安全儀表系統(tǒng)在成品油罐區(qū)安全管理中的應(yīng)用研究

［摘 要］安全儀表系統(tǒng)作為現(xiàn)代工業(yè)安全領(lǐng)域的重要組成部分，其在成品油罐區(qū)安全管理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。文章對(duì)成品油罐區(qū)安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行了分析，探討了安全儀表系統(tǒng)在成品油罐區(qū)的應(yīng)用，旨在提升成品油罐區(qū)的安全性，為成品油罐區(qū)的安全管理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，確保企業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。

［關(guān)鍵詞］安全儀表系統(tǒng)；成品油罐區(qū)；安全管理

［中圖分類號(hào)］TH712 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）07–0191–03

成品油罐區(qū)作為石油化工行業(yè)的重要組成部分，其安全運(yùn)營(yíng)不僅關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，更直接影響著周邊環(huán)境和居民的安全。安全儀表系統(tǒng)（SafetyInstrumented System，以下簡(jiǎn)稱“SIS”）作為一種主動(dòng)的安全保護(hù)措施，在現(xiàn)代工業(yè)安全領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色。在成品油罐區(qū)中引入SIS，不僅可提高安全管理的效率和準(zhǔn)確性，還能顯著降低潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 安全儀表系統(tǒng)概述

SIS 又稱安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，是工廠企業(yè)自動(dòng)控制中的重要組成部分，主要為工廠控制系統(tǒng)中的報(bào)警和聯(lián)鎖部分提供支撐，對(duì)控制系統(tǒng)中檢測(cè)的結(jié)果實(shí)施報(bào)警動(dòng)作或調(diào)節(jié)、停機(jī)控制，安全儀表系統(tǒng)如圖1 所示。SIS 是一種能夠自動(dòng)執(zhí)行安全聯(lián)鎖動(dòng)作的系統(tǒng)，可監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、壓力、流量等，一旦這些參數(shù)超出安全范圍，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的安全聯(lián)鎖動(dòng)作。

SIS 以IEC 61508 作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，符合國(guó)際安全協(xié)會(huì)規(guī)定的儀表安全標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)能夠檢測(cè)并預(yù)防潛在的危險(xiǎn)，具有覆蓋面廣、安全性高的特點(diǎn)。為了提高系統(tǒng)的硬件故障裕度，SIS 一般采用多重冗余結(jié)構(gòu)，確保單一故障不會(huì)導(dǎo)致SIS 安全功能喪失。系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間一般在10～50 ms，確保在異常情況發(fā)生時(shí)能夠迅速作出反應(yīng)。安全儀表系統(tǒng)包括傳感器、邏輯運(yùn)算器和最終執(zhí)行元件，即檢測(cè)單元、控制單元和執(zhí)行單元。這些組件共同協(xié)作，確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性。

2 成品油罐區(qū)安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則和要求

安全性原則：設(shè)計(jì)應(yīng)確保儀表系統(tǒng)能夠在潛在的危險(xiǎn)情況下及時(shí)、準(zhǔn)確地觸發(fā)安全動(dòng)作，以防止事故發(fā)生或減輕事故后果。符合相關(guān)的國(guó)際和國(guó)內(nèi)安全標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 61508《電氣/ 電子/ 可編程電子安全系統(tǒng)的功能安全》、IEC 61511《功能安全—過程工業(yè)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)》及GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等，確保系統(tǒng)的安全性能達(dá)標(biāo)。

可靠性原則：系統(tǒng)應(yīng)具有高可靠性，能夠在各種環(huán)境條件下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行而不出現(xiàn)故障。應(yīng)通過冗余設(shè)計(jì)、選用高質(zhì)量元器件和嚴(yán)格的制造工藝來保障系統(tǒng)的可靠性。

可用性原則：系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮易用性和可維護(hù)性，確保操作簡(jiǎn)便，降低人為操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)提供清晰的用戶界面和必要的操作指導(dǎo)，以便工作人員能夠迅速熟悉并掌握系統(tǒng)的使用方法。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)的選擇與設(shè)定

2.2.1 測(cè)量參數(shù)

液位測(cè)量：選用高精度的液位計(jì)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，使用雷達(dá)液位計(jì)確保準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)的油品量，并預(yù)防溢油事故的發(fā)生。

溫度測(cè)量：選擇精確的溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)的油溫，并預(yù)防因溫度過高而引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。

壓力測(cè)量：選用可靠的壓力傳感器，以監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力變化，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的泄漏或超壓情況。

2.2.2 報(bào)警與聯(lián)鎖參數(shù)

高液位報(bào)警與聯(lián)鎖：當(dāng)液位達(dá)到儲(chǔ)罐安全容量的上限時(shí)，應(yīng)觸發(fā)高液位報(bào)警，并與進(jìn)料閥門進(jìn)行聯(lián)鎖，自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)料閥門以防止溢油。

低液位報(bào)警：為確保泵的正常運(yùn)行并防止抽空，應(yīng)設(shè)定低液位報(bào)警值，當(dāng)液位低于此值時(shí)觸發(fā)報(bào)警。

溫度與壓力報(bào)警：當(dāng)溫度或壓力超過安全范圍時(shí)，應(yīng)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警，以便操作人員及時(shí)采取措施。

2.3 儀表的選型與配置

2.3.1 傳感器選型

液位儀表配置：每個(gè)儲(chǔ)罐都應(yīng)配置至少1 個(gè)高精度的磁致伸縮液位計(jì)（圖2），確保準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)液位變化。磁致伸縮液位計(jì)配備罐旁指示儀，并在控制系統(tǒng)中設(shè)置高、低液位報(bào)警。對(duì)于大型儲(chǔ)罐，可能需要配置兩個(gè)或更多的液位測(cè)量?jī)x表，以提高測(cè)量的可靠性和準(zhǔn)確性。

溫度儀表配置：成品油罐區(qū)應(yīng)配置溫度傳感器（圖3），用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)油溫。傳感器應(yīng)均勻分布在儲(chǔ)罐的不同位置，以獲取準(zhǔn)確的平均溫度讀數(shù)。溫度傳感器應(yīng)與控制系統(tǒng)連接，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)的安全閾值時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警和相應(yīng)的安全措施。

壓力儀表配置：為了監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力變化，成品油罐區(qū)配置壓力傳感器（圖4）。傳感器安裝在儲(chǔ)罐的頂部和底部，以檢測(cè)可能的壓力異常。壓力傳感器與控制系統(tǒng)相連，當(dāng)檢測(cè)到異常壓力時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能迅速響應(yīng)并采取措施，防止事故發(fā)生。

2.3.2 儀表配置

（1）邏輯控制器。選擇Siemens 的S7 系列高性能PLC，確?？刂破骶哂凶銐虻妮斎? 輸出點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量，以滿足罐區(qū)監(jiān)控需求。掃描周期應(yīng)小于10 ms，確?？焖夙憫?yīng)。選擇滿足SIL 3 等級(jí)的邏輯控制器。采用三模冗余配置，確保系統(tǒng)的高可用性。

（2）執(zhí)行器。選用符合API、ANSI 標(biāo)準(zhǔn)的緊急切斷閥和放空閥，執(zhí)行器的動(dòng)作時(shí)間小于3 s，以確保在緊急情況下能夠迅速響應(yīng)。在成品油罐區(qū)等易燃易爆環(huán)境中，執(zhí)行器的防爆等級(jí)為ExdIICT6。支持標(biāo)準(zhǔn)的控制接口和信號(hào)，確保與控制系統(tǒng)的兼容性良好，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制功能。

3 安全儀表系統(tǒng)在成品油罐區(qū)的應(yīng)用

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警

安全儀表系統(tǒng)通過高精度傳感器對(duì)成品油罐區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，檢測(cè)液位、溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常，如液位過高、溫度過高或壓力異常等，立即觸發(fā)預(yù)警系統(tǒng)。預(yù)警系統(tǒng)通過聲光報(bào)警、短信通知或郵件提醒等方式，及時(shí)告知操作人員或管理者潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，使得他們可迅速采取措施，防止事故發(fā)生。

3.2 自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)

安全儀表系統(tǒng)還能根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)。系統(tǒng)內(nèi)置的智能算法會(huì)根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，以確保罐區(qū)處于最佳和安全的工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某個(gè)儲(chǔ)罐的液位過高時(shí)，可以自動(dòng)控制閥門，減少液體的輸入，防止溢出。同樣，當(dāng)溫度過高時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)啟動(dòng)冷卻裝置，將溫度控制在安全范圍內(nèi)。

3.3 緊急切斷與隔離

在緊急情況下，如發(fā)生泄漏、火災(zāi)或爆炸等事故時(shí)，安全儀表系統(tǒng)能夠迅速切斷與危險(xiǎn)源相關(guān)的設(shè)備，并進(jìn)行隔離。系統(tǒng)通過緊急切斷閥等執(zhí)行器，在數(shù)秒內(nèi)關(guān)閉相關(guān)的管道和閥門，防止事故擴(kuò)大。同時(shí)，系統(tǒng)還可以自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急程序，如開啟消防系統(tǒng)、啟動(dòng)應(yīng)急照明和通風(fēng)設(shè)備等，以確保人員和設(shè)備的安全撤離和事故處置。

3.4 數(shù)據(jù)記錄與分析

安全儀表系統(tǒng)還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)記錄與分析功能，能夠?qū)崟r(shí)記錄罐區(qū)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括液位、溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)變化。通過數(shù)據(jù)分析，管理人員可了解罐區(qū)的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)異常模式，并及時(shí)采取措施進(jìn)行改進(jìn)。

4 結(jié)束語

安全儀表系統(tǒng)的引入對(duì)于提升成品油罐區(qū)的安全管理水平和降低潛在風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制關(guān)鍵工藝參數(shù)，如液位、溫度和壓力等，能夠及時(shí)預(yù)警和采取應(yīng)急措施，有效防止事故的發(fā)生或減輕事故后果。安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循了安全性、可靠性和可用性原則，確保了系統(tǒng)在各種環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)記錄與分析功能，為管理者提供了全面的運(yùn)行數(shù)據(jù)，有助于進(jìn)一步優(yōu)化安全管理策略。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，安全儀表系統(tǒng)將在成品油罐區(qū)安全管理中發(fā)揮更大作用。

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