化工工艺装置中安全仪表系统的应用

林士海，朱 辉，孙 波，王瑞君

（武汉有机实业有限公司，湖北武汉 430040）

近年来，国内化工行业快速发展，带动了新技术、新设备的出现和应用，同时促进了化工产品的科技含量逐步提升。化工生产工艺正朝着复杂化方向发展。当下，大部分化工生产都需要使用到智能化设备，这些设备的使用，一定程度上会导致安全隐患问题，有时还会造成化工事故，社会负面影响巨大。为了合理规避上述风险，工程中引入了安全仪表，借助安全仪表的应用，可有效降低事故概率，确保了施工人员的人身安全。针对安全仪表系统在化工装置中的应用进行全面分析具有重大现实意义。

1 安全仪表系统在化工工艺装置中的重要价值

1.1 及时报警

化工工艺装置中，安全仪表一般会与自动报警系统相连。一旦安全仪表出现超标超限的情况，即仪表数值超过规定的安全范围时，对应的警报系统便会运作，及时向相关人员发出警报，提示技术人员及时进行相关位置的检测核验。同时，借助仪表报警情况，还有利于相关人员及时了解事故位置、事故原因，初步进行故障原因的分析判断。

1.2 自动化安全系统

新时期，化工装置中的安全仪表系统自动化发展是时代发展的必然趋势。随着科学技术水平的提升，安全仪表系统都会直接与计算机相连接，借助计算机，相关人员便可进行仪表系统的监控、操作处理，还可借助相应的系统设施进行应急处理。如结合安全仪表的检测数据，自动控制部分装置的阀门关闭等，从而逐步实现安全仪表的自动化管理。

1.3 降低事故率

化工工艺装置的运行中，必须考虑其安全检测要求，安全检测是降低隐患概率的重要保障。合理安装安全仪表，可大幅度降低化工装置因设备故障导致的事故概率，从而降低从业人员的危险等级。工程实践中，借助安全仪表装置，不但可及时进行工艺装置故障位置的提醒，还可结合报警数值的大小进行危险程度的分析。相关技术人员可快速进行响应，及时检测、修理和完善，从而保证整个工艺装置的长期稳定运转，提高装置的有效性、安全性。

2 化工自动仪表的常见故障分析

2.1 压力测量仪表故障

压力仪器常见故障主要包括：膜片受损、管道堵塞等。这一现象的主要原因在于压力计的工作原理，压力仪器工作中，一般是经由内部感测元器件感受外界压力、外界温度等，外界变化导致变形后，将会以电话号码的方式进行状态传送。正常运行条件下，压力测量仪器必须保证良好稳定地接触，方可维持预期测量精度。确保感测元器件能够高效感知变形、变化。具体要求：接线部位紧密连接，传动部位保持干燥、清洁的特点，不可出现腐蚀、变形等情况。在日常使用、正常运转的条件下，相关作业人员必须及时进行检查分析，避免故障缺陷等方面的负面影响。

2.2 流量测量仪表故障

流量计的种类较多，其故障种类也相对较多。一般流量计发生故障后，常见表现包括：数值跳动、数值范围较大等。考虑到流量计的故障主要是因参数变化引起，最为常见的参数变化便是黏度、雷诺数、密度等。

2.3 温度测量仪表故障

测温故障中，主要是温度指示灯在高低两个方向都会闪亮，不发生变化。测温仪常见故障包括热电偶故障、热阻故障。受高温条件影响，上述部件经常出现零件短路故障，有时会出现接触不良问题。现有温度计使用中，保护管结构出现故障时，也会导致测量仪表失效。

2.4 液位测量仪表的故障

测量原理不同，液位测量仪器的类型也相对较为丰富。一般包括液位测量仪、超声波测量仪等。测量仪器不同，其故障类型也会存在一定差异，如液面波动范围大、测量值波动等。故障判断方法中，一般是借助目镜对其进行检测。

3 安全仪表设计的基本要求

3.1 控制安全仪表的使用周期

SIS 系统生命周期包括 HAZOP 分析、方案设计、SIL 验算 /验证、运行管理等阶段。相关设计人员需及时进行安全仪表的合理设计，对其进行周期设计，并制定相应维护措施，如制定定期测试维护制度，制定相应的SIS系统投用/摘除制度。相关机构要考虑审批要求，制定相应的权限规定，对应操作人员必须及时进行巡回、检查处理。上述措施可明显延长仪表使用寿命，从而提升整个系统的安全性、可靠性。

3.2 提升设计技术性、合理检测

安全仪表使用期间，必须进行监测工作的技术管控处理，保证结合有效性、合理性要求。相关设计人员要掌握基础的化工专业知识，了解仪表的功能、应用效果。在仪表设计工作后，及时进行检测处理，预估仪表使用期间可能出现的问题，并做好规避方案。检测完成后，要进行仪表安装应用，设计人员要先进性仪表测试调节，以期提升仪表安全、仪表和装置之间的契合效果。

4 化工工艺装置中安全仪表系统的应用策略

4.1 不同种类安全仪表的应用

企业在进行化工工艺装置的投产期间，必须满足国家《电子/电气安全相关系统的功能安全》准则。上述准则中包括SIS系统、DCS系统两大类。

（1）SIS在化工工艺装置中的应用。该系统也称为安全仪表系统，对化工工艺装置而言，其仪表系统包括多个SIS系统，其中SIL为安全完整等级、HAZOP为具体分析系统，上述两方面都要与传感器设备配合应用，方可实现化工工艺装置的安全判断。一方面，在SIS系统中，SIL等级越高，其故障率相对更低，在系统应用中，效果更加稳定。化工工艺装置的安全仪表使用中，首先要考虑仪表自身安全效果，保证对装置进行长期监督、长期维护处理。另一方面，HAZOP系统应用中，主要是针对传感设备检测到的数值进行分析和计算，可完成工艺装置的预测。该系统的故障分析、预测分析中，主要是针对装置的图纸、操作规程等进行分析，及时为检测人员提供相应的节点数据信息。

（2）DCS在化工工艺装置中的应用。该系统必须满足国家规范、行业规范、企业规范，特殊情况下，可根据用户需求进行DCS系统的调试，整体应用相对简便、更具灵活性。DCS系统主要是对化工工艺生产装置进行控制，对应系统必须满足工艺装置的各类控制要求。具体应用期间，控制系统要实时进行化工工艺装置运算流程的分析和计算，在装置运算体系中进行数据分析与计算。其中，相关操作人员要在数据计算与处理期间，积极配合DCS系统的要求，保证合理完成各类元器件的调节、控制处理。借助快速的系统逻辑运算进行处理，给出正确的调节指令、控制指令，确保化工工艺装置的正常生产、稳定运行，所有操作都在安全控制范围内，确保DCS系统可正常进行数据收集、指令控制处理。

4.2 开展风险评估

安全仪表系统应用中，风险评估是关键环节，以HAZOP分析体系为例，可借助风险矩阵进行仪表数值的计算和分析，还要考虑具体参数的风险等级，及时进行装置中故障风险等级进行评判，并给出响应策略，尽量保证装置运行的安全性、合理性。在安全仪表的系统风险评估期间，其关键部分便是风险标准的选择，数据不同，对应风险标准不同，相应设计人员要及时结合化工工艺设备要求、检测数据等进行分析，明确风险标准，并及时在安全仪表中录入相应的风险标准，保证整个系统可快速响应风险评估方法，及时进行风险预测。再者，新时期，各类新技术快速发展，风险评估的结果，不可仅考虑安全评估要求，还要从设备受损程度、维修要求、成本耗费要求出发进行分析，保证及时分析得出装置维修、故障处理的具体要求。

4.3 进行可用性判断

借助安全仪表系统，可快速进行工艺装置安全性的检测、监管，提高了装置可用性判断效率。一方面，借助安全仪表，可及时进行装置数值变化情况的分析和提示。检测人员、维修人员可结合数值信息进行判断，确定是否对装置的元器件进行更换或维修，从而提高装置运行稳定效果。另一方面，借助安全仪表系统，还可提高装置的可用性检测，随着仪表体系的深度开发、创新应用，仪表技术等级不断提高，工程应用中可快速发现潜在故障问题，并可结合故障指示进行快速处理，保障企业的长期稳定发展。

4.4 运行安全性分析

借助安全仪表，可及时进行化工工艺装置的安全性判断。装置运行期间，经常会因人为原因出现故障问题，如果操作人员是无意识行为，并未认识到操作的错误性、严重性，将无法避免该类问题的再次出现。借助安全仪表系统，可及时进行工艺装置的安全检测，保证故障时及时发出警示、触发保护装置，并快速切断电源，可有效降低装置故障对元器件的损害作用。实践表明，安全仪表的合理应用，可确保化工生产、安全生产之间的协调性，从而促进化工装置的长期稳定运行。

4.5 促进控制系统的集成化发展

化工工艺装置中，安全仪表系统的应用随着科学技术水平的提升而不断提升。社会大众对安全仪表系统的重视度逐渐提高，业内相关人士正尝试着将安全仪表系统与具体的装置控制系统相连接，推动了整个装置的集成化发展。同时，在诸多控制系统的配合下，可充分发挥安全仪表系统的最大社会效益，大幅提升了化工工艺装置的有效性，带动企业生产实力的稳定提升。

5 化工安全仪表系统的发展趋势

安全仪表的系统智能化。随着科学技术水平的不断提升，各种智能设备、新技术逐步应用于相关产业中，同时安全仪表的发展也朝着智能化方向发展。安全仪表的智能化发展，使得仪表行业表现出明显的便捷性、实用性。工程实践表明，安全仪表结合智能化技术，可明显提高人身安全等级，降低了化工生产中的财力投入、劳动力投入，明显提升了企业经济效益。

安全仪表控制系统的集成化处理。对化工行业而言，其安全仪表系统的发展经历了多个环节。随着科学水平的提升，安全仪表系统取得了明显进步，业内专家指出：新型安全仪表系统具有更加广泛的适用性，应合理结合化工控制系统和安全仪表系统，保证化工仪表和公司网口、通信接口的统一下，进而可实现装置体系的系统化控制。合理应用上述方法，还可有效降低安全仪表系统的使用频率，降低仪表过度使用等导致的危害，但是这一方法一般在小规模企业中更为适合。

6 结束语

为了合理降低化工污染环节中人为因素、设备故障因素导致的事故问题，降低人员伤亡等会引发社会恐慌的现象，必须大力推广安全仪表的使用，从而逐步改善国内化工生产中面临的不良现状。此外，相关技术人员还要加强安全仪表系统可利用价值的研发和深入挖掘，争取将安全仪表逐步从化工行业普及到其他行业，为社会发展、国家发展提供更加稳定的保障措施。