石油化工安全仪表系统的设计与可靠性分析

2020-01-12万丽梅

化工设计通讯 2020年8期

万丽梅

（九江石化设计工程有限公司南昌分公司，江西南昌 330096)

现在的石油化工行业逐渐步入了自动化时期，随之而来的问题就是要更加关注安全问题，加大相关管理制度的力度。在石油化工行业的设备运输路途中也要保证没有问题，而且必须在生产时就对安全仪表系统的质量做好把控，保证质量方面没有问题，同时确保不会出现意外的事故。

1 建立石化安全仪表系统的基本原则

1.1 确保仪表系统可靠且稳定

安全仪表系统是十分特殊的，而且它的功能也比较独特，所以在设计该系统时，第一要务就是系统安全、可靠、且稳定的运行。这是开发仪器安全系统时必须遵守的重要原则。为了实现该原则，必须仔细考虑系统设计，包括组件选择，软件编程和其他因素，以确保设备的绝对系统安全。在启动和停止生产设备测量系统的阶段以及执行和维护期间，必须能够保证人员的健康安全和设备的环境安全。对于任何可能导致故障的不可抗力因素，安全工具系统必须给出正确的判断和适当的指令，并且能够在事故出现的第一时间进行阻止，以防止事故更加严重或波及范围更大，并最大限度地减少损害和后期维护成本。

1.2 安全仪表系统必须有三个特性

三个特性是指稳定、安全和科学。石化企业在生产经营过程中，必须保证系统具备这些特性，这样才能保证生产项目及时有序的完成。在企业建立初期就应建立安全仪表系统。还必须结合行业发展进度而进行适当的更新、检查和处理，以确保仪表系统更加稳定并且与时俱进，最主要的是可以满足行业标准。在开始设计系统时，就应考虑过程各个部分之间的特定通信措施，以及各种组件的选择，以确保每个组件都能满足安全仪表系统的具体要求。在实际设计期间，为确保安全仪表系统始终保持良好的工作状态，应充分分析特殊的工作条件对仪表的影响，并扩大操作员的综合能力，以在操作过程中做好分析工作，避免影响公司内部管理。影响安全仪表系统的因素很多，因此，在一段时间的设计中，必须首先提高石化行业仪表的稳定性，加强仪表系统本身的管理和维护，并合理控制各种可能的突发事件。

2 安全仪表系统的可靠性和容错性设计

对于仪表系统的设计，如果涉及了石油化工系统，则开发人员必须事先保护已经测试过的设备，同时对与设备操作相关的过程及行为进行彻底的分析。根据评估的内容，将详细介绍用于评估整体安全仪表以及其安全系统的工作中。此外，如果在分析和评估过程中发现了安全性较低的仪表系统，则必须将系统设计集成到DCS中，以便智能地控制系统设计的成本。另外，对于故障率高的设备及仪表，在生产中的不当使用不仅会构成很大的威胁，而且直接影响生产订单的发货，此有必要进行安全工具系统的设计。同时检查特定周期功能的安全指标，保证生产的安全性和可靠性[1]。

3 石油化工安全仪表系统的计划和实际运行

3.1 分类和型号的选择

在仪器安全系统中，技术的选择也不同。可以选择简单的操作技术、电子技术、可编程技术，当然也可以使用更复杂的混合技术。当带有安全设备的系统选择电子和电气技术时，继电器是在此状态下完成整个逻辑连锁过程的主要工具。但是，这只能满足相对简单的安全性要求。对于较复杂的技术，它们不能及时解决，因此这两种技术都有一定的局限性。既然工业安全的重要性变得越来越重要，PES技术的成熟使其成为各种系统应用程序的首选。领先的制造企业已开始采用PES技术来实现安全连锁功能。但是仍有一些限制。继电器不能在以下状态下使用：计时器功能和阻止功能；使用高负载，频繁的状态更改和庞大的逻辑系统时[2]。

3.2 进行适当的集成设置

如果SIF级别的特定要求是3级，并且配置逻辑的实际控制就是3，则传感器故障的可能性是达到2级，末端执行器也是2级，并且整个系统安全级别是2级，因此，可以满足相关要求。此时，冗余传感器配置的安全级别（例如，使用冗余采取两种方法）可以达到3级。同时，电磁阀或执行器也可以冗余配置，以提高执行器的安全等级，使其达到3级，使整个系统在使用过程中的安全性可以满足人们的需求。操作人员应特别注意以下事实：如果在系统设计中使用具有两个传感器和两个冗余传感器的结构，则必须保证所使用的两个传感器的性能符合应用程序要求的标准。一个传感器出现问题将导致两个传感器的故障。与单个传感器相比，使用带有两个传感器的冗余配置不能提高SIL级别。对于具有不同功能的驱动器，冗余配置要求也将有所不同，例如，禁用了使用的驱动器功能，并且将同一管道中的两个驱动器串联连接。在此过程中，可以提高驱动器的SIL。如果驱动器功能不固定，并且两个驱动器串联在同一根管道上，则无法提高驱动器的SIL。因此，在分析具体问题的过程中，应基于实际情况。通过冗余配置盲目更新SIL是不切实际的[3]。

3.3 对传感器冗余的科学计划

至于冗余配置，它在仪表系统中占有重要地位，也是系统设计的主要内容，但是，冗余设计并不适合所有传感器。SIL被认为是传感器故障概率的基本要求。如果安全仪表系统中的传感器符合此要求，则应选择集成传感器，以便安全仪表系统可以满足设计要求。当传感器不能满足SIL要求时，此时应加强冗余传感器的使用。但是，在使用冗余传感器时，必须充分考虑系统的安全性，同时将阻塞效应和频率放大作为合理使用逻辑结构的基础，必须这样做才能确保系统的完全适用性。考虑到这一点的同时，还必须确保对仪表系统的可靠保护，因此，在实践中，应正确使用逻辑结构[4]。

3.4 逻辑运算设计

为了确保石化安全仪器的可靠性和安全性，需要具有LIL3容错结构或冗余结构的可编程控制器，例如逻辑计算器。通常，此LIL3安全级别的逻辑运算符的结构如下：两个接受一个自我诊断1oo2D；另一个接受一个自我诊断。三自带2自诊断2oo3；两者都具有自我诊断功能，在这种情况下为2oo4D。容错系统具有内部冗余继承逻辑和并行组件。并且，如果在系统运行时发生事故，它可以首先自动识别事故的发生，并进入要忽略的错误状态，然后继续满足指定功能的要求。石化系统的安全性涵盖所有方面，在这里仅介绍一些基本概念作为一般性介绍。为了完成确保安全的工作，仅信任少数人的观点是不现实的，为此必须有一个团队来进行此工作。为了石油化学仪器仪表正常工作，设计部门需要一个专家团队，另外，还需要与所有者、制造商和建筑部门保持良好的关系才能创建一个好的工作环境。最重要的是，需要对其进行适当的管理。只有正确的管理才能保证对安全问题的合理解决，这在整个过程中都是必需的[5]。