化工工藝裝置中安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用

林士海，朱 輝，孫 波，王瑞君

（武漢有機實業(yè)有限公司，湖北武漢 430040）

近年來，國內(nèi)化工行業(yè)快速發(fā)展，帶動了新技術(shù)、新設(shè)備的出現(xiàn)和應(yīng)用，同時促進了化工產(chǎn)品的科技含量逐步提升?；どa(chǎn)工藝正朝著復雜化方向發(fā)展。當下，大部分化工生產(chǎn)都需要使用到智能化設(shè)備，這些設(shè)備的使用，一定程度上會導致安全隱患問題，有時還會造成化工事故，社會負面影響巨大。為了合理規(guī)避上述風險，工程中引入了安全儀表，借助安全儀表的應(yīng)用，可有效降低事故概率，確保了施工人員的人身安全。針對安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的應(yīng)用進行全面分析具有重大現(xiàn)實意義。

1 安全儀表系統(tǒng)在化工工藝裝置中的重要價值

1.1 及時報警

化工工藝裝置中，安全儀表一般會與自動報警系統(tǒng)相連。一旦安全儀表出現(xiàn)超標超限的情況，即儀表數(shù)值超過規(guī)定的安全范圍時，對應(yīng)的警報系統(tǒng)便會運作，及時向相關(guān)人員發(fā)出警報，提示技術(shù)人員及時進行相關(guān)位置的檢測核驗。同時，借助儀表報警情況，還有利于相關(guān)人員及時了解事故位置、事故原因，初步進行故障原因的分析判斷。

1.2 自動化安全系統(tǒng)

新時期，化工裝置中的安全儀表系統(tǒng)自動化發(fā)展是時代發(fā)展的必然趨勢。隨著科學技術(shù)水平的提升，安全儀表系統(tǒng)都會直接與計算機相連接，借助計算機，相關(guān)人員便可進行儀表系統(tǒng)的監(jiān)控、操作處理，還可借助相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)施進行應(yīng)急處理。如結(jié)合安全儀表的檢測數(shù)據(jù)，自動控制部分裝置的閥門關(guān)閉等，從而逐步實現(xiàn)安全儀表的自動化管理。

1.3 降低事故率

化工工藝裝置的運行中，必須考慮其安全檢測要求，安全檢測是降低隱患概率的重要保障。合理安裝安全儀表，可大幅度降低化工裝置因設(shè)備故障導致的事故概率，從而降低從業(yè)人員的危險等級。工程實踐中，借助安全儀表裝置，不但可及時進行工藝裝置故障位置的提醒，還可結(jié)合報警數(shù)值的大小進行危險程度的分析。相關(guān)技術(shù)人員可快速進行響應(yīng)，及時檢測、修理和完善，從而保證整個工藝裝置的長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，提高裝置的有效性、安全性。

2 化工自動儀表的常見故障分析

2.1 壓力測量儀表故障

壓力儀器常見故障主要包括：膜片受損、管道堵塞等。這一現(xiàn)象的主要原因在于壓力計的工作原理，壓力儀器工作中，一般是經(jīng)由內(nèi)部感測元器件感受外界壓力、外界溫度等，外界變化導致變形后，將會以電話號碼的方式進行狀態(tài)傳送。正常運行條件下，壓力測量儀器必須保證良好穩(wěn)定地接觸，方可維持預(yù)期測量精度。確保感測元器件能夠高效感知變形、變化。具體要求：接線部位緊密連接，傳動部位保持干燥、清潔的特點，不可出現(xiàn)腐蝕、變形等情況。在日常使用、正常運轉(zhuǎn)的條件下，相關(guān)作業(yè)人員必須及時進行檢查分析，避免故障缺陷等方面的負面影響。

2.2 流量測量儀表故障

流量計的種類較多，其故障種類也相對較多。一般流量計發(fā)生故障后，常見表現(xiàn)包括：數(shù)值跳動、數(shù)值范圍較大等?？紤]到流量計的故障主要是因參數(shù)變化引起，最為常見的參數(shù)變化便是黏度、雷諾數(shù)、密度等。

2.3 溫度測量儀表故障

測溫故障中，主要是溫度指示燈在高低兩個方向都會閃亮，不發(fā)生變化。測溫儀常見故障包括熱電偶故障、熱阻故障。受高溫條件影響，上述部件經(jīng)常出現(xiàn)零件短路故障，有時會出現(xiàn)接觸不良問題?，F(xiàn)有溫度計使用中，保護管結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障時，也會導致測量儀表失效。

2.4 液位測量儀表的故障

測量原理不同，液位測量儀器的類型也相對較為豐富。一般包括液位測量儀、超聲波測量儀等。測量儀器不同，其故障類型也會存在一定差異，如液面波動范圍大、測量值波動等。故障判斷方法中，一般是借助目鏡對其進行檢測。

3 安全儀表設(shè)計的基本要求

3.1 控制安全儀表的使用周期

SIS 系統(tǒng)生命周期包括 HAZOP 分析、方案設(shè)計、SIL 驗算 /驗證、運行管理等階段。相關(guān)設(shè)計人員需及時進行安全儀表的合理設(shè)計，對其進行周期設(shè)計，并制定相應(yīng)維護措施，如制定定期測試維護制度，制定相應(yīng)的SIS系統(tǒng)投用/摘除制度。相關(guān)機構(gòu)要考慮審批要求，制定相應(yīng)的權(quán)限規(guī)定，對應(yīng)操作人員必須及時進行巡回、檢查處理。上述措施可明顯延長儀表使用壽命，從而提升整個系統(tǒng)的安全性、可靠性。

3.2 提升設(shè)計技術(shù)性、合理檢測

安全儀表使用期間，必須進行監(jiān)測工作的技術(shù)管控處理，保證結(jié)合有效性、合理性要求。相關(guān)設(shè)計人員要掌握基礎(chǔ)的化工專業(yè)知識，了解儀表的功能、應(yīng)用效果。在儀表設(shè)計工作后，及時進行檢測處理，預(yù)估儀表使用期間可能出現(xiàn)的問題，并做好規(guī)避方案。檢測完成后，要進行儀表安裝應(yīng)用，設(shè)計人員要先進性儀表測試調(diào)節(jié)，以期提升儀表安全、儀表和裝置之間的契合效果。

4 化工工藝裝置中安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用策略

4.1 不同種類安全儀表的應(yīng)用

企業(yè)在進行化工工藝裝置的投產(chǎn)期間，必須滿足國家《電子/電氣安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》準則。上述準則中包括SIS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)兩大類。

（1）SIS在化工工藝裝置中的應(yīng)用。該系統(tǒng)也稱為安全儀表系統(tǒng)，對化工工藝裝置而言，其儀表系統(tǒng)包括多個SIS系統(tǒng)，其中SIL為安全完整等級、HAZOP為具體分析系統(tǒng)，上述兩方面都要與傳感器設(shè)備配合應(yīng)用，方可實現(xiàn)化工工藝裝置的安全判斷。一方面，在SIS系統(tǒng)中，SIL等級越高，其故障率相對更低，在系統(tǒng)應(yīng)用中，效果更加穩(wěn)定?；すに囇b置的安全儀表使用中，首先要考慮儀表自身安全效果，保證對裝置進行長期監(jiān)督、長期維護處理。另一方面，HAZOP系統(tǒng)應(yīng)用中，主要是針對傳感設(shè)備檢測到的數(shù)值進行分析和計算，可完成工藝裝置的預(yù)測。該系統(tǒng)的故障分析、預(yù)測分析中，主要是針對裝置的圖紙、操作規(guī)程等進行分析，及時為檢測人員提供相應(yīng)的節(jié)點數(shù)據(jù)信息。

（2）DCS在化工工藝裝置中的應(yīng)用。該系統(tǒng)必須滿足國家規(guī)范、行業(yè)規(guī)范、企業(yè)規(guī)范，特殊情況下，可根據(jù)用戶需求進行DCS系統(tǒng)的調(diào)試，整體應(yīng)用相對簡便、更具靈活性。DCS系統(tǒng)主要是對化工工藝生產(chǎn)裝置進行控制，對應(yīng)系統(tǒng)必須滿足工藝裝置的各類控制要求。具體應(yīng)用期間，控制系統(tǒng)要實時進行化工工藝裝置運算流程的分析和計算，在裝置運算體系中進行數(shù)據(jù)分析與計算。其中，相關(guān)操作人員要在數(shù)據(jù)計算與處理期間，積極配合DCS系統(tǒng)的要求，保證合理完成各類元器件的調(diào)節(jié)、控制處理。借助快速的系統(tǒng)邏輯運算進行處理，給出正確的調(diào)節(jié)指令、控制指令，確?；すに囇b置的正常生產(chǎn)、穩(wěn)定運行，所有操作都在安全控制范圍內(nèi)，確保DCS系統(tǒng)可正常進行數(shù)據(jù)收集、指令控制處理。

4.2 開展風險評估

安全儀表系統(tǒng)應(yīng)用中，風險評估是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以HAZOP分析體系為例，可借助風險矩陣進行儀表數(shù)值的計算和分析，還要考慮具體參數(shù)的風險等級，及時進行裝置中故障風險等級進行評判，并給出響應(yīng)策略，盡量保證裝置運行的安全性、合理性。在安全儀表的系統(tǒng)風險評估期間，其關(guān)鍵部分便是風險標準的選擇，數(shù)據(jù)不同，對應(yīng)風險標準不同，相應(yīng)設(shè)計人員要及時結(jié)合化工工藝設(shè)備要求、檢測數(shù)據(jù)等進行分析，明確風險標準，并及時在安全儀表中錄入相應(yīng)的風險標準，保證整個系統(tǒng)可快速響應(yīng)風險評估方法，及時進行風險預(yù)測。再者，新時期，各類新技術(shù)快速發(fā)展，風險評估的結(jié)果，不可僅考慮安全評估要求，還要從設(shè)備受損程度、維修要求、成本耗費要求出發(fā)進行分析，保證及時分析得出裝置維修、故障處理的具體要求。

4.3 進行可用性判斷

借助安全儀表系統(tǒng)，可快速進行工藝裝置安全性的檢測、監(jiān)管，提高了裝置可用性判斷效率。一方面，借助安全儀表，可及時進行裝置數(shù)值變化情況的分析和提示。檢測人員、維修人員可結(jié)合數(shù)值信息進行判斷，確定是否對裝置的元器件進行更換或維修，從而提高裝置運行穩(wěn)定效果。另一方面，借助安全儀表系統(tǒng)，還可提高裝置的可用性檢測，隨著儀表體系的深度開發(fā)、創(chuàng)新應(yīng)用，儀表技術(shù)等級不斷提高，工程應(yīng)用中可快速發(fā)現(xiàn)潛在故障問題，并可結(jié)合故障指示進行快速處理，保障企業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展。

4.4 運行安全性分析

借助安全儀表，可及時進行化工工藝裝置的安全性判斷。裝置運行期間，經(jīng)常會因人為原因出現(xiàn)故障問題，如果操作人員是無意識行為，并未認識到操作的錯誤性、嚴重性，將無法避免該類問題的再次出現(xiàn)。借助安全儀表系統(tǒng)，可及時進行工藝裝置的安全檢測，保證故障時及時發(fā)出警示、觸發(fā)保護裝置，并快速切斷電源，可有效降低裝置故障對元器件的損害作用。實踐表明，安全儀表的合理應(yīng)用，可確?；どa(chǎn)、安全生產(chǎn)之間的協(xié)調(diào)性，從而促進化工裝置的長期穩(wěn)定運行。

4.5 促進控制系統(tǒng)的集成化發(fā)展

化工工藝裝置中，安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用隨著科學技術(shù)水平的提升而不斷提升。社會大眾對安全儀表系統(tǒng)的重視度逐漸提高，業(yè)內(nèi)相關(guān)人士正嘗試著將安全儀表系統(tǒng)與具體的裝置控制系統(tǒng)相連接，推動了整個裝置的集成化發(fā)展。同時，在諸多控制系統(tǒng)的配合下，可充分發(fā)揮安全儀表系統(tǒng)的最大社會效益，大幅提升了化工工藝裝置的有效性，帶動企業(yè)生產(chǎn)實力的穩(wěn)定提升。

5 化工安全儀表系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

安全儀表的系統(tǒng)智能化。隨著科學技術(shù)水平的不斷提升，各種智能設(shè)備、新技術(shù)逐步應(yīng)用于相關(guān)產(chǎn)業(yè)中，同時安全儀表的發(fā)展也朝著智能化方向發(fā)展。安全儀表的智能化發(fā)展，使得儀表行業(yè)表現(xiàn)出明顯的便捷性、實用性。工程實踐表明，安全儀表結(jié)合智能化技術(shù)，可明顯提高人身安全等級，降低了化工生產(chǎn)中的財力投入、勞動力投入，明顯提升了企業(yè)經(jīng)濟效益。

安全儀表控制系統(tǒng)的集成化處理。對化工行業(yè)而言，其安全儀表系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了多個環(huán)節(jié)。隨著科學水平的提升，安全儀表系統(tǒng)取得了明顯進步，業(yè)內(nèi)專家指出：新型安全儀表系統(tǒng)具有更加廣泛的適用性，應(yīng)合理結(jié)合化工控制系統(tǒng)和安全儀表系統(tǒng)，保證化工儀表和公司網(wǎng)口、通信接口的統(tǒng)一下，進而可實現(xiàn)裝置體系的系統(tǒng)化控制。合理應(yīng)用上述方法，還可有效降低安全儀表系統(tǒng)的使用頻率，降低儀表過度使用等導致的危害，但是這一方法一般在小規(guī)模企業(yè)中更為適合。

6 結(jié)束語

為了合理降低化工污染環(huán)節(jié)中人為因素、設(shè)備故障因素導致的事故問題，降低人員傷亡等會引發(fā)社會恐慌的現(xiàn)象，必須大力推廣安全儀表的使用，從而逐步改善國內(nèi)化工生產(chǎn)中面臨的不良現(xiàn)狀。此外，相關(guān)技術(shù)人員還要加強安全儀表系統(tǒng)可利用價值的研發(fā)和深入挖掘，爭取將安全儀表逐步從化工行業(yè)普及到其他行業(yè)，為社會發(fā)展、國家發(fā)展提供更加穩(wěn)定的保障措施。