安全儀表系統(tǒng)的全生命周期管理

婁俊鵬，付偉慧

（中糧生化能源（龍江）有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161100）

安全儀表系統(tǒng)（Safety Instrument System，簡稱SIS）是用來實(shí)現(xiàn)一個或多個安全儀表功能的控制系統(tǒng)，主要用于保證工藝裝置的安全運(yùn)行以及最大限度地避免事故的發(fā)生。因此，安全儀表系統(tǒng)對于工業(yè)企業(yè)保障施工安全與生產(chǎn)安全都有著重要意義。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自動化儀表控制技術(shù)也取得飛速發(fā)展。隨著工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，工業(yè)自動化儀表、自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越普及，這也是擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，保障生產(chǎn)安全與質(zhì)量穩(wěn)定性的一項(xiàng)非常重要的措施。工業(yè)企業(yè)自動化建設(shè)安全儀表的裝配與使用，對于規(guī)范安全管理，提高工業(yè)儀表系統(tǒng)的安全性，加強(qiáng)安全儀表系統(tǒng)的全生命周期管理，對于全面提升安全儀表的可靠性與穩(wěn)定性，保障安全生產(chǎn)有重要意義。

安全儀表系統(tǒng)的全生命周期主要包括：危險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)分析、工程實(shí)施和操作維護(hù)三大階段。這三大階段，從名稱看，就可以識別出它們有著不同的工作內(nèi)容。而且整個安全儀表系統(tǒng)的全生命周期管理也是一個PDCA循環(huán)管理過程。對于第一階段，即危險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)分析階段，主要是利用風(fēng)險(xiǎn)分析的工具，發(fā)揮員工的主觀能動性，培訓(xùn)好員工操作規(guī)程及安全注意事項(xiàng)，讓員工在工作中發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)現(xiàn)潛在的隱患與安全風(fēng)險(xiǎn)，并判斷這些隱患或風(fēng)險(xiǎn)可能導(dǎo)致后果的嚴(yán)重程度及發(fā)生的可能性進(jìn)行分析。通過可能性、嚴(yán)重性的矩陣分析，來最終判斷安全隱患與風(fēng)險(xiǎn)的最終影響程度，從而制定出適宜的預(yù)防措施，以降低風(fēng)險(xiǎn)、消除風(fēng)險(xiǎn)，或是轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，總之，要做到風(fēng)險(xiǎn)可控。危險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)階段也是PDCA的P，即策劃階段，要保障整個生產(chǎn)工藝控制過程安全，就需要先策劃找到風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，確定哪些地方需要監(jiān)控，需要采取措施，需要提前預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)。對于第二階段，是工程實(shí)施階段，也就是PDCA的D，即執(zhí)行階段，將風(fēng)險(xiǎn)識別后，根據(jù)策劃的結(jié)果，實(shí)施工程操作。我們知道，好的產(chǎn)品生產(chǎn)需要好的原料，同樣好的安全儀表系統(tǒng)的工程施工，也需要有好的系統(tǒng)設(shè)備，需要合理的選型，配置適宜的硬件與軟件。對于第三階段，是操作維護(hù)階段，也可以看成是PDCA的C和A階段，即監(jiān)測與改進(jìn)階段。在這個階段，主要對整個工藝工程自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行操作、維護(hù)、維修，并根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題隱患點(diǎn)，不斷地改進(jìn)、修改或停用某個系統(tǒng)過程，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的改進(jìn)，穩(wěn)定自動化系統(tǒng)的輸出。下面，作者就從安全儀表系統(tǒng)工程全生命周期以上三個階段的管理進(jìn)行分析與簡述，希望與同行業(yè)學(xué)者共同探討，實(shí)現(xiàn)管理的提升與進(jìn)步。

1 安全儀表系統(tǒng)的選型管理

安全儀表系統(tǒng)一般包括：傳感器、控制器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。傳感器是一種檢測裝置，用來測量過程變量，監(jiān)測儀表數(shù)據(jù)的變化，并將感受到的信息以電信號等形式傳遞到控制系統(tǒng)平臺；控制器主要是完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制功能裝置，它不是一個設(shè)備，而是系統(tǒng)安裝的一組設(shè)備，來完成接收指令、譯碼指令、傳遞指令、操作控制指令等，它們可以按照預(yù)定的順序改變主電路或控制電路，例如電動機(jī)的啟動、調(diào)速、制動等命令，它們起到協(xié)調(diào)操作控制的作用；執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是一個控制系統(tǒng)裝置，用來執(zhí)行接收到指令要求的必要操作，使整個工藝控制過程安全，從而確保整個系統(tǒng)的安全。

安全儀表系統(tǒng)的選型是很重要的，首先這個自動化儀表控制系統(tǒng)控制的就是安全，要想不出現(xiàn)安全問題，設(shè)備的質(zhì)量一定要好，因?yàn)橘|(zhì)量是根本，質(zhì)量是企業(yè)的生命線，也是產(chǎn)品的根本。在選型時(shí)，應(yīng)對系統(tǒng)的質(zhì)量嚴(yán)格檢查，綜合考慮設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)、工作模式、可達(dá)到的安全完整性等級、適用的環(huán)境、自診斷的能力及診斷覆蓋率等。同時(shí)，還需要考慮傳感器、控制器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能特點(diǎn)，對于傳感器，不要選擇開關(guān)控制類的，要選擇防爆型的；對于控制器選擇三冗余結(jié)構(gòu)的；對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，要選擇可以長期帶電，但是低耗能、防爆型的氣動控制閥。

安全儀表系統(tǒng)的選擇，要嚴(yán)格遵守SIL要求，SIL是Safety Integrity Level，即安全完整性等級的簡稱。安全儀表系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)設(shè)備配件，要能通過有檢測能力的、具備安全功能檢測資質(zhì)的權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)的測試與評價(jià)，達(dá)到IEC61508標(biāo)準(zhǔn)的SIL等級要求。選型結(jié)束后，還需要對于安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，以確保其可靠性、操作適宜性和有效性，驗(yàn)證工作要分析安全儀表功能的危險(xiǎn)失效概率，對這個數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算以進(jìn)一步驗(yàn)證，確保滿足安全要求。

2 安全儀表系統(tǒng)的施工管理

選型結(jié)束后，就要進(jìn)行施工操作，安全儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此施工過程也是非常關(guān)鍵的，施工處理不好，直接影響后期的使用，達(dá)不到監(jiān)控安全的效果。對于安全儀表施工過程，要制定適宜的預(yù)防控制措施，選用適宜的方法，以保障安全儀表系統(tǒng)施工過程的正常進(jìn)行。安全儀表系統(tǒng)的施工過程要嚴(yán)格遵守國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)的要求，不同的產(chǎn)品，有不同的標(biāo)準(zhǔn)，使用的注意事項(xiàng)、安裝注意事項(xiàng)、產(chǎn)品性質(zhì)特點(diǎn)等都要學(xué)習(xí)與關(guān)注，提前預(yù)防，施工過程避開雷區(qū)，施工過程需要嚴(yán)格遵守經(jīng)過會審、批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)文件和圖紙的要求，并且要滿足合同要求，以確保滿足使用要求與安全要求。

安全儀表系統(tǒng)的施工階段，一方面要遵守相關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、合同、圖紙要求，一方面也要關(guān)注現(xiàn)場的實(shí)際情況，不同的施工現(xiàn)場環(huán)境，施工階段的細(xì)節(jié)要求也會有差異。在施工開展前，負(fù)責(zé)技術(shù)的工程師要到現(xiàn)場實(shí)地勘察，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況組織施工人員進(jìn)行合理施工，施工過程要充分考慮電纜線的走向、控制室的設(shè)置位置、機(jī)柜間距的預(yù)留要求等，逐一核對，發(fā)現(xiàn)與圖紙有差異的，要及時(shí)討論、確定方案，以免給后續(xù)的施工操作帶來麻煩。安全儀表系統(tǒng)的施工管理階段主要有以下三方面內(nèi)容，下面作者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1 安裝管理

負(fù)責(zé)技術(shù)的工程師，在安全儀表系統(tǒng)安裝前，需要核對安裝圖紙與設(shè)計(jì)文件，同時(shí)要查看系統(tǒng)安裝的說明書，不同的設(shè)備、不同的設(shè)計(jì)安裝系統(tǒng)都可能存在差異，因此說明書閱讀學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)一定不能少，在充分了解安裝的技術(shù)性能和安裝要求后，再結(jié)合安裝環(huán)境位置，進(jìn)行合理的安裝。安裝過程要保證照明強(qiáng)度符合要求，光線要充足，減少錯誤安裝的發(fā)生概率。安裝完成后，也要保證安全儀表系統(tǒng)的設(shè)備安裝處有充足的燈光，以方便后期的使用與維護(hù)。要注意安全儀表系統(tǒng)不要安裝在強(qiáng)振動的環(huán)境下，也不要安裝在潮濕、高溫、有腐蝕性氣體和強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，這樣會影響設(shè)備的準(zhǔn)確度及使用壽命，安全儀表系統(tǒng)安裝過程中，也要愛護(hù)設(shè)備，避免強(qiáng)烈敲擊設(shè)備，以免導(dǎo)致設(shè)備的損壞。

2.2 接線管理

安全儀表系統(tǒng)的安裝，需要各電器元件間相互連接，最終形成整個電氣自動化系統(tǒng)，用于電氣連接的配件產(chǎn)品通常使用接線端子。接線端子的連接直接影響著安全儀表系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如果連接不結(jié)實(shí)，有松動，將可能導(dǎo)致儀表指示數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致安全事故發(fā)生。因此，接線必須正確，以保證安全。

安全儀表系統(tǒng)在接線前，要校線并標(biāo)號，使電氣元件和各電纜線一一對應(yīng)，不要誤接。在剝離絕緣層時(shí)，要注意操作精細(xì)，不要損傷線芯。電纜與端子的連接處要固定，確保牢固，并留有適當(dāng)?shù)挠喽?，以方便維修時(shí)進(jìn)行接拆操作。接線過程要根據(jù)損傷規(guī)范要求做，保證接線正確，并應(yīng)排列整齊、美觀。

根據(jù)安全儀表系統(tǒng)的使用環(huán)境，如果使用的地方儀表受振動影響較大，可以安裝一個彈簧墊圈，以減少振動。接線設(shè)計(jì)要合理，盡量減少線纜的浪費(fèi)，做到最短鋪設(shè)，且要考慮鋪設(shè)的美觀，做到橫平豎直，注意不要交叉鋪設(shè)，減少由于線纜破損交叉導(dǎo)致的連電風(fēng)險(xiǎn)。線路鋪設(shè)環(huán)境要避免高潮濕、高腐蝕性介質(zhì)排放區(qū)域，也要避免高磁場、高靜電干擾的環(huán)境，要減少線路受到機(jī)械傷害的風(fēng)險(xiǎn)，對于鋪設(shè)環(huán)境實(shí)在沒辦法避免以上問題的，我們就要采取有針對性的措施，對于線纜、接線端子進(jìn)行保護(hù)，對于干擾的信號采取屏蔽措施。

線路鋪設(shè)要綜合考慮整個操作空間的情況，注意避開人行道、物流通道和影響員工操作的區(qū)域，線路的鋪設(shè)要確保安全、且不妨礙所有人的工作。安全儀表系統(tǒng)接線細(xì)節(jié)很重要，例如，接線盒的引入口最好不要朝上，因?yàn)槌系慕泳€盒會加大水、油、灰塵進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)，如果受條件限制，接線盒只能朝上安裝時(shí)，我們要使用保護(hù)套，采取措施對接線盒密封，這樣可以降低以上事件發(fā)生的概率。

完成接線工作后，需要仔細(xì)檢查整個安全儀表系統(tǒng)的接線端子，包括對數(shù)字量輸入、模擬量輸入、數(shù)字量輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換板等，確保沒有質(zhì)量問題，接線符合標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，完成接線工作后，要對儀表的接線端子進(jìn)行3次確認(rèn)，做到對每個接線端子緊3遍。在日常運(yùn)行過程中，還要做好接線端子的維護(hù)與保養(yǎng)，定期檢查與維修，確保接線端子可靠、牢固，不影響使用效果。

2.3 引線管理

安全儀表系統(tǒng)的引線包括：電纜管線、氣源管線和導(dǎo)壓管線等。安全儀表系統(tǒng)的引線管理主要是指：第一，要從源頭把關(guān)質(zhì)量，即對于引線的質(zhì)量要做好驗(yàn)收與把關(guān)，不合格的不允許使用，防止由于引線質(zhì)量問題導(dǎo)致的安全事故；第二，要做好日常巡檢與維護(hù)保養(yǎng)，技術(shù)人員要制定檢查計(jì)劃，按計(jì)劃引線實(shí)施預(yù)防性檢查與維護(hù)，確保引線完好，預(yù)防由于引線破損導(dǎo)致的安全事故；第三，要做好引線的固定工作，確保引線牢固，這樣對于提高安全性也有重要作用；第四，要注意電纜管線的連接管理，要注意連線要連續(xù)，不間斷，而且要保證連線的鋪設(shè)要避開工藝管道的正上方或正下方位置，不要與工藝管道平行鋪設(shè)，注意電纜管線與現(xiàn)場儀表間連接要使用防爆金屬軟管，以提高安全性；第五，清理，就是所有的電線、電源連接完成后，要進(jìn)行吹掃、清潔操作，清潔過程要注意斷電防護(hù)，防止發(fā)生觸電事故；第六，導(dǎo)壓線的安裝質(zhì)量直接影響著整個安全儀表系統(tǒng)的安全性，注意導(dǎo)壓線的外徑尺寸和壁厚要符合設(shè)計(jì)要求，以保證其承壓能力，并在安裝完成后，進(jìn)行試壓、試驗(yàn)操作，壓力試驗(yàn)合格，并做好試驗(yàn)記錄和安裝記錄，以備后續(xù)出現(xiàn)問題進(jìn)行追溯與查找原因。為經(jīng)驗(yàn)積累與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提供支持。

3 安全儀表系統(tǒng)的規(guī)格化管理

安全儀表系統(tǒng)的規(guī)格化管理是指防止極端惡劣的環(huán)境對安全儀表系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，主要包括：防止儀表安裝的環(huán)境溫度影響，防止儀表安裝的臺風(fēng)暴雨影響，防止儀表安裝的極凍冰雪天氣影響。

3.1 防止儀表安裝的環(huán)境溫度影響

每一塊儀表都有一個使用的適宜溫度范圍，如果溫度過高，超出了設(shè)備所能承受的正常溫度范圍，則會影響儀表系統(tǒng)計(jì)數(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致儀表故障，從而影響安全儀表系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，在安裝儀表系統(tǒng)前，要認(rèn)真閱讀儀器的使用說明書，在說明書規(guī)定的環(huán)境溫度要求范圍內(nèi)使用，這就要提前選擇合適的位置安裝，確保環(huán)境溫度滿足要求。對于外界氣溫較高的地區(qū)，最好安裝在室內(nèi)，且室內(nèi)要加裝空調(diào)系統(tǒng)，對于外界氣溫不是很高，一般不超過40℃的地區(qū)，可以安裝在室外，但是也要考慮陽光直射的影響，因此，要給儀表安裝保護(hù)罩，用來遮擋陽光，降低儀表被曝曬導(dǎo)致溫度升高的情況發(fā)生，從而降低儀表系統(tǒng)故障的頻率。

3.2 防止儀表安裝的臺風(fēng)暴雨影響

對于室外安裝的儀表，要注意對臺風(fēng)暴雨天氣的防護(hù)，因?yàn)樵谶@樣惡劣的天氣下，臺風(fēng)過大，可能導(dǎo)致設(shè)備被吹壞，防護(hù)不好，暴雨過急，會滲入防護(hù)罩中，導(dǎo)致儀表設(shè)備進(jìn)水，引起儀表故障。因此，室外儀表安裝時(shí)，一定要同時(shí)安裝防雨罩，要注意防雨罩的密閉性，一定要保證儀表不暴露在暴雨中。對于儀表的防雨罩和防曬罩，可以綜合考慮使用一種保護(hù)罩防護(hù)，起到雙重效果，將事半功倍。除了安裝防護(hù)罩來維護(hù)，還要做好管理控制，定期由專人巡檢、維護(hù)與維修，一旦發(fā)現(xiàn)儀器進(jìn)水要及時(shí)處理，從而確保安全儀表系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，以保證生產(chǎn)安全。

3.3 防止儀表安裝的極凍冰雪天氣影響

對于有極凍冰雪天氣處安裝的儀表，比如黑龍江地區(qū)，由于受外界氣溫影響，冷凍對于儀表傷害極大，常常會造成系統(tǒng)起動困難、管線凍裂和儀表失靈等故障。這種環(huán)境下安裝的儀表，在安裝時(shí)，一定要設(shè)計(jì)安裝給儀表保溫、加溫的設(shè)施。此外，也要做好儀表的巡檢、維護(hù)與維修，這是儀表管理重要的工作。技術(shù)人員每天檢查儀表運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度過低，要及時(shí)采取措施以提高保溫效果，確保儀表的正常、安全運(yùn)行。

4 結(jié)束語

綜上所述，對于安全儀表系統(tǒng)的全生命周期管理工作，直接影響著整個工藝過程的安全運(yùn)行，對于提高生產(chǎn)安全有著重要意義，因此自動化安全儀表系統(tǒng)的全生命周期管理越來越受到重視，作為自動化儀表控制技術(shù)人員，也需要在這方面持續(xù)的關(guān)注與學(xué)習(xí)，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以促進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)與提升。作者就自己的工作經(jīng)驗(yàn)，從三方面重點(diǎn)進(jìn)行討論，闡述了安全儀表系統(tǒng)全生命周期管理的關(guān)注點(diǎn)，為安全儀表系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供一些理論與操作建議，也為同行業(yè)的技術(shù)人員提供一些數(shù)據(jù)參考，希望能給予廣大技術(shù)工作者一定的幫助。