石油化工安全仪表系统的设计与可靠性

初长东(山东实华安全技术有限公司，山东 东营 257000)

0 引言

自动化控制技术的有效推广，改变了传统石油化工的生产、设计模式，特别是自动化控制技术可宏观分析出石油化工的生产情况，以便管理人员进行后续的管理及控制工作。在此过程中，技术人员应注意石油化工安全仪表的应用措施，总结提高装备安全运行的方法措施，再给予必要的干预，能够提高装置运行的稳定性。为提高装置设计的可行性，技术人员应明确与仪表安全性能相关的管理要素，再分析出仪表运行可靠性要求，可为巩固装置安全生产提供理论依据。

1 石油化工安全仪表系统的设计原则

1.1 确保仪表系统的运行稳定性

在石油化工产业的实际控制过程中，需要使用大量安全仪表，以分析装置的运行功能及运行状态，故仪表系统设计前应确保装置的功能性，尤其是应当结合相关控制标准，科学的分析仪表系统是否处于稳定地运行状态，以此评价出装置是否处于安全、稳定地运行状态下工作。为巩固装置的运行质量，需要技术人员结合自动化控制技术探讨控制系统、应用装置、编程模式中仪表功能状态，可提高仪表装置的基础功能[1]。若元件设计、运行逻辑存在控制问题时，就会导致仪表运行故障，所以技术人员应及时评价出装置的运行状态及信号指标，分析出生产要求及装置停止运行的功能要求，可预防仪表系统安全隐患的发生概率。

1.2 巩固仪表系统的功能性

为提升仪表系统的运行的功能性指标，技术人员应当对不同元器件的安全警报指标、正常运行指标的参数值进行分析，确保仪表内的参数值始终在额定范围内，有利于让各类机械装置趋于安全化运行。另外，仪表功能设定中，技术人员也应当在现场调研、勘察的基础上分析仪表的运行状态及运行功能要求，同时在保证仪表功能稳定性的基础上设定控制思路，可让仪表系统的运行状态更适符合控制需求，可让整体表盘系统在最佳状态下运行。

1.3 强化对仪表的升级和维护

做好电子表盘的日常维护和系统升级工作，特别是应当结合日常维护技术对仪表的运行、安装要求进行测试，再给予仪表必要的拓展和评价工作，能为仪表的后期维护提供方便。因此，技术人员应当设定定期监控、检测的计划，在相关控制目标、告警要求的限定中监控仪表的运行逻辑，有利于让装置始终在稳定的运行状态中，也能及时监控出装置的减削、老化及故障情况。待完成仪表内部系统的更新后，可确保石油化工安全仪器的基础功能[2]。

1.4 避免仪表系统不被损坏

石油化工生产环境较为恶劣，大多原材料为易燃、易爆的气体或液体，技术人员应避免仪表系统的功能性，尤其是做好空间内装置的温度、压力的测试，再评价出各个工艺的生产状态。因此，利用自动化监控技术评价石油化工仪表偏转及度数，可监控出生产期间的风险状态[3]。同时，技术人员还应监控出仪表的使用需求，对仪表运行模式进行策划，监控出表盘的运行状态，巩固整体控制系统的功能性及安全性，能够防治仪表不被损坏。

2 石油化工安全仪表系统设计的技术要点

2.1 传感器冗余的设计要点

为提高关键运行装置的可靠性需求，应当在关键部位配置冗余传感器装置，可提高各机组内传感器的运行功能。从综合的角度来讲，冗余配置前应分析传感器的失效情况是否达到安全仪表功能(SIL)的控制标准，若达到压力控制标准时，可不用进行冗余配置。当机组内所使用的传感器无法维系SIL的控制目标时，可配置1台冗余机组进行协调。值得注意的是，冗余处理前应调研装置的安全性功能，根据联锁动作状态设定控制逻

辑，有利于巩固冗余传感器就运行状态，故技术人员应当利用“三取二逻辑”逻辑模式提高整体设计的安全性。

2.2 设定安全性的控制仪表体系

SIL运行系统相对严谨，运行中需使用控制端、传感器、处理器等装置评定装置的安全运行指标，所以技术人员应当分析整体装置的控制逻辑，探讨传感器与执行性之间的交互作用，可搭建稳定性的运行、控制模型。其中，应当利用自动化技术评价各装置的运行状态，再结合自系统的失效指标评价出失效概率及控制单元等级，具体应从以下几方面进行控制：第一，SIL3级(控制)的运行系统的失效可能性较小，大多≤0.099%；第二，SIL2级(传感)的运行传感系统的失效概率在0.099%～0.99%之间；第三，SIL1级(执行)的失效概率较大，大多失效发生率≥0.99%(≤9.99%)，原因是执行器控制逻辑较为复杂，故需要监控不同等级控制单元的运行情况，以便巩固仪表系统功能的稳定性。可见，执行系统的整体安全仪表失效的概率较大，一旦过程中执行单元出现运行问题，其余运行单位均会受到一定影响。因此，技术人员不仅应当分析控制器的运行状态，还能探讨整体机械元件、仪表装置的执行单位，可避免设计不合理的不利影响。其中，可结合安全仪表控制逻辑的要求进行监控[4]。

通过做好仪表控制、执行逻辑的分层需求，再使用自动化系统评价流量、报警、液压、温度等监控装置的数值指标，待评定好各类控制元件的运行指标后，技术人员分析出控制系统的控制标准，再结合执行器功能、仪表的运行结需求进行调研，可避免运行系统功能指标方面的问题。通过运用“大数据”控制、存储、抄送控制数据，在强化执行器控制等级的过程中降低整体运行模型失效的概率，再结合客观、全面的角度提高控制精准度，尽量将执行单元的失效概率控制在SIL3等级，也能逐步巩固装置的安全等级指标。

2.3 融入配置的管理设计

对仪表运行可靠性功能设计过程中，应当将主体控制模型限定在同一指标内，即将数据传感、终端执行、控制逻辑标准限定在SIL3等级标准内，故需确保各支路元器件的SIL指标也为SIL3等级，具体应结合以下要求进行：第一，传感器功能优化中，可强化冗余控制模型，例如可使用“二取一”的控制逻辑评价整体装置的控制等级。在此过程中，技术人员应分析系统的电磁感应指标，探讨电磁阀和位移传感器安全等级，再对执行装置的安全等级进行评估，确保整体运行装置的执行标准始终在安全控制标准内。第二，系统安全性设计中，还应当根据元器件的数量及传感器数量做出一定调整，例如在“二取二”冗余控制执行设计中，应当确保所使用的两组传感器装置的运行要求均能达到控制标准。通过监控出不同控制、传感表盘的运行状态，再给予协调与控制，可避免两组传感器同时失控的现象发生。值得注意的是，该方法的缺点是过程中可能会出现“二取失效”现象，故此时SIL的等级质量无法提高。第三，从执行器运行的可靠性的角度来讲，不同性能的传感装置、冗余装置的限定条件也会存在一定差异，所以应当注意确保所使用传感器在“联锁切断”的条件下运行。通过串联子控制端程的形式，并将多组执行器的功能进行协调，可提高装置内部的稳定性参数。但是，若装置并未进行联锁控制性，仅将两组传感器串联相连，可能会限制执行SIL的效率[5]。总之，技术人员应结合SIS控制系统及控制模块的运行流程进行监控，分析输出回路所得到的元件功能指标，再结合冗余配置需求确立出看输入及输出要求，能够提高看控制单元的运行质量，具体可结合SIS控制体系的模型进行监控，需要总结出感测器、最终元件的系统运行方式。

2.4 落实设计及可靠性的管理措施

技术人员应对所使用的表盘装置、控制系统模型展开监控，再结合石油化工安全仪表的功能特点展开统计测试，能消除操作过程中的风险问题。因此，技术人员应采用风险控制的思想就对仪表的设计需求进行监控，再利用信息化技术监控出SIF的估算模型，可消除冗余容错现象的发生概率。另外，冗余执行分析中，技术人员应结合控制指标、运行图纸进行施工作业，可避免联锁控制中回路运行不稳定、设计不科学、违规操作现象的不利影响，以期消除装置运行安全性的问题。通过落实系统地设计模型，再对仪表控制原理进行监控分析，可巩固整体控制装置的运行效率。

3 石油化工安全仪表系统设计可靠性的优化措施

安全仪表使用设计过程中，技术人员应探讨运行装置及控制逻辑，结合项目的执行标准及影响需求确立响应目标。其中，为提升仪表控制系统的功能性，需要技术人员评估出定量的控制概率指标，再结合仪表运行的概况评估事故的影响。因此，技术人员应分析出可能会影响仪表系统稳定性的步骤指标，再利用可控的评估标准得到装置的正常运行方法。另外，在长期控制影响下，技术人员应对仪表系统的运算逻辑进行测试，评估运算系统的可行性和稳定性，再分析控制单元和执行单元的数据调控状态。通过匹配装置的运行风险及匹配方式，再结合关联性逻辑计算方式分析装置运行及控制方面的匹配需求，有利于提高整体控制单位的运行质量。所以，技术人员应当及时监控、分析装置的SIL进安全等级指标，再对现有表盘运行方式、运行逻辑进行实践监控，确保整体控制仪表可在持续运行、持续保护的作用下进行协调工作。

4 结语

综上所述，石油化工安全仪表系统设计优化中，技术人员应结合信息化技术监控装置的运行逻辑、执行及传感需求，在宏观设计监控中分析数项目实施要点，再使用关联性的控制指标进行评估，以期消除安全仪表系统使用方面的问题，提高石油化工安全仪表的可靠性。