安全仪表系统在化工装置中的应用分析

张晓伟(云南化工设计院有限公司，云南 昆明 650041)

1 安全仪表系统简述

安全仪表系统也被称为过程控制系统，是一种用于生产的自动化控制系统。主要包括紧急停堆系统、消防及气体保护系统、仪器保护系统等等。它为石油、化工、电力、环保、储运等行业提供了一道安全屏障。一种用于生产的自动化控制系统，称为过程控制系统(BPCS)，然而，就安全仪表系统而言，它是一个完整的控制系统，与过程控制系统相对。广义的SIS 包括紧急停堆系统(ESD)、消防及气体保护系统(FGS)、燃烧器管理系统(BMS)、安全联锁系统(SIS)，仪器保护系统(IPS)等，它是石油、化工、发电、环保、储运等行业重要的安全防护屏障之一。不像 BPCS, SIS 只关注于安全性，当所有安全预防措施都失效时， SIS 是最后的保证。国家安全局必须立即采取措施，确保所有执行者处于安全位置。

2 安全仪表系统的重要性

2.1 危险警报及时性

化工过程装置中，在安全仪表检测到数值变化时，安全仪表系统与自动报警系统连接。当数字处于安全范围之外时，仪器设备相应的安全报警系统能及时报警，立即提醒技术员去检查相关部位，协助技术员快速判断特定事故因素的变化，确定故障地点。

2.2 自动化安全系统

在化工过程装置中实现安全仪表系统自动化将是仪表行业发展的必然趋势，科技不断进步，保安仪表系统已连接到计算机系统上，微型计算机技术操作平台不仅可以实时监测和操作安全仪器系统。

2.3 减少事故的发生率

化学工业过程装置中，由于缺乏相应的安全检测手段，给操作化学工业过程带来了安全隐患；设置安全仪表系统，可有效减少因装置故障所引起操作事故，装上安全仪表，既能及时提示操作者，又可以通过具体的数值隐患提醒操作人员，有针对性地进行检测、维修和改进，使操作人员时刻保持化工工艺装置的完善性、安全性和有效性。

3 化工自动化仪表常见故障

3.1 压力测量仪的故障

压力仪常见的故障有管道堵塞、膜片磨损和变形等。这主要是由于压力计的工作原理所致。压力仪的工作原理是通过内部感测元件感应压力变化而引起外部变形，以电讯号码的形式传送变化状态。压力测量仪压力接触点必须接触良好，才能保证测量精度。使得感测元件能有效感知变形变化。它要求接线部连接紧密，机械传动部分保持完整，清洁，不腐蚀，不变形，不损坏。每天在使用和工作过程中，员工应该定期检查，以防止出现故障。

3.2 流量测量仪表

流量计的种类很多，故障形式也很多。但在流量计发生故障时，主要表现为流量计的波动很大，数值很不稳定。总而言之，流量计故障主要是基于参数的变化，最常见的参数变化有密度、粘度、雷诺数等。

3.3 温度测量仪表

测温故障主要是温度指示灯在高低两个方向都亮，没有变化。测温仪常见的故障主要有热阻故障和热电偶故障。由于高温会造成这些部件的零件短路，并且由于接触不良，现有温度计的制造工艺及保护管的结构也会导致其失效。

3.4 液位测量仪的故障

按照测量原理，液位测量仪器可以分为各种类型。主要包括常用浮力液位测量仪、超声波液位测量仪等。与不同的液位测量仪器相应，其故障类型可分为液面波动大，测量值大小等几种。判断故障的主要方法是通过目镜观察来检测液位测量仪。

4 安全仪表设计的基本要求

4.1 严格控制安全仪表的使用周期

SIS 系统生命周期包括 HAZOP 分析、SIL 定级、方案设计、SIL 验算 / 验证、运行管理等阶段。设计人员做好安全仪表周期设计，确立安全仪表应用维护的相关措施，例如制定定期测试维护保养制度并严格执行，制定严格的 SIS 系统投用和摘除制度，制定相关部门或领导的审批权限，制定操作人员的巡回检查制度等等，这些措施能够起到延长仪表应用生命周期的作用，同时能够起到促进整体系统的安全性与可靠性逐渐增强的作用。

4.2 不断提升设计技术性，走好检测工作

安全仪表应用监测阶段的技术管控工作是十分必要的，将其合理性与有效性有机结合起来。设计人员需要具备化工专业基础知识，全面了解仪表应用性能。在仪表设计工作结束之后加强检测，将仪表应用阶段可能存在的问题进行分析处理，经过后续的实验做好问题的规避处理。在检测完成之后进行安装应用，设计人员还需要事先做好仪表的调试，以增强仪表安全与化工装置应用之间的契合性。

5 在化工工艺装置中安全仪表系统的具体应用策略

5.1 危险评价

以 HAZOP 分析系统在 SIS 中的应用为例，仪器设备的数值计算采用了风险矩阵，设置特定计算数据的风险等级。化学工艺流程装置运行中故障判定方法，及时进行有针对性的修理和改进，在可能的情况下确保设备运行安全，识别安全仪表系统的风险等级，重点是建立风险标准，与不同数据相应的风险标准，设计人员应根据一系列化工工艺装置的数据进行检验，根据风险评估方法，使系统能够迅速进行相关的风险测量。

5.2 可用性判断

安检仪系统监测和检查化工设备的安全性；并提高设备的使用标准。首先，安全仪表系统要求立即改变某一设备的特定值，检查和维护人员将根据该值对设备进行维修或更换相关部件，以确保设备长期有效运行。安全仪表系统的应用，提高了化工过程设备的实用性。

5.3 提高化工过程设备的操作安全性

利用安全仪表系统，判断化工工艺装置是否安全，化工工艺装置在运行过程中会受到人为操作的影响，造成设备失效，如操作员未能及时发现其操作错误，使用安全仪表系统、提高设备运行的安全性检测水平，对设备运行中的故障点进行实时监测，报警器启动后，及时启动保护，断开电源，减少设备故障对置元件的破坏。

5.4 推进控制系统集成发展

随着科技水平的不断提高，安全仪表系统在化工工艺装置中的应用，将安全仪表系统与专用设备控制系统结合起来，加强了对安全仪表系统应用的研究，推动装控系统的一体化发展，在多种控制系统的配合下，使整个仪表系统发挥最大效益，企业化工工艺设备的运输效率得到提高，企业生产实力得到不断增强。

5.5 控制维护成本

安全仪表系统在运行阶段也会产生一些故障运行问题，但仪表会应用自身系统软件功能实现故障排查。这样对于该系统来讲仪表应用的效率就会大大增强，显然这种特性是智能化特征的具体表现。安全仪表智能化的应用，将自身的故障问题诊断工作逐渐加强，并提供必要的问题处理方案，维护成本将大大降低，且效率大大提高。根据 SIS 系统的运行要求，化工厂的安全仪表系统需要定期检测，从而提高安全仪表系统的准确性和可靠性，充分发挥其应用价值。

5.6 安全指导工作

安全仪表系统在化工生产过程中的应用，能够给装置提供暂停连锁控制保护装置，如果是按照正常的程序操作，SIS 系统不起作用。它的作用是不负责工艺控制，只在危险时触发安全动作(失电或通电)，是“需要动作时必须动作，而不需要动作时必须一动不动”，安全仪表功能是与安全回路相关，而不是一个部件或设备。

5.7 系统集成化要求

安全仪表系统必须与控制系统(DCS、PLC 等系统)分开，单独设立。在 SIS 系统设计前期，必须对装置的每个回路进行完整性等级评定，即 SIL 等级定级。SIL 等级共分 4 个等级。SIL1 等级最低，SIL4 等级最高。在这种系统应用体系支撑之下，如果是运行要求相对较低且规模较小的化工厂，经过对一系列的安全问题的排查与预防控制，利用合理有效的管控举措，能够将诸多风险性问题全面有效解决。

6 结语

现阶段多数企业已经认识到安全仪表系统应用的价值作用，通过在设计阶段控制应用周期，后续加强检测性实验应用，加强仪表运行的稳定性与可靠性，能够在化工生产中发挥其安全保障作用，给化工行业的全面发展奠定良好的基础条件。