淺析石油化工安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計要點

顏廷新

摘要：隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，石化設(shè)備正逐步向智能化、集成化方向發(fā)展。新技術(shù)、新儀器的應(yīng)用，不僅保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性，而且大大提高了生產(chǎn)的效率和精度。由于化工企業(yè)生產(chǎn)過程復(fù)雜，內(nèi)部氣體易燃易爆，如果不對生產(chǎn)過程進(jìn)行有效控制，會造成嚴(yán)重后果，因此有必要對這些設(shè)備進(jìn)行精確控制。本文針對石油化工儀表系統(tǒng)的內(nèi)容和設(shè)計原則，研究了儀表系統(tǒng)的設(shè)計，討論了儀表系統(tǒng)的供電方案，為儀表系統(tǒng)的正常工作奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：石油化工;安全儀表;系統(tǒng);設(shè)計

0前言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，石化企業(yè)的規(guī)模和生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度不斷擴(kuò)大和更新。同時，石油化工行業(yè)的安全問題已經(jīng)暴露出來，由于化工企業(yè)的危害更大，這需要引起人們的重視。有鑒于此，結(jié)合石油化工生產(chǎn)現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了安全儀表的內(nèi)容，闡述了儀表系統(tǒng)的設(shè)計原理。在此基礎(chǔ)上，完成了安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計。最后討論了儀器的供電方案，以保證儀器系統(tǒng)的正常運行。

1.????? 安全儀表系統(tǒng)的綜述

所謂的安全儀表系統(tǒng)就是保證儀表安全運行的系統(tǒng)，主要是由邏輯運算器、傳感器、執(zhí)行軟件以及配套的軟件系統(tǒng)。一旦生產(chǎn)過程中出現(xiàn)報警，儀表的安全系統(tǒng)就會自動響應(yīng)，自動執(zhí)行安全保護(hù)程序，使得生產(chǎn)人員和裝備處于安全的狀態(tài)。在系統(tǒng)正常檢測的時候，不同的參數(shù)表示不同安全程度，此時就要用安全度等級來表示，簡稱 SIL。SIL 實際上就是根據(jù)定額時間內(nèi)和相同的條件下，安全儀表系統(tǒng)正常運行功能的概率情況，是國際上普遍采用的表征儀表系統(tǒng)可靠度的參數(shù)。

2.????? 安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計原則

當(dāng)對儀表的安全系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，必須遵循以下幾條基本原則，如下所示。

（1）?????? 保證安全儀表系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性

在石油化工企業(yè)中，儀表工作環(huán)境比較復(fù)雜，不能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)常的更換，因此就需要設(shè)計的儀表安全系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定地運行。要實現(xiàn)這個目標(biāo)，就必須全面的考慮設(shè)計情況，如硬件的選取，結(jié)構(gòu)設(shè)計以及軟件程序的運行等。如果系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤的操作或者失去供電的情況下，都要能夠保證系統(tǒng)的自行糾正或者自行學(xué)習(xí)，確保系統(tǒng)的正常運行。

（2）?????? 安全儀表系統(tǒng)的功能鍵穩(wěn)定性

當(dāng)對石油化工的儀表進(jìn)行設(shè)計的時候，要充分考慮所處的環(huán)境以及操作人員工作的情況，掌握第一手的現(xiàn)場資料，對工作儀表工作狀況應(yīng)及時地了解，這樣才能保證儀表的功能順利實現(xiàn)。儀表系統(tǒng)功能鍵的穩(wěn)定性不僅能夠滿足對實施工況的檢測，而且還能實現(xiàn)對突發(fā)狀況的預(yù)警等。

（3）?????? 安全儀表要方便維護(hù)和擴(kuò)展

安全儀表的正常維護(hù)和保養(yǎng)可以很好地保證生產(chǎn)工藝的順利進(jìn)行。此功能的實現(xiàn)就需要對儀表的安裝提出更高的要求。根據(jù)設(shè)計的簡便和實用性原則，對設(shè)的儀表要能夠滿足簡單安裝、長期維護(hù)、穩(wěn)定性高的特點。

3.????? 安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計

安全儀表系統(tǒng)是由不同的硬件組裝起來的，其能夠快速地實現(xiàn)安全儀表所要執(zhí)行的功能要求。根據(jù)功能要求的不同，我們將其分為傳感器類的檢測元件、邏輯運算器類的處理元件以及執(zhí)行的元件。

（1）?????? 傳感器的設(shè)計

傳感器的精確程度直接影響著系統(tǒng)的安全和靈敏度，因此對其進(jìn)行設(shè)計有著非常重要的意義。為了不受到其他元件的干擾，采用獨立設(shè)計原則和冗余設(shè)置原則，也就是第1級安全儀表傳感器采用單一的，并且與DCS 公用;第2級的安全儀表傳感器采用冗余的，并且與 DCS 是分開的;第3級的安全儀表傳感器采用冗余的，并且與 DCS 是分開的。對于邏輯結(jié)構(gòu)的選擇，我們可以設(shè)置為應(yīng)用性能時，采用或結(jié)構(gòu);當(dāng)為安全性能時，采用與結(jié)構(gòu);當(dāng)兩者的性能都需要保證的時候，就需要采取三取二的格式。

（2）?????? 邏輯運算器的設(shè)計

常用的邏輯運算器主要是由3種類型組成的，分別是可編程的電子系統(tǒng)、繼電器系統(tǒng)以及二者的混合系統(tǒng)。當(dāng)所選運算器為繼電器系統(tǒng)時，整個系統(tǒng)的邏輯計算比較簡單;當(dāng)所選運算器為可編程的電子系統(tǒng)時，其可以很好地實現(xiàn)復(fù)雜功能的設(shè)計，并且與其他通信系統(tǒng)進(jìn)行匹配。因此，很多的石油化工企業(yè)都配備了 SIL3級的冗余或容錯可編程控制器。此邏輯運算器常用的結(jié)構(gòu)為二取一的自帶診斷性能、三取二結(jié)構(gòu)以及雙重化的二取一等。根據(jù)上面的設(shè)計要求，邏輯運算器的容錯性能可以很好的識別和排除故障，保證系統(tǒng)按照正確的程序執(zhí)行。

4.????? 安全儀表系統(tǒng)供電方案的探討

在石油化工的供電系統(tǒng)中，經(jīng)常采用的是交流220V、交流110V、直流24V 電源供電。如果不能正確地采用供電方式，就會導(dǎo)致一定的安全事故，影響系統(tǒng)運行。根據(jù)設(shè)計的要求研究了以下3種方式的供電情況。

（1）?????? DCS 系統(tǒng)與PLC 系統(tǒng)組成的雙回路供電系統(tǒng)

分散的回路供電系統(tǒng)，能夠保證整個監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行。除此之外，對關(guān)鍵部位的供電都要采取冗余和容錯原則，分別獨立的供電來源，不會發(fā)生一個出現(xiàn)故障而另外一個就不能工作的情況，使得系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性得到很大的提高。

（2）?????? 直流供電的冗余配置

為了保證供電的經(jīng)濟(jì)性和安全性，對其設(shè)備供應(yīng)的24V 直流電采用不同電源來獲得，兩者之間是并聯(lián)形式和相互隔離的，并且加上解耦二極管。兩路的電源分別來自不間斷的穩(wěn)壓電源和市電。

（3）?????? 單相交流220V 安全儀表供電方案

在石油化工企業(yè)中，所運用的監(jiān)控儀表大多為分析儀表、位移儀等。對供電要求相對較低，從經(jīng)濟(jì)性來考慮的話，可以用市電的單相供電，降低了線路的復(fù)雜程度。在供電的時候，采取 STS 靜態(tài)開關(guān)，其能很好地切換電源，提升了供電的可靠性。

5.????? 結(jié)語

本文介紹了安全儀表系統(tǒng)的內(nèi)容，并根據(jù)安全等級來對儀表系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。通過對儀表設(shè)計原則的闡述，明確了設(shè)計方向和重點注意的對象。根據(jù)上面介紹，對安全儀表系統(tǒng)的各個部件進(jìn)行設(shè)計，確定了傳感器的類型、邏輯結(jié)構(gòu)、執(zhí)行元件的安裝以及其他的接口設(shè)計，最后探討了儀表供電系統(tǒng)的配置方案。通過上述的分析，可以發(fā)現(xiàn)合理的安全儀表系統(tǒng)不僅能夠降低系統(tǒng)運行的風(fēng)險，而且能夠為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。

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