天然氣凈化廠安全儀表系統(tǒng)設(shè)計

王云

摘要：我國對于天然氣的需求量一直在增加，作為清潔能源，天然氣成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠?。而天然氣凈化廠使用的原料氣都屬于是有毒有害的，而生產(chǎn)出來的天然氣本身也具有易燃性，基于這些問題，對于天然氣凈化廠安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計就有了更高的要求。本文通過對安全儀表系統(tǒng)設(shè)計原則的介紹，對天然氣凈化廠安全儀表系統(tǒng)詳細(xì)內(nèi)容的了解，基于這幾點，對安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：天然氣凈化廠；安全儀表系統(tǒng)；設(shè)計

引言

天然氣本身具有易燃、易爆的特點，因此對于其處理裝置的各方面設(shè)計提出了高要求。同時，天然氣處理裝置在工藝上極其復(fù)雜，并且在安全性上的要求也較高。為了避免處理裝置而引發(fā)安全問題，對安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計變得尤為重要。設(shè)計一套安全儀表系統(tǒng)，能保證天然氣在生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性。同時，對生產(chǎn)過程中的安全性也有保證。本文以安全系統(tǒng)的設(shè)計原則為出發(fā)點，對設(shè)計安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行研究和討論。

1. 安全儀表系統(tǒng)的介紹

安全儀表系統(tǒng)簡單來說就是一個有邏輯運(yùn)算器以及傳感器等等

組成的為保護(hù)儀表運(yùn)行安全的系統(tǒng)。而安全儀表系統(tǒng)在正常運(yùn)行時會對儀表安全性的檢測，并通過不同的等級對安全性進(jìn)行表示。安全儀表系統(tǒng)一般以SIL1 至SIL4 作為系統(tǒng)的四個等級，等級越高表示安全程度也越高。同時，儀表運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)警報聲，安全系統(tǒng)的保護(hù)程序便會自動執(zhí)行，對裝置以及正在生產(chǎn)的人員進(jìn)行保護(hù)，避免危險的發(fā)生。

2. 設(shè)計原則

2.1 設(shè)計的可靠原則

設(shè)計一個安全的儀表系統(tǒng)，那么其系統(tǒng)就應(yīng)該保證系統(tǒng)本身在運(yùn)行上能夠保持長時間且穩(wěn)定的去運(yùn)行，同時也需要具備能根據(jù)儀表運(yùn)行的實際情況，擁有與之相符合的完整的安全等級。這兩個方面是關(guān)于安全儀表系統(tǒng)可靠性的體現(xiàn)。

2.2 設(shè)計的可用原則

安全儀表系統(tǒng)在設(shè)計上，需要保證在系統(tǒng)自身出現(xiàn)錯誤的時候， 能夠自行進(jìn)行相關(guān)錯誤的修正。而在因為突發(fā)情況失去了供電的時候，也需要能確保系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行并且自行學(xué)習(xí)。

2.3 故障安全原則

安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計需要保障在安全儀表系統(tǒng)其中任一部分出現(xiàn)故障的情況下，在生產(chǎn)過程中的設(shè)備能保證其運(yùn)行上的安全或者是處于相對安全的狀態(tài)。安全儀表系統(tǒng)發(fā)生故障后的安全性，也是設(shè)計一個安全儀表系統(tǒng)重要的考量。

2.4 方便維護(hù)原則

安全儀表系統(tǒng)設(shè)計上要簡單方便，并且保證系統(tǒng)的運(yùn)行足夠穩(wěn)定。同時有效的對儀表的維護(hù)以及保養(yǎng)，以便于日常工藝生產(chǎn)過程運(yùn)行的順利。

3. 關(guān)于天然氣凈化廠安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 傳感器

傳感器的設(shè)計為了避免受到其他的元件影響，設(shè)計上采用獨立和冗余的方式進(jìn)行設(shè)計，能有效的保護(hù)好傳感器的靈敏度。傳感器的設(shè)計上分為三級：第一級的傳感器采用與DCS共用的形式，并且是獨立的。第二級則是冗余的，在DCS上要與其分開。第三級也是冗余的， 與DCS進(jìn)行分開。

邏輯結(jié)構(gòu)的選擇：邏輯的結(jié)構(gòu)一般有采用和結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前的設(shè)置是安全性能的時候，選擇采用和結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前設(shè)置的是應(yīng)用性能的時候，可在采用和結(jié)構(gòu)上二選一即可。在安全性能和應(yīng)用性能需要同時保證的情況下，選擇上則需要采取三選二的格式。

3.2 緊急關(guān)斷系統(tǒng)

緊急關(guān)斷系統(tǒng)級別上分為ESD1、ESD2、ESD3 三個級別，這三個級別共同操縱著關(guān)斷系統(tǒng)。在三個級別按鈕的操作上，ESD3 級別只能控制此級別的關(guān)斷，不能對ESD1、ESD2 這兩個級別進(jìn)行關(guān)斷。ESD2 級別則能對ESD2、ESD3 兩個級別進(jìn)行關(guān)斷，不能對ESD1 級別進(jìn)行關(guān)斷，ESD2 在操作上可以是操作人員使用操作盤手動啟動，也可以是由工藝參數(shù)觸發(fā)自動啟動。ESD1 級別就能分別對ESD1、ESD2、ESD3 三個級別的關(guān)斷進(jìn)行控制，但在操作上需要注意，ESD1 級別只能由操作人員手動啟動，不能自動啟動。同時在關(guān)斷按鈕旁要設(shè)置上顯眼的警示標(biāo)志和為了防止操作錯誤而設(shè)置的操作保護(hù)裝置。在操作臺上需設(shè)置由指示燈、鑰匙開關(guān)等組成的硬手操作盤，對基本的關(guān)斷進(jìn)行控制，同時針對指示燈，還需要設(shè)置能對所有指示燈進(jìn)行測試的測試按鈕。

3.3 火氣監(jiān)控系統(tǒng)

火氣監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過在現(xiàn)場的火氣檢測設(shè)備，火氣檢測設(shè)備負(fù)責(zé)對現(xiàn)場發(fā)生火災(zāi)或者氣體泄漏進(jìn)行實時檢測?；饸鈾z測設(shè)備主要有手動的報警站以及火焰和氣體探測器等等。然后是安全監(jiān)控系統(tǒng)。安全監(jiān)控系統(tǒng)則是在火氣檢測設(shè)備檢測到火災(zāi)或者氣體泄漏情況時對其發(fā)出信號，安全監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)接受其信號后，采用聲音和光的形式進(jìn)行報警，提醒現(xiàn)場的操作人員對現(xiàn)場的情況進(jìn)行核實，啟動天然氣凈化廠的消防系統(tǒng)和報警系統(tǒng)，完成關(guān)斷。

3.4 邏輯運(yùn)算器

邏輯運(yùn)算器的類型比較多，常用的類型主要是以下三種。第一種是可編程的電子系統(tǒng)。使用可編程的電子系統(tǒng)時，此類型的邏輯運(yùn)算器能和其他的通信系統(tǒng)進(jìn)行匹配，能對設(shè)計上復(fù)雜的功能進(jìn)行實現(xiàn)。第二種則是繼電器系統(tǒng)。繼電器系統(tǒng)相比較下系統(tǒng)在邏輯計算上比較簡單。第三種是可編程電子系統(tǒng)和繼電器系統(tǒng)兩者結(jié)合的混合系統(tǒng)。該系統(tǒng)實際選用上一般是SIL3 三級的冗余或者是容錯的可編程控制器。邏輯運(yùn)算器具備容錯性便于對故障進(jìn)行識別和排除，保證系統(tǒng)的根據(jù)程序正常的去運(yùn)行。

3.5 供電系統(tǒng)

安全儀表系統(tǒng)的供電系統(tǒng)設(shè)計。對于供電系統(tǒng)的設(shè)計上采用DCS 和PLC，DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的組合形成雙回路供電系統(tǒng)，回路系統(tǒng)的分散，對監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障。同時，關(guān)鍵位置的供電都采用單獨的供電來源，保證關(guān)鍵位置供電的獨立性，提高系統(tǒng)運(yùn)行時的穩(wěn)定性，防止一個位置發(fā)生故障另一個位置跟著發(fā)生故障不能工作的狀況發(fā)生。

結(jié)束語

安全儀表系統(tǒng)能控制天然氣凈化廠在工藝生產(chǎn)過程中的風(fēng)險，起到保護(hù)作用。該文就對安全儀表系統(tǒng)以及安全等級的介紹，遵循設(shè)計的可靠性、可用性、故障安全性、方便維護(hù)性等原則，對安全儀表系統(tǒng)的傳感器、緊急關(guān)斷系統(tǒng)、火氣監(jiān)控系統(tǒng)、邏輯運(yùn)算器、供電系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。同時，合適的安全儀表系統(tǒng)的選擇，工程實際情況的結(jié)合，才能使安全儀表系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性有保障，并且控制相關(guān)裝置的風(fēng)險。

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