影响安全仪表系统联锁投用的原因探讨

金斌,侯振林

(1. 中国石油辽阳石化公司 产业结构调整项目部，辽宁 辽阳 111003；

2. 中国石化集团 资产经营管理有限公司 荆门分公司，湖北 荆门 448039)



影响安全仪表系统联锁投用的原因探讨

金斌1,侯振林2

(1. 中国石油辽阳石化公司 产业结构调整项目部，辽宁 辽阳 111003；

2. 中国石化集团 资产经营管理有限公司 荆门分公司，湖北 荆门 448039)

摘要：安全仪表系统在石油化工装置的安全运行中起到重要作用，其联锁正常投用关系到生产装置能否处于安全受控状态。论述了安全仪表系统联锁的分类，探讨了影响安全仪表系统联锁投用的原因，基于安全生命周期和安全完整性等级要求从基础设计、现场施工、日常维护三个方面提出了提高安全仪表系统联锁投用的有效措施和方法。

关键词：安全联锁系统可靠性可用性安全生命周期

随着现代化石油化工装置复杂性和危险程度的逐步增加，对安全和控制的要求越来越高，安全仪表系统(SIS)在确保石油化工装置的安全运行中起到重要作用。SIS独立于过程控制系统，生产正常时处于休眠或静止状态，一旦生产装置或设施出现可能导致安全事故的危险情况，能够瞬间准确动作，使生产过程停止运行或自动导入预定的安全状态，如果SIS失效，往往会导致严重的安全事故，因而确保SIS的联锁正常投用事关生产装置能否处于安全受控状态，提高SIS的联锁投用率对安全生产来说很关键，笔者从设计、应用和维护的角度来探讨影响联锁投用率的原因及解决方法。

1影响联锁投用的相关安全仪表系统要求

1.1安全生命周期

安全生命周期工作包括工程方案设计，安全危险分析与风险评估， 保护层的安全功能分配，安全完整性等级(SIL)评估及审查，SIS技术要求，SIS基础工程设计和详细工程设计，SIS集成、调试及验收测试，SIS操作维护与变更，SIS功能测试，SIS停用[1]。因此，SIS的有效性不是一劳永逸的，具有安全生命周期。SIS的联锁是否能够很好地投用，与安全生命周期每个阶段的工作息息相关。

1.2安全完整性等级

SIL包括硬件和系统的等级要求，可分为SIL1，SIL2，SIL3，SIL4四个等级[2]。在低要求操作模式时，SIL采用平均失效概率(PFDavg)来衡量；在高要求操作模式时，SIL应采用每小时危险失效频率(PFH)衡量[1]。SIL评估方法应根据工艺过程复杂程度、国家现行标准、风险特性和降低风险的方法、人员经验等确定。合理的SIS配置，可在保障装置生产安全的基础上，既降低投资成本，同时降低后续的维护成本。若SIS配置不恰当，可能对生产带来危害。SIL等级配置不足，SIS对生产装置不能提供足够的安全保护能力，将给装置生产留下安全隐患；相反，若是保护过度，不但提高了SIS后续的维护成本，并可能因维护不足等导致频繁的误动作而引起装置非计划停车，造成较大的经济损失。因此，SIL设置的合理与否，将对联锁能否正常合理投用带来很大的影响。

2安全仪表系统联锁的分类

联锁保护系统是为确保生产装置安全运行、减少事故、避免发生人身伤亡事故和设备损坏事故而设置的系统，主要分为三类： 工艺联锁、设备联锁和安全类联锁。

1) 工艺类联锁系统。为防止工艺运行参数超过规定的安全界限而设置的联锁，如： 物料的流量、压力或温度，容器液位、温度或压力，塔的液位、温度或压力，加热炉和锅炉温度或压力等联锁保护系统。

2) 设备类联锁系统。为防止转动设备如压缩机、高速泵等运行参数超过规定的安全界限而设置的联锁，如： 转速、振动、位移、轴承或轴瓦温度及润滑油、干气密封压力、流量、密封油的油气压差等的联锁保护系统。

3) 安全环保类联锁系统。为防止安全运行参数超过规定的安全或环保界限而设置的联锁，如： 封闭式压缩机厂房内可燃气报警器高报启动排风扇，消防泵的自启动等。

3安全仪表系统联锁投用影响原因分析

3.1安全联锁可靠性和可用性问题

在安全联锁可靠性和可用性的选择上可能会存在两个极端，单纯强调可靠性或可用性，没有根据SIL的要求，对可用性和可靠性做出科学合理的选择[3]。如石油化工过程的联锁动作元件电磁阀是以断电为故障安全方式，在工艺过程正常运行时，电磁阀应励磁工作。当系统要求高安全性时，调节阀或切断阀配置冗余电磁阀时可选用图1 a)所示配置方式，任意电磁阀的失电会使切断阀处于安全关闭状态。当系统要求高可用性时，调节阀或切断阀配置冗余电磁阀时可选用图1 b)所示配置方式，只有2个电磁阀同时失电才会使切断阀处于安全关闭状态。在实际应用过程中，往往在可靠性(安全性)和可用性的选择上不够科学合理，通常一提到联锁就强调高可靠性，造成联锁不必要的动作，影响了联锁的投用率。

图1　切断阀带冗余电磁阀配置示意

3.2现场检测仪表应用问题

现场检测仪表应用出现的问题可分为工艺类和设备类：

1) 工艺类出现的问题往往是工况、工艺介质发生较大变化和仪表选型、安装不合理等原因导致的联锁无法正常投用的问题。如工艺进料流量测量采用孔板为一次元件的差压式测量方式，由于工艺运行不正常，致使物料中含水量加大，导致介质密度发生变化，使测量不准，特别是冬季还会发生仪表取压管线冻堵，这些都导致了仪表联锁无法正常投用；这类问题需要在设计、选型、安装和维护时及早发现并解决。

2) 设备类的联锁问题更多出现在机组振动、位移、轴承或轴瓦温度测量上，通常为安装问题。这些检测仪表大多埋在轴瓦里面，如果因为振动、摩擦等原因造成传感器引线发生磨损破皮，绝缘性遭到破坏，导致检测信号发生故障，这类联锁只能临时解除，待机组检修时处理，这需要在安装时规范安装加以解决。

3.3干扰问题

干扰带来的影响联锁正常投用的问题较难解决，故障的查找也较困难。干扰可分为对现场输入、输出信号的干扰和对SIS的干扰。前者的解决方案是采用隔离栅解决，对于开关量信号，解决干扰问题的方法采用继电器隔离方式。以DI信号的干扰为例，根据现场的维护经验，曾发现现场的干扰窜进DI信号回路，使卡件有时无法判断输入为0还是为1，产生联锁误动作；究其原因是当进入卡件的电压在大于VA时，卡件判断输入为闭合为1，当进入卡件的电压在小于VB时，卡件判断输入为断开为0，当进入卡件的电压在VA~VB时，卡件将无法判断信号是1还是0，这时系统发生错误报警，当采用继电器隔离后，彻底隔离干扰因素，使问题得到解决。对于SIS的干扰更多是系统接地不规范带来的问题，通常为安全地、信号地接线混乱以及接地没有达到规范要求，工作地和保护地的接地线必须汇总到各自的接地总板，然后再由各自的接地总板汇总到总接地板，同时一定注意接地线间保持绝缘[4]。

3.4管理问题

在日常生产中，操作人员常把操作站的软旁路开关和辅助操作台上的硬旁路开关打到旁路位置，还存在工艺和设备联锁切除后条件正常时未及时将状态恢复的情况，人为造成联锁投用率低。这需要在日常的工作中严格执行联锁管理制度，杜绝该类问题的发生。

4结束语

通过对影响SIS联锁投用率原因的探讨，总结如下：

1) 在SIS设计时要充分考虑其安全生命周期各个阶段的任务和要达到的目标，要特别关注工程方案设计、SIL评估及审查、SIS技术要求，在工程的基础设计和详细设计阶段要根据工况的要求充分考虑仪表的选型和对系统的要求。

2) 在现场施工阶段需按照规范和设计图纸的要求进行规范施工，对仪表接地施工要特别注意。

3) 在日常维护中要加强SIS的管理，严格执行工作票制度，确保SIS受控。

参考文献：

[1]黄步余，叶向东，范宗海，等.GB/T 50770—2013 石油化工安全仪表系统设计规范[S].北京： 中国计划出版社，2013.

[2]IEC.IEC 61508—2000 Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electrical Safety — Related System[S]．Geneva： International Electrotechnical Commission，2000.

[3]邵建设.安全联锁系统的可靠性与可用性分析[J].化工自动化及仪表，2003，30(02)： 34-37.

[4]叶向东，恽春. SH/T 3081—2003 石油化工仪表接地设计规范[S]．北京： 中国石化出版社，2000.

[5]陆德民，张振基，黄步余.石油化工设计手册[M]．3版.北京： 化学工业出版社，2000： 819-826.

[6]范文进.联锁故障分析及排查方法和防范措施[J]．石油化工自动化，2014，50(06)： 75-77.

[7]沈学强，白焰.安全仪表系统的功能安全评估方法性能分析[J].化工自动化及仪表，2012，39(06)： 703-706.

[8]马科斌.安全仪表系统在汽油加氢装置的应用与安全性分析[J].化工自动化及仪表，2013，40(01)： 94-95，101.

中图分类号：TP273

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)06-0079-02

作者简介：金斌(1968—)，男，毕业于辽宁石油化工大学计算机科学与技术专业，获学士学位，现就职于中国石油辽阳石化公司产业结构调整项目部，主要研究方向为SIS的工厂应用和大型机组的解耦控制，任高级工程师，公司仪表专项技术专家。

稿件收到日期：2015-10-10。