温的变换→MEDA脱碳→甲烷化→氨合成→氨冷冻。

在该化工企业中，为确保安全生产，降低安全事故，企业重点打造了较高水平的自动化生产设备。并设置了集中显示以及控制回路，同时依据工艺的需求，设置了相应的联锁回路，提升了测量的精度、稳定性和可靠性。该化工装置主要采用了和利用K系列的硬件以及MACS软件构成的DCS过程控制系统，并运用TRICON三重冗余容错技术的逻辑控制系统，实现了安全仪表的相关功能。

安全仪表系统和基本过程控制系统相互独立，但是并非完全分类。SIL 1级的测量回路首先经由安全仪表系统（SIS）安全栅一进二出，一路信号进入SIS，通过逻辑判断之后输出，而另外一路则经过盘间线进入到DCS系统中，实现对过程的全面监控。SIL 3级以及SIL 2级采取了和过程控制系统（DCS）完全独立的设计方式，采取的是三取二测量的控制回路，直接进入到SIS中进行逻辑的判断以及输出。不仅能够确保整个化工系统的安全性，还能够最大限度的降低化工装置的成本，实现了较好的经济效益。