影響安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖投用的原因探討

金斌,侯振林

(1. 中國石油遼陽石化公司 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整項目部，遼寧 遼陽 111003；

2. 中國石化集團 資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司 荊門分公司，湖北 荊門 448039)

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影響安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖投用的原因探討

金斌1,侯振林2

(1. 中國石油遼陽石化公司 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整項目部，遼寧 遼陽 111003；

2. 中國石化集團 資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司 荊門分公司，湖北 荊門 448039)

摘要：安全儀表系統(tǒng)在石油化工裝置的安全運行中起到重要作用，其聯(lián)鎖正常投用關(guān)系到生產(chǎn)裝置能否處于安全受控狀態(tài)。論述了安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖的分類，探討了影響安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖投用的原因，基于安全生命周期和安全完整性等級要求從基礎(chǔ)設(shè)計、現(xiàn)場施工、日常維護三個方面提出了提高安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖投用的有效措施和方法。

關(guān)鍵詞：安全聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性可用性安全生命周期

隨著現(xiàn)代化石油化工裝置復雜性和危險程度的逐步增加，對安全和控制的要求越來越高，安全儀表系統(tǒng)(SIS)在確保石油化工裝置的安全運行中起到重要作用。SIS獨立于過程控制系統(tǒng)，生產(chǎn)正常時處于休眠或靜止狀態(tài)，一旦生產(chǎn)裝置或設(shè)施出現(xiàn)可能導致安全事故的危險情況，能夠瞬間準確動作，使生產(chǎn)過程停止運行或自動導入預定的安全狀態(tài)，如果SIS失效，往往會導致嚴重的安全事故，因而確保SIS的聯(lián)鎖正常投用事關(guān)生產(chǎn)裝置能否處于安全受控狀態(tài)，提高SIS的聯(lián)鎖投用率對安全生產(chǎn)來說很關(guān)鍵，筆者從設(shè)計、應用和維護的角度來探討影響聯(lián)鎖投用率的原因及解決方法。

1影響聯(lián)鎖投用的相關(guān)安全儀表系統(tǒng)要求

1.1安全生命周期

安全生命周期工作包括工程方案設(shè)計，安全危險分析與風險評估， 保護層的安全功能分配，安全完整性等級(SIL)評估及審查，SIS技術(shù)要求，SIS基礎(chǔ)工程設(shè)計和詳細工程設(shè)計，SIS集成、調(diào)試及驗收測試，SIS操作維護與變更，SIS功能測試，SIS停用[1]。因此，SIS的有效性不是一勞永逸的，具有安全生命周期。SIS的聯(lián)鎖是否能夠很好地投用，與安全生命周期每個階段的工作息息相關(guān)。

1.2安全完整性等級

SIL包括硬件和系統(tǒng)的等級要求，可分為SIL1，SIL2，SIL3，SIL4四個等級[2]。在低要求操作模式時，SIL采用平均失效概率(PFDavg)來衡量；在高要求操作模式時，SIL應采用每小時危險失效頻率(PFH)衡量[1]。SIL評估方法應根據(jù)工藝過程復雜程度、國家現(xiàn)行標準、風險特性和降低風險的方法、人員經(jīng)驗等確定。合理的SIS配置，可在保障裝置生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上，既降低投資成本，同時降低后續(xù)的維護成本。若SIS配置不恰當，可能對生產(chǎn)帶來危害。SIL等級配置不足，SIS對生產(chǎn)裝置不能提供足夠的安全保護能力，將給裝置生產(chǎn)留下安全隱患；相反，若是保護過度，不但提高了SIS后續(xù)的維護成本，并可能因維護不足等導致頻繁的誤動作而引起裝置非計劃停車，造成較大的經(jīng)濟損失。因此，SIL設(shè)置的合理與否，將對聯(lián)鎖能否正常合理投用帶來很大的影響。

2安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖的分類

聯(lián)鎖保護系統(tǒng)是為確保生產(chǎn)裝置安全運行、減少事故、避免發(fā)生人身傷亡事故和設(shè)備損壞事故而設(shè)置的系統(tǒng)，主要分為三類： 工藝聯(lián)鎖、設(shè)備聯(lián)鎖和安全類聯(lián)鎖。

1) 工藝類聯(lián)鎖系統(tǒng)。為防止工藝運行參數(shù)超過規(guī)定的安全界限而設(shè)置的聯(lián)鎖，如： 物料的流量、壓力或溫度，容器液位、溫度或壓力，塔的液位、溫度或壓力，加熱爐和鍋爐溫度或壓力等聯(lián)鎖保護系統(tǒng)。

2) 設(shè)備類聯(lián)鎖系統(tǒng)。為防止轉(zhuǎn)動設(shè)備如壓縮機、高速泵等運行參數(shù)超過規(guī)定的安全界限而設(shè)置的聯(lián)鎖，如： 轉(zhuǎn)速、振動、位移、軸承或軸瓦溫度及潤滑油、干氣密封壓力、流量、密封油的油氣壓差等的聯(lián)鎖保護系統(tǒng)。

3) 安全環(huán)保類聯(lián)鎖系統(tǒng)。為防止安全運行參數(shù)超過規(guī)定的安全或環(huán)保界限而設(shè)置的聯(lián)鎖，如： 封閉式壓縮機廠房內(nèi)可燃氣報警器高報啟動排風扇，消防泵的自啟動等。

3安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖投用影響原因分析

3.1安全聯(lián)鎖可靠性和可用性問題

在安全聯(lián)鎖可靠性和可用性的選擇上可能會存在兩個極端，單純強調(diào)可靠性或可用性，沒有根據(jù)SIL的要求，對可用性和可靠性做出科學合理的選擇[3]。如石油化工過程的聯(lián)鎖動作元件電磁閥是以斷電為故障安全方式，在工藝過程正常運行時，電磁閥應勵磁工作。當系統(tǒng)要求高安全性時，調(diào)節(jié)閥或切斷閥配置冗余電磁閥時可選用圖1 a)所示配置方式，任意電磁閥的失電會使切斷閥處于安全關(guān)閉狀態(tài)。當系統(tǒng)要求高可用性時，調(diào)節(jié)閥或切斷閥配置冗余電磁閥時可選用圖1 b)所示配置方式，只有2個電磁閥同時失電才會使切斷閥處于安全關(guān)閉狀態(tài)。在實際應用過程中，往往在可靠性(安全性)和可用性的選擇上不夠科學合理，通常一提到聯(lián)鎖就強調(diào)高可靠性，造成聯(lián)鎖不必要的動作，影響了聯(lián)鎖的投用率。

圖1　切斷閥帶冗余電磁閥配置示意

3.2現(xiàn)場檢測儀表應用問題

現(xiàn)場檢測儀表應用出現(xiàn)的問題可分為工藝類和設(shè)備類：

1) 工藝類出現(xiàn)的問題往往是工況、工藝介質(zhì)發(fā)生較大變化和儀表選型、安裝不合理等原因?qū)е碌穆?lián)鎖無法正常投用的問題。如工藝進料流量測量采用孔板為一次元件的差壓式測量方式，由于工藝運行不正常，致使物料中含水量加大，導致介質(zhì)密度發(fā)生變化，使測量不準，特別是冬季還會發(fā)生儀表取壓管線凍堵，這些都導致了儀表聯(lián)鎖無法正常投用；這類問題需要在設(shè)計、選型、安裝和維護時及早發(fā)現(xiàn)并解決。

2) 設(shè)備類的聯(lián)鎖問題更多出現(xiàn)在機組振動、位移、軸承或軸瓦溫度測量上，通常為安裝問題。這些檢測儀表大多埋在軸瓦里面，如果因為振動、摩擦等原因造成傳感器引線發(fā)生磨損破皮，絕緣性遭到破壞，導致檢測信號發(fā)生故障，這類聯(lián)鎖只能臨時解除，待機組檢修時處理，這需要在安裝時規(guī)范安裝加以解決。

3.3干擾問題

干擾帶來的影響聯(lián)鎖正常投用的問題較難解決，故障的查找也較困難。干擾可分為對現(xiàn)場輸入、輸出信號的干擾和對SIS的干擾。前者的解決方案是采用隔離柵解決，對于開關(guān)量信號，解決干擾問題的方法采用繼電器隔離方式。以DI信號的干擾為例，根據(jù)現(xiàn)場的維護經(jīng)驗，曾發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的干擾竄進DI信號回路，使卡件有時無法判斷輸入為0還是為1，產(chǎn)生聯(lián)鎖誤動作；究其原因是當進入卡件的電壓在大于VA時，卡件判斷輸入為閉合為1，當進入卡件的電壓在小于VB時，卡件判斷輸入為斷開為0，當進入卡件的電壓在VA~VB時，卡件將無法判斷信號是1還是0，這時系統(tǒng)發(fā)生錯誤報警，當采用繼電器隔離后，徹底隔離干擾因素，使問題得到解決。對于SIS的干擾更多是系統(tǒng)接地不規(guī)范帶來的問題，通常為安全地、信號地接線混亂以及接地沒有達到規(guī)范要求，工作地和保護地的接地線必須匯總到各自的接地總板，然后再由各自的接地總板匯總到總接地板，同時一定注意接地線間保持絕緣[4]。

3.4管理問題

在日常生產(chǎn)中，操作人員常把操作站的軟旁路開關(guān)和輔助操作臺上的硬旁路開關(guān)打到旁路位置，還存在工藝和設(shè)備聯(lián)鎖切除后條件正常時未及時將狀態(tài)恢復的情況，人為造成聯(lián)鎖投用率低。這需要在日常的工作中嚴格執(zhí)行聯(lián)鎖管理制度，杜絕該類問題的發(fā)生。

4結(jié)束語

通過對影響SIS聯(lián)鎖投用率原因的探討，總結(jié)如下：

1) 在SIS設(shè)計時要充分考慮其安全生命周期各個階段的任務(wù)和要達到的目標，要特別關(guān)注工程方案設(shè)計、SIL評估及審查、SIS技術(shù)要求，在工程的基礎(chǔ)設(shè)計和詳細設(shè)計階段要根據(jù)工況的要求充分考慮儀表的選型和對系統(tǒng)的要求。

2) 在現(xiàn)場施工階段需按照規(guī)范和設(shè)計圖紙的要求進行規(guī)范施工，對儀表接地施工要特別注意。

3) 在日常維護中要加強SIS的管理，嚴格執(zhí)行工作票制度，確保SIS受控。

參考文獻：

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中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)06-0079-02

作者簡介：金斌(1968—)，男，畢業(yè)于遼寧石油化工大學計算機科學與技術(shù)專業(yè)，獲學士學位，現(xiàn)就職于中國石油遼陽石化公司產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整項目部，主要研究方向為SIS的工廠應用和大型機組的解耦控制，任高級工程師，公司儀表專項技術(shù)專家。

稿件收到日期：2015-10-10。