安全仪表系统在精细化工中的应用

韩续增 周超

摘 要：精细化工生产中引入安全仪表系统，可以实现及时报警、高度自动化及降低事故发生等作用，并利用不同类型的安全仪表系统评估生产过程中可能出现的问题，提升化工装置运行的安全性，提高安全仪表系统运行的质量，推动精细化工行业的健康发展。

关键词：安全仪表系统;精细化工;应用

1 安全仪表系统简述

在化工生产活动中，安全仪表系统在化工装置中得到广泛应用，包括气体安全系统、紧急停车系统、火灾安全系统等等，均可对灾害起到缓解和抑制的作用，有效保障生产安全，使人员、设备和环境不受损害。同时，在化工生产过程中，装置内部的安全仪表与基本过程控制系统同等重要，根据IEC61511的规定，安全仪表系统包括传感器、控制器、执行器等多个部分，可根据实际情况发挥一项或者多项功能。如若化工生产中出现越限变量、设备异常等情况，该系统可通过手动或自动完成事先设定的内容，使安全事故得到有效控制，减少或避免化工企业造成的损失。

2 安全仪表系统在化工工艺装置中的重要性

安全仪表系统是指能实现一个或多个安全仪表功能的系统。系统包括传感器、逻辑运算器和最终执行元件。传感器指用于测量过程变量的单一或组合设备。安全仪表系统的逻辑单元可由继电器系统或者可编程序电子系统构成。最终执行元件可以是安全仪表系统用的切断阀，与过程控制系统共用的控制阀或电动阀等。安全仪表系统共分为4个安全度等级，安全等级越高，安全仪表出故障的可能性越低，其可靠性越强，1为最低级，4为最高级。

化工工艺装置中应用安全仪表系统，能及时监测化工工艺的各个环节，一旦出现危险情况，系统会发出警报，能及时将危险情况传递给工作人员，阻止危险进一步扩大，工作人员也能及时解决问题，保证工藝流程的正常进行。化工工艺运行过程中如果有人为操作不当的情况出现，必然会导致运行故障，如果工作人员没有意识到错误的操作，则类似的故障还会发生，而安全仪表可以实时监测故障的发生，如有发生将触发保护装置。

安全仪表系统也能降低化工工艺的平均故障发生率，在最大程度上保证化工工艺的安全性，同时也保障了生产的经济效益。化工工艺存在的安全隐患很多，一旦出现安全故障将造成极大的损失，降低故障发生率必须给予高度重视，平时发生的故障多数都是因为其被忽视导致的。

安全仪表系统能监督化工工艺的正常运行，比如系统故障时性能递减方式采用三取二表决方式，即三个CPU中若有一个运算结果与其他两个不同，该CPU故障，其余两个继续工作;若其余两个CPU运算结果再有不同时，则无法表示出哪一个是正确的，系统停车。若采用二取一带自诊断，则当一个CPU被检测出故障时，该CPU被切除，另一个CPU继续工作;若第二个CPU再被检测出故障时，系统停车。安全仪表系统能预防随时可能出现的突发隐患。

3 安全仪表系统在细化工中的应用

化工安全仪表系统（SIS）包括安全联锁系统、紧急停车系统和有毒有害、可燃气体及火灾检测保护系统等。安全仪表系统独立于基本过程控制系统BPCS（例如DCS集散控制系统、可编程电子系统PES等），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情况时，能够瞬间准确动作，使生产过程安全停止运行或自动导入预定的安全状态，必须有很高的可靠性（即功能安全）和规范的维护管理。SIS 设计是将安全仪表系统在工程装置中实际应用的第一步，而SIL 等级对SIS 设计有着直接的影响，所以SIL 等级确定之后，就可以针对当前SIF 回路进行SIS 的设计。

下面以硝化反应为例，探析SIS 在精细化工装置中的应用。

3.1 仪表元件设计

硝化反应的特点就是反应过程产生的大量的热量，因此稳定的温度是保证反应在可控状态下进行的关键。在反应釜上设置温度变送器，用来检测反应温度。另外反应釜搅拌电机的工作状态是保证物料温度均匀的关键因素。当反应温度超过设定值，或者搅拌电机停止或故障时，将进料阀门尽数切断，同时打开应急冷冻水管道降温，同时还要及时打开应急槽阀门，待物流排入之后将应急处理工作做好。所有阀门在故障状态时都应处于安全位置。需要注意的是，为了保证变送器、阀门的失效概率数据的可靠性，我们选用的变送器、阀门均需要具有经过TUV 认证的SIL 等级。

3.2 系统与SIS逻辑设计

SIS的逻辑运算系统是SIS的核心和灵魂，合理可靠的硬件配置是保证SIS系统安全有效的基础，SIS 的逻辑控制器在软件出现故障时，必须要做到可以自行诊断，可以根据设计的预定办法，来确保能够顺利进入到安全状态当中。除了正常条件触发联锁，在现场和操作台上都应配备紧急切断按钮，当紧急切断按钮按下时，执行机构能够执行相应的安全联锁，紧急切断按钮应该具有防误触的措施，另外软件的检修旁路不应接入紧急切断按钮中。

3.3 软件和硬件的冗余设计

根据我们确定的SIL 等级，SIS对冗余性的要求也不同。SIF回路安全完整性等级为1级时，可采用单一测量仪表;2级时，宜采用冗余设置;等级大于3 级时，必须采用冗余设置;冗余方式根据系统对可用性和可靠性要求的差异性采用“与”或“或”逻辑要求。冗余技术还被应用于逻辑控制器的电源、中央助理、通信以及输入输出等单元当中。

4 精细化工生产中安全仪表系统运行维护

4.1 重视基础管理工作

加快对于化工安全仪表系统的技术认证，完善技术体系和操作标准。想要完全规划好我国关于化工安全仪表系统标准运行体系，需要相关部门和单位进行全力配合，共同规划并制定好我国关于化工安全仪表系统的管理和工作计划，组织并制定好符合我国实情的企业安全发展应用标准和操作指南，推进符合我国国情的安全认证体系和机制。

落实“两重点一重大”安全监督原则，就是指政府安监部门重点监管的危险化工工艺、重点监管的危险化学品和重大危险源的监管，简称“两重点一重大”。这一举措是当前或今后一段时期内各政府安监部门的安全监管抓手，主要强调“突出重点、加强监管”的安全理念，是促进企业安全生产管理的重要措施。

4.2 引入周期管理措施

在进行化工安全仪表系统设计之前，首先应对安全仪表系统的应用和安全要求进行全面了解，包括实际的设计意图、相关的设计和操作依据等;另外，要加强对化工安全仪表系统的安装调试工作以及联合确认工作，规范好对于化工安全仪表系统的设计纲领;相关部门应该进一步加强对化工企业安全仪表系统的技术操作和仪表的维护与管理，加强企业内部管理的同时，逐步实现对化工安全仪表系统管理的完善工作。

4.3 做好仪表系统保护

在使用过程中，为确保仪表运行安全，应加强预警机制的应用。在实际应用过程中，加强仪表预警机制中的警报管理，制定明确预警制度，并按照规定严格运行。例如加深对基本运行过程的控制管理，确保仪表能安全且完整的按照回路机制运行。再如可以参照化工安全仪表系统的功能，对其进行安全运行检验和管理，确保自动控制回路的投用率和使用率。严格遵循安全标准进行仪表的设计和具体规范进行实施，建立专门预警系统对毒害气体、可燃气体等进行检测，确保人员安全，保证化工安全仪表系统功能的全面性和稳定性。

5 结束语

近些年我国工业化水平不断提升，化工生产过程中对生产装置安全性要求越来越高，需要做好相应管理工作。精细化工生产中将安全仪表系统安装在工艺装置上，实现监督、控制及管理化工工艺装置运作的目的，及时发现装置运行过程中存在的异常情况，通过分析数据明确故障区域，并采取针对性的措施解决安全问题，确保精细化工生产活动的顺利进行。

参考文献：

[1]索双全.浅谈设计安全仪表系统提升化工装置安全[J].当代化工研究，2018（07）：134-135.

[2]骆磊.石油化工电气仪表安全供电系统研究[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（14）：179-180.

[3]周有铮.安全仪表系统与TSxPlus系统[J].通用机械，2018 （07）：27.

[4]谢若曦.石油化工安全仪表系统的设计分析[J].科技经济导刊，2018，26（14）：57.