安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

劉林

摘要：安全問(wèn)題在石油化工裝置設(shè)計(jì)與運(yùn)行中得到越來(lái)越多的重視。目前很多化工裝置在設(shè)計(jì)和改造中增加了危險(xiǎn)與可操作性研究（HAZOP），確定安全完整性等級(jí)（SIL）等。安全儀表系統(tǒng)（SIS）是一個(gè)必須獨(dú)立于過(guò)程控制系統(tǒng)專用于安全操作的控制系統(tǒng)。從安全角度出發(fā)，化工生產(chǎn)過(guò)程自身存在著固有的風(fēng)險(xiǎn)，SIS是一種經(jīng)過(guò)專門(mén)機(jī)構(gòu)認(rèn)證，具有一定安全完整性水平，用于降低生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)的儀表安全保護(hù)系統(tǒng)。對(duì)化工裝置的安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行合理有效的分析和設(shè)計(jì)，是保證安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：安全儀表；化工裝置；設(shè)計(jì)

1石油化工行業(yè)常用自動(dòng)化儀表分析

1.1壓力檢測(cè)儀表

此類儀表大多用于檢測(cè)液體與氣體的壓強(qiáng)。通常，壓力檢測(cè)儀表是由導(dǎo)通裝置、測(cè)量裝置、信息采集裝置構(gòu)成的。壓力檢測(cè)儀表檢測(cè)準(zhǔn)確度較高，承載壓力較大。同時(shí)，如果工作人員把壓力檢測(cè)系統(tǒng)與操作裝置連接在一起，可以有效控制單位時(shí)間內(nèi)液體流量，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，并且詳細(xì)記錄在相應(yīng)表格中。

1.2溫度檢測(cè)儀表

石油化工企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，常常會(huì)使用溫度檢測(cè)設(shè)備，而溫度檢測(cè)儀表中蘊(yùn)含大量電子元器件，可使用電力系統(tǒng)控制其運(yùn)行狀態(tài)。為檢測(cè)溫度，需利用傳感器。隨著電壓的逐漸升高，阻值較大的電子元器件將出現(xiàn)發(fā)熱情況，傳感器在獲取這一信息之后，將這些信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)溫度的目的。通常情況下，溫度檢測(cè)儀表在高溫或低溫環(huán)境運(yùn)行，且溫度變化不會(huì)影響其檢測(cè)精度（溫度檢測(cè)儀表測(cè)量部分可承受1600℃）。

1.3流量檢測(cè)儀表

流量檢測(cè)儀表可嚴(yán)格控制石油化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的原材料添加比例，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量。此類儀表中包含了大量先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備，如超聲技術(shù)和設(shè)備等。同時(shí)，不同流量檢測(cè)儀表的檢測(cè)原理不同，因而不同流量檢測(cè)儀表的使用方法均不相同，部分流量檢測(cè)儀表需通過(guò)詳細(xì)計(jì)算才可獲得精確測(cè)量結(jié)果。因?yàn)橛绊憸y(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的因素較多，因而技術(shù)人員需依據(jù)實(shí)際情況調(diào)試流量檢測(cè)儀表。

2確定安全完整性等級(jí)

全儀表系統(tǒng)是由一個(gè)或多個(gè)安全儀表功能（SIF）組成；每一個(gè)SIF回路需要降低風(fēng)險(xiǎn)的水平用SIL表示。安全完整性等級(jí)（SIL）是對(duì)安全儀表系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)的一種量化等級(jí)，SIL等級(jí)越高，SIS的平均故障率越低，可靠性越強(qiáng)。SIL等級(jí)可根據(jù)HAZOP分析確定。

HAZOP能夠預(yù)期分析并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將危險(xiǎn)消滅在最初階段，既適用于設(shè)計(jì)階段，又適用于現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置。HAZOP分析是一種辨識(shí)設(shè)計(jì)缺陷、工藝過(guò)程危害及操作性問(wèn)題的結(jié)構(gòu)化分析方法，方法的本質(zhì)就是通過(guò)系列的會(huì)議對(duì)工藝圖紙和操作規(guī)程進(jìn)行分析。在這個(gè)過(guò)程中，由各專業(yè)人員組成的分析組按規(guī)定的方式系統(tǒng)的研究每一個(gè)單元（即分析節(jié)點(diǎn)），分析偏離設(shè)計(jì)工藝條件的偏差所導(dǎo)致的危險(xiǎn)和可操作性問(wèn)題。

HAZOP分析可以找出裝置在設(shè)計(jì)中存在的隱患，而隨著風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)發(fā)展，將風(fēng)險(xiǎn)矩陣應(yīng)用于HAZOP分析形成了一種新的分析方法，即HAZOP風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，利用事故的后果嚴(yán)重等級(jí)和事故發(fā)生頻率等級(jí)在風(fēng)險(xiǎn)矩陣中計(jì)算事故的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3聯(lián)鎖邏輯

SIS的聯(lián)鎖邏輯應(yīng)為故障安全型。SIS的檢測(cè)元件以及最終執(zhí)行元件在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁，在系統(tǒng)不正常時(shí)非勵(lì)磁。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全狀態(tài)，從而避免由于SIS自身故障或者停電等原因使生產(chǎn)裝置處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

聯(lián)鎖系統(tǒng)回路中的6臺(tái)壓力變送器分為兩組，每組進(jìn)行邏輯三選二的冗余設(shè)計(jì)，若有一組三選二之后輸出高報(bào)則聯(lián)鎖切斷閥門(mén)。該聯(lián)鎖中設(shè)置了聯(lián)鎖投用開(kāi)關(guān)，也可叫維護(hù)旁路開(kāi)關(guān)。由于在旁路狀態(tài)下SIF功能及其安全完整性都是受限的，因此旁路操作本身應(yīng)該有報(bào)警、記錄和顯示，不能用作安全防護(hù)層的功能。手動(dòng)復(fù)位按鈕在使用前應(yīng)保證工藝過(guò)程在安全狀態(tài)，最終執(zhí)行元件在所有的聯(lián)鎖初始條件恢復(fù)到正常狀態(tài)前不得復(fù)位。

4化工自動(dòng)化儀表的調(diào)試技術(shù)

在完成化工自動(dòng)化儀表的安裝工作之后，工作人員需要對(duì)已經(jīng)完成安裝的儀表進(jìn)行調(diào)試，從而確定其是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。常見(jiàn)的調(diào)試方式為以下兩個(gè)方面。

4.1氣動(dòng)閥門(mén)調(diào)試方法

氣動(dòng)閥門(mén)是自動(dòng)化儀表重要的控制環(huán)節(jié)，在完成安裝之后，工作人員需要第一時(shí)間對(duì)其進(jìn)行調(diào)試觀察，從而準(zhǔn)確無(wú)誤地發(fā)現(xiàn)安裝的儀表裝置是否存在漏洞和不足。在實(shí)際的檢查調(diào)試當(dāng)中，工作人員首先需要確認(rèn)氣源與閥門(mén)已可靠連接，檢查氣源無(wú)泄漏且壓力穩(wěn)定，然后打開(kāi)氣源球閥，觀察其內(nèi)部的氣源壓力狀況。正常運(yùn)行狀態(tài)下的儀表閥門(mén)，其內(nèi)部的氣源壓力能夠始終維持在正常值范圍之內(nèi)，工作人員通過(guò)比對(duì)方式能夠了解當(dāng)前階段的設(shè)備狀態(tài)，一旦設(shè)備內(nèi)部的氣源壓力出現(xiàn)異常，閥門(mén)執(zhí)行動(dòng)作過(guò)程會(huì)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致閥門(mén)無(wú)法正常運(yùn)行；隨后工作人員還需要在儀表通電后進(jìn)行電磁閥、定位器的檢查調(diào)試，通電狀態(tài)之下，儀表設(shè)備的電磁閥、定位器應(yīng)當(dāng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)之中，斷電之后可以觀察閥門(mén)動(dòng)作情況，根據(jù)閥門(mén)運(yùn)行狀態(tài)的改變情況，判斷閥門(mén)儀表附件是否正常投用，一旦沒(méi)有達(dá)到運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，則表明當(dāng)前儀表電磁閥、定位器及氣源控制回路存在缺陷，需要進(jìn)行積極調(diào)整。

4.2電磁流量計(jì)的調(diào)試方法

與其他類型的儀表調(diào)試存在差異，電磁流量計(jì)的調(diào)試方法相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于工作人員來(lái)說(shuō)容易發(fā)生錯(cuò)誤。常見(jiàn)的錯(cuò)誤包括空氣開(kāi)關(guān)跳閘和轉(zhuǎn)換器故障兩種，調(diào)試工作人員需要對(duì)顯示數(shù)據(jù)情況以及信號(hào)反饋情況是否處于正常狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試，檢查流量計(jì)內(nèi)部設(shè)置參數(shù)是否正確。例如可以采用萬(wàn)用表工具，對(duì)電磁流量計(jì)的電源線進(jìn)行檢測(cè)，并分析其電阻狀態(tài)，判斷是否已經(jīng)發(fā)生了短路問(wèn)題，電磁流量計(jì)接地是否存在問(wèn)題，通常情況下，影響儀表正常使用的主要因素都與短路及接地及參數(shù)設(shè)置等因素有關(guān)。

5常見(jiàn)儀表調(diào)試的注意事項(xiàng)

5.1單體調(diào)試要在儀表聯(lián)調(diào)之前進(jìn)行，并且還要對(duì)閥門(mén)進(jìn)行相應(yīng)的水壓試驗(yàn)，對(duì)流量計(jì)等儀表進(jìn)行資質(zhì)檢測(cè)，同時(shí)要求生產(chǎn)單位提供相應(yīng)的質(zhì)量證書(shū)以及檢驗(yàn)報(bào)告。當(dāng)所用儀表的檢查工作結(jié)束后，確保儀表質(zhì)量合格之后才能進(jìn)行相應(yīng)的安裝工作。這樣一來(lái)，可以防止儀表出廠質(zhì)量不合格對(duì)安裝、調(diào)試工作造成的不良影響。

5.2具體調(diào)試工作中，如果裝置具有相應(yīng)的報(bào)警、聯(lián)鎖功能，那么技術(shù)人員要對(duì)儀表的報(bào)警點(diǎn)、聯(lián)鎖功能進(jìn)行全面的檢測(cè)，進(jìn)而可以降低回路遺漏所導(dǎo)致的人力、物力資源的浪費(fèi)。此外，調(diào)試環(huán)節(jié)中還要嚴(yán)格按照系統(tǒng)的回路圖對(duì)回路進(jìn)行逐個(gè)的開(kāi)通，調(diào)試工作結(jié)束時(shí)，確保儀表合格后要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)掛牌，進(jìn)而可以防止工作疏忽所導(dǎo)致的儀表線路短路或者使保險(xiǎn)燒毀等問(wèn)題。

5.3在進(jìn)行調(diào)節(jié)閥、切斷閥的啟動(dòng)時(shí)，要先對(duì)儀表風(fēng)線進(jìn)行相應(yīng)的吹掃試壓工作，以降低風(fēng)線雜質(zhì)對(duì)于閥門(mén)的損壞。此外，在進(jìn)行組件或者是卡件的更換工作時(shí)，也要嚴(yán)格按照儀表產(chǎn)商所提供的說(shuō)明書(shū)進(jìn)行相應(yīng)的操作，防止出現(xiàn)設(shè)備損毀等問(wèn)題。石油化工裝置的電源狀況大多是24VDC，但是也有不同的流量表、液位表、分析儀表使用的電源是220VAC。因而，調(diào)試環(huán)節(jié)中要做好各種儀表的圖紙查看工作，并且要對(duì)線路檢查工作引起重視。

5.4調(diào)試環(huán)節(jié)中要對(duì)儀表參數(shù)以及監(jiān)測(cè)報(bào)警方面引起重視，不同設(shè)備的調(diào)試要選擇合理的方法與技術(shù)。比如在調(diào)試工作前要對(duì)儀表參數(shù)進(jìn)行了解。一些石油化工裝置具備監(jiān)測(cè)報(bào)警功能，還有的裝置具備預(yù)警、聯(lián)鎖等一系列的功能。具體調(diào)試環(huán)節(jié)中，要做好儀表參數(shù)的調(diào)整，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)警功能異常問(wèn)題，要及時(shí)通知維護(hù)人員進(jìn)行檢修。此外，由于不同類型的儀表設(shè)備工作原理存在很大的差異，因而具體調(diào)試環(huán)節(jié)中方法也不同，這就要求調(diào)試人員合理選用調(diào)試方法與技術(shù)。

結(jié)語(yǔ)

安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在提高化工裝置的安全性和維護(hù)企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展中起著重要作用。設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮儀表功能和系統(tǒng)功能等方面，確保安全儀表系統(tǒng)的可靠性和可用性。

參考文獻(xiàn)

[1]范詠峰.雙電磁閥配置在石油化工裝置中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2011，47（3）：6.

（作者單位：江蘇樂(lè)科節(jié)能科技股份有限公司）