浅析石油化工安全仪表系统的设计要点

颜廷新

摘要：随着技术的不断进步，石化设备正逐步向智能化、集成化方向发展。新技术、新仪器的应用，不仅保证了生产的稳定性和安全性，而且大大提高了生产的效率和精度。由于化工企业生产过程复杂，内部气体易燃易爆，如果不对生产过程进行有效控制，会造成严重后果，因此有必要对这些设备进行精确控制。本文针对石油化工仪表系统的内容和设计原则，研究了仪表系统的设计，讨论了仪表系统的供电方案，为仪表系统的正常工作奠定了基础。

关键词：石油化工;安全仪表;系统;设计

0前言

随着经济的不断发展，石化企业的规模和生产设备的自动化程度不断扩大和更新。同时，石油化工行业的安全问题已经暴露出来，由于化工企业的危害更大，这需要引起人们的重视。有鉴于此，结合石油化工生产现状，详细介绍了安全仪表的内容，阐述了仪表系统的设计原理。在此基础上，完成了安全仪表系统的设计。最后讨论了仪器的供电方案，以保证仪器系统的正常运行。

1.      安全仪表系统的综述

所谓的安全仪表系统就是保证仪表安全运行的系统，主要是由逻辑运算器、传感器、执行软件以及配套的软件系统。一旦生产过程中出现报警，仪表的安全系统就会自动响应，自动执行安全保护程序，使得生产人员和装备处于安全的状态。在系统正常检测的时候，不同的参数表示不同安全程度，此时就要用安全度等级来表示，简称 SIL。SIL 实际上就是根据定额时间内和相同的条件下，安全仪表系统正常运行功能的概率情况，是国际上普遍采用的表征仪表系统可靠度的参数。

2.      安全仪表系统的设计原则

当对仪表的安全系统进行设计时，必须遵循以下几条基本原则，如下所示。

（1）       保证安全仪表系统的可靠性和准确性

在石油化工企业中，仪表工作环境比较复杂，不能够实现经常的更换，因此就需要设计的仪表安全系统能够长期稳定地运行。要实现这个目标，就必须全面的考虑设计情况，如硬件的选取，结构设计以及软件程序的运行等。如果系统出现错误的操作或者失去供电的情况下，都要能够保证系统的自行纠正或者自行学习，确保系统的正常运行。

（2）       安全仪表系统的功能键稳定性

当对石油化工的仪表进行设计的时候，要充分考虑所处的环境以及操作人员工作的情况，掌握第一手的现场资料，对工作仪表工作状况应及时地了解，这样才能保证仪表的功能顺利实现。仪表系统功能键的稳定性不仅能够满足对实施工况的检测，而且还能实现对突发状况的预警等。

（3）       安全仪表要方便维护和扩展

安全仪表的正常维护和保养可以很好地保证生产工艺的顺利进行。此功能的实现就需要对仪表的安装提出更高的要求。根据设计的简便和实用性原则，对设的仪表要能够满足简单安装、长期维护、稳定性高的特点。

3.      安全仪表系统的设计

安全仪表系统是由不同的硬件组装起来的，其能够快速地实现安全仪表所要执行的功能要求。根据功能要求的不同，我们将其分为传感器类的检测元件、逻辑运算器类的处理元件以及执行的元件。

（1）       传感器的设计

传感器的精确程度直接影响着系统的安全和灵敏度，因此对其进行设计有着非常重要的意义。为了不受到其他元件的干扰，采用独立设计原则和冗余设置原则，也就是第1级安全仪表传感器采用单一的，并且与DCS 公用;第2级的安全仪表传感器采用冗余的，并且与 DCS 是分开的;第3级的安全仪表传感器采用冗余的，并且与 DCS 是分开的。对于逻辑结构的选择，我们可以设置为应用性能时，采用或结构;当为安全性能时，采用与结构;当两者的性能都需要保证的时候，就需要采取三取二的格式。

（2）       逻辑运算器的设计

常用的逻辑运算器主要是由3种类型组成的，分别是可编程的电子系统、继电器系统以及二者的混合系统。当所选运算器为继电器系统时，整个系统的逻辑计算比较简单;当所选运算器为可编程的电子系统时，其可以很好地实现复杂功能的设计，并且与其他通信系统进行匹配。因此，很多的石油化工企业都配备了 SIL3级的冗余或容错可编程控制器。此逻辑运算器常用的结构为二取一的自带诊断性能、三取二结构以及双重化的二取一等。根据上面的设计要求，逻辑运算器的容错性能可以很好的识别和排除故障，保证系统按照正确的程序执行。

4.      安全仪表系统供电方案的探讨

在石油化工的供电系统中，经常采用的是交流220V、交流110V、直流24V 电源供电。如果不能正确地采用供电方式，就会导致一定的安全事故，影响系统运行。根据设计的要求研究了以下3种方式的供电情况。

（1）       DCS 系统与PLC 系统组成的双回路供电系统

分散的回路供电系统，能够保证整个监测系统的正常运行。除此之外，对关键部位的供电都要采取冗余和容错原则，分别独立的供电来源，不会发生一个出现故障而另外一个就不能工作的情况，使得系统的整体稳定性得到很大的提高。

（2）       直流供电的冗余配置

为了保证供电的经济性和安全性，对其设备供应的24V 直流电采用不同电源来获得，两者之间是并联形式和相互隔离的，并且加上解耦二极管。两路的电源分别来自不间断的稳压电源和市电。

（3）       单相交流220V 安全仪表供电方案

在石油化工企业中，所运用的监控仪表大多为分析仪表、位移仪等。对供电要求相对较低，从经济性来考虑的话，可以用市电的单相供电，降低了线路的复杂程度。在供电的时候，采取 STS 静态开关，其能很好地切换电源，提升了供电的可靠性。

5.      结语

本文介绍了安全仪表系统的内容，并根据安全等级来对仪表系统进行设计。通过对仪表设计原则的阐述，明确了设计方向和重点注意的对象。根据上面介绍，对安全仪表系统的各个部件进行设计，确定了传感器的类型、逻辑结构、执行元件的安装以及其他的接口設计，最后探讨了仪表供电系统的配置方案。通过上述的分析，可以发现合理的安全仪表系统不仅能够降低系统运行的风险，而且能够为企业带来更多的经济效益。

参考文献：

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[2]    张圣明.石油化工电气仪表安全供电系统探讨[J].化工管理，2016（15）：174.

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