化工企业安全仪表系统设计及应用研究

方江天（1.西安石油大学，陕西　西安　710065）（2.中国石油宁夏石化公司电仪部，宁夏　银川　750026）

化工企业安全仪表系统设计及应用研究

方江天1 2
（1.西安石油大学，陕西西安710065）
（2.中国石油宁夏石化公司电仪部，宁夏银川750026）

在我国经济不断发展的背景下，化工企业的规模也在不断扩大，化工企业生产技术以及生产设备也越来越先进，生产更加智能化和一体化，在这一背景下，化工生产安全性引起了人们的高度重视，因此人们对安全仪表也提出了更高的重视。本文从安全仪表的功能安全入手，探讨安全仪表的设计原则，旨在提高化工生产的安全性。

安全仪表系统（SIS）；设计；SIL等级划分；应用

随着我国科学技术的不断发展，化工生产的智能化和自动化水平越来越高，使化工生产更加高效便捷，但是同时对化工生产的安全性也提出了更高的要求，安全仪表系统是保证化工装置生产安全的系统，在化工生产中得到了广泛的运用。

1　安全仪表系统SIL划分

安全仪表系统的功能就是保证生产过程的安全性，一般采用安全完整性等级（SⅠL）来对安全仪表系统的安全性能进行衡量。对安全仪表系统进行安全完整性等级划分，一般可以分为SⅠL 1、SⅠL 2、SⅠL 3、SⅠL 4，其中，安全完整性等级最高的为SⅠL 4，因此安全完整性等级为SⅠL 4的安全仪表系统的功能越强，也就是灵敏度最高，可以检测和响应SⅠL 1、SⅠL 2、SⅠL 3等级检测响应不出来的危险状况。通常情况下，化工企业的装置安全完整性等级最高的情况下为SⅠL 3级。

2　安全仪表系统设计原则

2.1测量仪表的设计原则

测量仪表是安全仪表系统中的重要组成部分，在安全仪表系统中，一般不会采用开关仪表，而是常常采用模拟量测量仪表，例如流量和压力的测量等。在测量仪表的设计中，可以按照不同的设置原则进行设计。如果是按照独立设置的原则进行设计，那么对于SⅠL 3级的安全仪表功能，测量仪表是一个完全独立的控制，与基本的控制系统完全分开；对于SⅠL 2级的安全仪表功能，一般会建议测量仪表和基本的控制系统分开，但是这并不是绝对要求的；而对于SⅠL 1级的安全仪表功能，测量仪表是可以和基本的过程控制系统共用的，这是根据独立设置原则来进行设计的。如果按照测量仪表的冗余设置原则来进行设计，SⅠL 3级和SⅠL 2级的安全仪表功能采用冗余测量仪表，SⅠL 1级安全仪表功能采用单一测量的仪表。

2.2最终元件设计原则

在安全仪表系统中，最终元件主要指电机、控制阀和电磁阀等。按照控制阀的冗余设置原则来进行设计，SⅠL 3级安全仪表功能应该采用冗余控制阀，而SⅠL 2级的安全仪表功能采用冗余控制阀效果更好，SⅠL 1级安全仪表功能可采用单一控制阀。根据控制阀的独立设置原则，那么对于SⅠL 3级的安全仪表功能，控制阀应该与基本的控制系统完全分开，这样才能使安全仪表系统可以更优先发挥作用；对于SⅠL 2级的安全仪表功能，一般会建议测量仪表和基本的控制系统分开，从而达到更好的控制效果；而对于SⅠL 1级的安全仪表功能，测量仪表与基本的过程控制系统共用，但是值得注意的是，应该保证安全仪表系统可以优先运行。

2.3逻辑控制器设计原则

逻辑控制器是安全仪表系统中主要发挥逻辑功能的零件，一般是采用可编程的电子系统进行控制的，按照逻辑控制器的独立设计原则，SⅠL 2级和SⅠL 3级的安全仪表功能，逻辑控制器应该与基本的控制系统完全分开，而SⅠL 1级的安全仪表功能，逻辑控制器应该与基本的控制系统分开更好。按照逻辑控制器的冗余设置原则，SⅠL 3级安全仪表功能应该采用冗余逻辑控制器，而SⅠL 2级的安全仪表功能采用冗余逻辑控制器效果更好，SⅠL 1级安全仪表功能可以采用冗余逻辑控制器。

3　安全仪表系统在化工生产中的应用

某45万吨合成氨项目，工艺过程包括：天然气压缩和脱硫、一段转化、二段转化、CO高低温变换、MEDA脱碳、甲烷化、氨合成、氨冷冻。

该项目各主要装置控制要求严格，自动化水平较高，采用了较多的集中显示和控制回路，并根据工艺要求设置了相应的联锁回路，对仪表的测量精度、稳定性和可靠性都有较高的要求，该装置使用和利时K系列硬件和MACS6软件组成的DCS过程控制系统，同时采用TRⅠCON三重冗余容错技术的逻辑控制系统独立完成安全仪表功能。安全仪表系统与过程控制相互独立，但又不完全分离，SⅠL1等级的测量回路先经安全仪表系统（SⅠS）安全栅一进二出，一路信号进SⅠS进行逻辑判断与输出，另一路通过盘间线进入DCS进行过程监控。SⅠL2、SⅠL3等级的回路采用与过程控制系统（DCS）完全独立的三取二测量、控制回路，直接进入SⅠS参与逻辑判断和输出，既保证了系统的安全性，又保证了装置的建设成本控制在经济、合理区间。

4　结语

在我国科学技术的推动下，我国化工企业生产智能化程度和自动化程度越来越高，安全生产问题越来越受到人们的重视，在进行安全仪表设计的时候，应该对安全仪表回路的每一个元器件都进行合理的设计，必须选择最适宜的设计原则对测量仪表、最终元件和逻辑控制器进行设计，只有这样才能保证安全仪表系统的性能。

［1］钱亮.化工安全仪表系统设计探讨［J］.辽宁化工，2009，05：356～358.

［2］许忠仪.安全仪表系统（SⅠS）的SⅠL评估［J］.化工自动化及仪表，2009，05：62～66.

［3］王利.化工工艺装置中安全仪表系统的应用［J］.民营科技，2013，04：15.