安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的應用分析

張曉偉(云南化工設計院有限公司，云南 昆明 650041)

1 安全儀表系統(tǒng)簡述

安全儀表系統(tǒng)也被稱為過程控制系統(tǒng)，是一種用于生產(chǎn)的自動化控制系統(tǒng)。主要包括緊急停堆系統(tǒng)、消防及氣體保護系統(tǒng)、儀器保護系統(tǒng)等等。它為石油、化工、電力、環(huán)保、儲運等行業(yè)提供了一道安全屏障。一種用于生產(chǎn)的自動化控制系統(tǒng)，稱為過程控制系統(tǒng)(BPCS)，然而，就安全儀表系統(tǒng)而言，它是一個完整的控制系統(tǒng)，與過程控制系統(tǒng)相對。廣義的SIS 包括緊急停堆系統(tǒng)(ESD)、消防及氣體保護系統(tǒng)(FGS)、燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)(SIS)，儀器保護系統(tǒng)(IPS)等，它是石油、化工、發(fā)電、環(huán)保、儲運等行業(yè)重要的安全防護屏障之一。不像 BPCS, SIS 只關(guān)注于安全性，當所有安全預防措施都失效時， SIS 是最后的保證。國家安全局必須立即采取措施，確保所有執(zhí)行者處于安全位置。

2 安全儀表系統(tǒng)的重要性

2.1 危險警報及時性

化工過程裝置中，在安全儀表檢測到數(shù)值變化時，安全儀表系統(tǒng)與自動報警系統(tǒng)連接。當數(shù)字處于安全范圍之外時，儀器設備相應的安全報警系統(tǒng)能及時報警，立即提醒技術(shù)員去檢查相關(guān)部位，協(xié)助技術(shù)員快速判斷特定事故因素的變化，確定故障地點。

2.2 自動化安全系統(tǒng)

在化工過程裝置中實現(xiàn)安全儀表系統(tǒng)自動化將是儀表行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，科技不斷進步，保安儀表系統(tǒng)已連接到計算機系統(tǒng)上，微型計算機技術(shù)操作平臺不僅可以實時監(jiān)測和操作安全儀器系統(tǒng)。

2.3 減少事故的發(fā)生率

化學工業(yè)過程裝置中，由于缺乏相應的安全檢測手段，給操作化學工業(yè)過程帶來了安全隱患；設置安全儀表系統(tǒng)，可有效減少因裝置故障所引起操作事故，裝上安全儀表，既能及時提示操作者，又可以通過具體的數(shù)值隱患提醒操作人員，有針對性地進行檢測、維修和改進，使操作人員時刻保持化工工藝裝置的完善性、安全性和有效性。

3 化工自動化儀表常見故障

3.1 壓力測量儀的故障

壓力儀常見的故障有管道堵塞、膜片磨損和變形等。這主要是由于壓力計的工作原理所致。壓力儀的工作原理是通過內(nèi)部感測元件感應壓力變化而引起外部變形，以電訊號碼的形式傳送變化狀態(tài)。壓力測量儀壓力接觸點必須接觸良好，才能保證測量精度。使得感測元件能有效感知變形變化。它要求接線部連接緊密，機械傳動部分保持完整，清潔，不腐蝕，不變形，不損壞。每天在使用和工作過程中，員工應該定期檢查，以防止出現(xiàn)故障。

3.2 流量測量儀表

流量計的種類很多，故障形式也很多。但在流量計發(fā)生故障時，主要表現(xiàn)為流量計的波動很大，數(shù)值很不穩(wěn)定?？偠灾?，流量計故障主要是基于參數(shù)的變化，最常見的參數(shù)變化有密度、粘度、雷諾數(shù)等。

3.3 溫度測量儀表

測溫故障主要是溫度指示燈在高低兩個方向都亮，沒有變化。測溫儀常見的故障主要有熱阻故障和熱電偶故障。由于高溫會造成這些部件的零件短路，并且由于接觸不良，現(xiàn)有溫度計的制造工藝及保護管的結(jié)構(gòu)也會導致其失效。

3.4 液位測量儀的故障

按照測量原理，液位測量儀器可以分為各種類型。主要包括常用浮力液位測量儀、超聲波液位測量儀等。與不同的液位測量儀器相應，其故障類型可分為液面波動大，測量值大小等幾種。判斷故障的主要方法是通過目鏡觀察來檢測液位測量儀。

4 安全儀表設計的基本要求

4.1 嚴格控制安全儀表的使用周期

SIS 系統(tǒng)生命周期包括 HAZOP 分析、SIL 定級、方案設計、SIL 驗算 / 驗證、運行管理等階段。設計人員做好安全儀表周期設計，確立安全儀表應用維護的相關(guān)措施，例如制定定期測試維護保養(yǎng)制度并嚴格執(zhí)行，制定嚴格的 SIS 系統(tǒng)投用和摘除制度，制定相關(guān)部門或領導的審批權(quán)限，制定操作人員的巡回檢查制度等等，這些措施能夠起到延長儀表應用生命周期的作用，同時能夠起到促進整體系統(tǒng)的安全性與可靠性逐漸增強的作用。

4.2 不斷提升設計技術(shù)性，走好檢測工作

安全儀表應用監(jiān)測階段的技術(shù)管控工作是十分必要的，將其合理性與有效性有機結(jié)合起來。設計人員需要具備化工專業(yè)基礎知識，全面了解儀表應用性能。在儀表設計工作結(jié)束之后加強檢測，將儀表應用階段可能存在的問題進行分析處理，經(jīng)過后續(xù)的實驗做好問題的規(guī)避處理。在檢測完成之后進行安裝應用，設計人員還需要事先做好儀表的調(diào)試，以增強儀表安全與化工裝置應用之間的契合性。

5 在化工工藝裝置中安全儀表系統(tǒng)的具體應用策略

5.1 危險評價

以 HAZOP 分析系統(tǒng)在 SIS 中的應用為例，儀器設備的數(shù)值計算采用了風險矩陣，設置特定計算數(shù)據(jù)的風險等級。化學工藝流程裝置運行中故障判定方法，及時進行有針對性的修理和改進，在可能的情況下確保設備運行安全，識別安全儀表系統(tǒng)的風險等級，重點是建立風險標準，與不同數(shù)據(jù)相應的風險標準，設計人員應根據(jù)一系列化工工藝裝置的數(shù)據(jù)進行檢驗，根據(jù)風險評估方法，使系統(tǒng)能夠迅速進行相關(guān)的風險測量。

5.2 可用性判斷

安檢儀系統(tǒng)監(jiān)測和檢查化工設備的安全性；并提高設備的使用標準。首先，安全儀表系統(tǒng)要求立即改變某一設備的特定值，檢查和維護人員將根據(jù)該值對設備進行維修或更換相關(guān)部件，以確保設備長期有效運行。安全儀表系統(tǒng)的應用，提高了化工過程設備的實用性。

5.3 提高化工過程設備的操作安全性

利用安全儀表系統(tǒng)，判斷化工工藝裝置是否安全，化工工藝裝置在運行過程中會受到人為操作的影響，造成設備失效，如操作員未能及時發(fā)現(xiàn)其操作錯誤，使用安全儀表系統(tǒng)、提高設備運行的安全性檢測水平，對設備運行中的故障點進行實時監(jiān)測，報警器啟動后，及時啟動保護，斷開電源，減少設備故障對置元件的破壞。

5.4 推進控制系統(tǒng)集成發(fā)展

隨著科技水平的不斷提高，安全儀表系統(tǒng)在化工工藝裝置中的應用，將安全儀表系統(tǒng)與專用設備控制系統(tǒng)結(jié)合起來，加強了對安全儀表系統(tǒng)應用的研究，推動裝控系統(tǒng)的一體化發(fā)展，在多種控制系統(tǒng)的配合下，使整個儀表系統(tǒng)發(fā)揮最大效益，企業(yè)化工工藝設備的運輸效率得到提高，企業(yè)生產(chǎn)實力得到不斷增強。

5.5 控制維護成本

安全儀表系統(tǒng)在運行階段也會產(chǎn)生一些故障運行問題，但儀表會應用自身系統(tǒng)軟件功能實現(xiàn)故障排查。這樣對于該系統(tǒng)來講儀表應用的效率就會大大增強，顯然這種特性是智能化特征的具體表現(xiàn)。安全儀表智能化的應用，將自身的故障問題診斷工作逐漸加強，并提供必要的問題處理方案，維護成本將大大降低，且效率大大提高。根據(jù) SIS 系統(tǒng)的運行要求，化工廠的安全儀表系統(tǒng)需要定期檢測，從而提高安全儀表系統(tǒng)的準確性和可靠性，充分發(fā)揮其應用價值。

5.6 安全指導工作

安全儀表系統(tǒng)在化工生產(chǎn)過程中的應用，能夠給裝置提供暫停連鎖控制保護裝置，如果是按照正常的程序操作，SIS 系統(tǒng)不起作用。它的作用是不負責工藝控制，只在危險時觸發(fā)安全動作(失電或通電)，是“需要動作時必須動作，而不需要動作時必須一動不動”，安全儀表功能是與安全回路相關(guān)，而不是一個部件或設備。

5.7 系統(tǒng)集成化要求

安全儀表系統(tǒng)必須與控制系統(tǒng)(DCS、PLC 等系統(tǒng))分開，單獨設立。在 SIS 系統(tǒng)設計前期，必須對裝置的每個回路進行完整性等級評定，即 SIL 等級定級。SIL 等級共分 4 個等級。SIL1 等級最低，SIL4 等級最高。在這種系統(tǒng)應用體系支撐之下，如果是運行要求相對較低且規(guī)模較小的化工廠，經(jīng)過對一系列的安全問題的排查與預防控制，利用合理有效的管控舉措，能夠?qū)⒅T多風險性問題全面有效解決。

6 結(jié)語

現(xiàn)階段多數(shù)企業(yè)已經(jīng)認識到安全儀表系統(tǒng)應用的價值作用，通過在設計階段控制應用周期，后續(xù)加強檢測性實驗應用，加強儀表運行的穩(wěn)定性與可靠性，能夠在化工生產(chǎn)中發(fā)揮其安全保障作用，給化工行業(yè)的全面發(fā)展奠定良好的基礎條件。