安全仪表系统在化工装置中的设计与应用

丁振中 朱文瑞 陆金森

[摘    要]化工生产具有较高的危险性，对工艺条件和装置使用具有十分严格的要求，由于工艺生产中存在较多的不安全因素，危害性较强，因此，工艺装置使用的过程中更加注重安全可靠性。安全仪表系统是具有专业认证资质、安全完整性较高的一种仪表安全保护系统，能够快速响应化工生产中的安全风险，同时还能够自动检测处理自身故障，保证其安全性，在化工装置中得到了良好应用。主要对安全仪表系统在化工装置中的设计和应用相关内容进行分析。

[关键词]化工装置;安全仪表系统;设计;应用

[中图分类号]TQ056 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–0–02

[Abstract]Chemical production is highly dangerous， and has very strict requirements on process conditions and device use. Due to the many unsafe factors in process production and strong hazards， more attention is paid to the use of process devices. Safety and reliability. The safety instrumented system is an instrumented safety protection system with professional certification qualifications and high safety integrity. It can quickly respond to safety risks in chemical production， and can also automatically detect and handle its own failures to ensure its safety. Therefore， it has been well applied in chemical plants. In view of this， this article mainly analyzes the design and application related content of safety instrumented systems in chemical plants .

[Keywords]chemical plant; safety instrumented system; design; application

近年來，我国的化工行业发展水平不断提高，使得设施设备和工艺技术都在逐步更新升级，化工生产的工艺复杂性提高，而且在化工生产的过程中会使用到一些智能化的设备装置，其中安全是非常关键的问题。化工生产中出现安全事故会对人员的生命安全和企业带来极大的危害，而安全仪表系统的使用能够保障化工装置的安全可靠性，减少化工安全事故发生的次数，确保化工人员安全。因此，研究安全仪表系统在化工装置中的设计和应用具有重要意义。

1 安全仪表系统介绍

安全仪表系统主要指通过一个或者多个仪表实现安全功能的控制系统[1]。安全仪表系统能够对设备或者生产装置存在的危险进行快速响应，从而使其进入一个预定义的安全工况中，这样能够有效降低危险性，减少损失，确保人员、设备以及环境的安全。安全仪表系统在生产装置的启停环节、运行以及维护阶段都能够为设备装置、人员以及生产环境带来安全保护。不管是由于人为因素、不可抗因素还是装置自身出现的危险，安全仪表系统都能够快速做出响应，同时发出对应的逻辑信号，使装置设备安全联锁或者停运，这样能够防止危险进一步加深，将危害降到最低。

2 化工装置安全仪表系统设计应用的原则

2.1 稳定可靠

在化工装置中应用安全仪表系统具有较强的特殊性，在进行设计和应用时，需要确保系统能够稳定可靠的运行。安全仪表系统要想实现这一目标，在实际设计的过程中就需要全面考虑各个方面的因素，从元件的选取、软件编程、系统内容等方面进行综合设计，进而保证仪表系统应用的安全可靠性[2]。系统在化工装置中应用时，启动和停运阶段，都需要执行维护，确保仪表使用正常。而如果安全仪表系统在使用的过程中，由于人为因素或者不可抗因素的影响而出现故障问题，安全仪表系统需要能够依照故障的实际情况快速做出反应，及时辨别相应的信号，从而对化工装置进行锁定，以停止化工生产，极大降低了危险性，将危害控制在一定范围内，减少损失。

2.2 功能健全稳定

安全仪表系统为了能够更好地发挥功能，需要在化工装置设计过程中进行有效处理，保证其高效地监督管理化工生产仪表的数据信息，起到安全预警的作用。因此，在设计过程中需要保证安全仪表功能的健全性，使系统能够稳定可靠的运行。在对安全仪表系统进行设计时，相关人员需要有针对性地对系统进行具体情况分析，同时在现场进行勘查，确保仪表运行的精准性，保证仪表功能的全面发挥。

2.3 便于维护与升级

化工装置安全仪表系统的设计应用过程中，质量安全问题是非常关键的。由于化工行业的特殊性，要想保证仪表的质量安全，对仪表的设计需要保证有完善的仪表功能，能够方便对仪表的运行情况进行检查和日常维护。有关化工装置的安全仪表选取，要保证安装的便捷性，在使用和维护方面都比较容易，能够通过简单的方式进行检修。此外，为了能够更好地监管安全仪表系统，在设计过程中，需要尽量减少化工装置中仪表个数，为仪表的设置留存一定的空间，这样能够便于后续的维护升级，还能够节约系统的设计成本。

3 安全仪表系统的设计

3.1 应用典型逻辑关系

一般来讲，在进行化工装置安全仪表系统的设计时，都需要通过逻辑运算为前提来展现安全系统，通常需要在计算机设计中添加布尔代数运算[3]。要想使系统功能得到完整的呈现，需要多段逻辑运算来完成。在对化工装置安全仪表系统进行设计时，除了使用过程信号来控制结果外，还应当增加补充部分，以此实现操作和信号之间的联系，确保安全仪表稳定安全的运行。不同的化工工艺，触发结果的处理也存在不同，其安全系统在应对方面也有一定的差异。如果化工工艺存在条件性可逆时，传入信号超过极限，安全仪表系统要有自锁功能，保证过程发生后系统不会自动恢复，避免化工工艺中出现乱序情况，从而减少安全事故发生的概率[4]。设计中需要考虑到人工恢复功能。另外，部分化工工艺中的紧急停运属于可逆性的，这样安全仪表系统设计就不需要包含自锁功能，系统可以恢复变动。这部分能够自动恢复的系统可能在工艺过程中会出现过快的转换速率情况，这样在设计中需要设置一定范围的不灵敏区域，避免过程中会经常出现变量接近临界值的情况。在实际设计过程中，基本上都会设置人工操作按钮，以此满足人为启停的需求。要想确保化工装置稳定安全的运行，在部分输入信号中需要设置旁路开关，工艺过程中变量如果不能符合要求，需要系统能够自动隔断输入信号通路，确保数值达到要求后再运行。

3.2 控制系统回路设计

3.2.1 设计检测元件

安全仪表系统中的控制回路设计中，关键的是检测元件的设计工作，有关元件的选取需要使用较高价值的配件，这主要是因为检测元件的质量会对系统控制化工装置的效果产生最直接的影响，考虑到化工装置运行的环境，检测元件使用中会存在一定的耗损情况，为了能够有效降低配置检测元件的损耗成本，在设计时可以尽量选取在温度、压力以及流量等方面都满足较高安全等级和品质的配件，并且在后续的控制过程中注意做好冗余处理。

3.2.2 其他设计

关于系统的逻辑运算单元需要经过国家权威机构的安全度等级认证，逻辑运算模块通常有100～300 ms的响应时间，需要在设计过程中结合安全系统的安全度等级做出相应的冗余处理[5]。从安全仪表系统的整体来看，逻辑运算模块稳定性很高，而且与其他的部分相比较，发生异常的概率较低，而且随着安全仪表系统的快速发展，以往的逻辑运算技术和目前的系统发展需求已经不相适应，现如今的安全仪表系统在设计中，通常会在逻辑运算模块中增加容错功能和自我检测功能等，确保系统的控制回路具有较好的稳定性。

3.3 联锁逻辑设计

化工装置中的安全仪表系统设计中，联锁逻辑属于故障安全型。其中的检测元件和最终执行的元件需要在系统正常运行时保证励磁，而当系统出现不正常时，会出现非励磁。化工装置运行中如果出现故障，系统要能够自动转换到安全状态，这样防止因为系统自身故障问题或者外部停电而引起装置危险。联锁系统回路中的压力变送器分为两部分，其中每一部分都要进行逻辑的三选二冗余设计，这样其中一部分在输出高报警信号时就会联锁切断阀门。在联锁设计中设置有联锁投用开关，在旁路状态下，安全仪表功能的完整性会受限，所以，旁路操作部分需要有报警、显示和记录，手动复位按钮在使用之前，化工工艺过程要保证安全，联锁初始条件在没有恢复到正常状态时，执行元件不能复位。

4 系统应用

4.1 项目介绍

以某化工工艺中的化工装置为例，在该工艺过程中，对各装置的控制有严格的要求，而且工艺具有较高的自动化水平，为了能够使化工装置在运行中确保可靠安全，使用了集中显示和控制回路。同时结合工艺的实际需求设置了联锁回路，系统能够实现参数的控制、显示和联锁，安全仪表系统在化工装置中的主要集中检测点和电气信号都接入中央控制系统。该化工工艺过程中涉及到多种危险性化学品，整个化工装置运行过程中，存在重大危险源，因此，依照国家安全生产监督管理总局的相关要求，化工装置中需要设置安全仪表系统，且要保证独立。其中装置的紧急停运以及事故处理系统都要接入安全仪表系统，从而实现联锁停运。

4.2 运行情况

在该化工工艺装置中设计的安全仪表系统安装调试投入使用后，从现场的应用情况来看，运行状况较稳定，和工艺原有的控制系统之间能够较好的集成，实用性和可靠性较为突出。该系统设计应用的突出优点主要有：①安全可靠性较高，化工装置在该工艺过程中使用时，其中的设施设备具有较高的复杂性，而且工艺物料较多，其中如果存在任何一部分安全隐患，都可能会对整个化工工艺产生极大的影响，所以，将安全仪表系统应用其中进行安全控制。②稳定合理性较强，在该系统设计中主要使用可靠性高的控制器和元件，系统能够稳定运行，同时在联锁回路方面具有合理性，所以可以较好地保证化工生产的安全。③系统维护便利，由于在进行系统设计时，结构比较简单，能够便于进行日常维护，而且系统中的故障检测功能较为完善，能够对故障问题进行精准定位，系统维护的效率得到了良好的提升，系统在投入运行后稳定可靠，为化工装置的安全运行带来有力的安全保障。

5 化工装置安全仪表系统的发展趋势

5.1 智能化

由于社会科技水平的逐渐提升，在化工行业中，技术和设施设备的智能化水平也在逐渐提高，这也促使安全仪表系统的发展朝着智能化方向前进，逐渐提高其智能水平。智能化的安全仪表系统能够让系统在化工装置中具有更强的稳定性和实用性。安全仪表系统和智能化技术的有效融合，可以使化工生产中相关人员的人身安全得到更好的保证，同时也能够有效提升化工生产的整体效益。

5.2 集成化

安全仪表系统在化工装置中的设计和应用经过了多个发展阶段，在科技的不断推动下，安全仪表系统也得到了较好的发展，在化工行业中出现了新型的安全仪表系统，能够将化工生产的控制系统和仪表系统更好地结合在一起，同时通过网络连接，使化工装置得到完整的控制，提高了系统的集成性。

6 结束语

由于化工工艺的复杂性和化工物料的危险性，在化工装置运行中，安全问题非常关键，安全仪表系统在化工装置中的设计和应用对于提升其安全稳定性起到较好的帮助。因此，需要重视安全仪表系统的应用，综合考虑系统功能和仪表功能进行设计，确保安全仪表系统在化工装置中的稳定性，这样化工生产的安全性才会得到更好的保障，进而推动化工行业健康稳定的发展。

参考文献

[1] 邓刚.安全仪表系统在化工工艺装置中的应用[J].化工设计通讯，2020，46（5）：88-89.

[2] 葛跃君.安全仪表系统在化工装置中的应用[J].中国化工贸易，2018，10（11）：109.

[3] 韩钢.安全仪表系统在化工装置中的应用分析[J].黑龙江科技信息，2017（8）：60.

[4] 王启民.化工装置中安全儀表系统的应用探析[J].科技创新导报，2019，16（5）：76-77.

[5] 汪微微.安全仪表系统在化工装置中的设计与应用分析[J].建筑·建材·装饰，2015（19）：38.