洪小紅

摘要:本文詳細分析了安全儀表系統(tǒng)在現(xiàn)代石油煉化系統(tǒng)中的必要性,對石油化工中安全儀表系統(tǒng)的應用原則,設計方法進行了詳細描述。給出了它的發(fā)展方向。

關鍵詞:石油化工 煉化 安全儀表 安全監(jiān)測

0 引言

過去的幾十年里,社會經濟的不斷發(fā)展使得過程工業(yè)的規(guī)模越來越大,帶來的整個系統(tǒng)所面臨的風險也隨之增加。系統(tǒng)設計、實施和操作過程中任何一個小的失誤,都有可能給企業(yè)帶來嚴重的后果,造成巨大的經濟損失,更為甚者,將會給周圍的環(huán)境帶來災難性的后果。例如:1988年北海阿爾法油田爆炸事件;2006發(fā)生的吉化爆炸事件等等,至今還讓人們心有余悸。為了防止事故的發(fā)生,減少由此帶來的損失,保證企業(yè)的高度穩(wěn)定運轉,一

套能夠檢測裝置的異常動作,并對可能發(fā)生的潛在危害作出相應動作的系統(tǒng)是必不可少的。安全儀表系統(tǒng)(SIS)正是基于該目的被提出來的。

1 石油煉化概念與SIS的必要性分析

石油煉化一般包括如下的一些工業(yè)步驟:常壓蒸餾和減壓蒸餾;原油的脫鹽、脫水;催化裂化;催化重整;加氫裂化;延遲焦化;煉廠氣加工。

原油一次加工和二次加工的各生產裝置都有氣體產出,總稱為煉廠氣,就組成而言,主要有氫、甲烷、由2個碳原子組成的乙烷和乙烯、由3個碳原子組成的丙烷和丙烯、由4個碳原子組成的丁烷和丁烯等。它們的主要用途是作為生產汽油的原料和石油化工原料以及生產氫氣和氨。發(fā)展煉油廠氣加工的前提是要對煉廠氣先分離后利用。煉廠氣經分離作化工原料的比重增加,如分出較純的乙烯可作乙苯; 分出較純的丙烯可作聚丙烯等。

石油化工工業(yè)是典型的流程工業(yè),由于多數(shù)物料易燃易爆,操作條件為高溫高壓,易發(fā)生安全事故。隨著石油化工裝置規(guī)模的日趨大型化,設計操作指標離安全臨界點越來越近,造成發(fā)生危險的可能性也在增加,人們對安全系統(tǒng)的認識也在提高,這就對安全系統(tǒng)提出了新的要求。由于過程的復雜性、原料的變化、最終產品的質量要求、裝置規(guī)模以及設備、人身、環(huán)境的保護等因素,適當?shù)倪^程控制以及安全系統(tǒng)的設置尤其顯得十分必要。一套合理的SIS系統(tǒng)能夠有效降低整個系統(tǒng)的風險,能夠提高系統(tǒng)裝置的可用性,在石化等行業(yè), SIS系統(tǒng)已經成為保障企業(yè)安全可靠運行的必備方法之一。

2 基于SIL的應用原則

典型的煉化裝置為安全所設置的層層保護包括:工藝過程設計;基本調節(jié),過程報警及操作員監(jiān)視;緊急報警,操作員監(jiān)視并且手動干預;安全儀表系統(tǒng)SIS;物理保護(爆破膜,安全閥);工廠緊急響應;所在社區(qū)緊急響應等。由此可見,從第2層到第4層的保護都是由儀表及其控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。尤其儀表系統(tǒng)的最后一層保護——SIS 更是至關重要。目前許多裝置的設計中增加了工廠危害和可操作性研究HAZOP和儀表保護功能研究IPF Study,其中包括儀表安全度等級SIL確定。這使得儀表安全保護系統(tǒng)的設計更加科學與完善,有助于避免在設計中發(fā)生安全性能達不到要求或采取過多安全保護的現(xiàn)象。SIL是用來描述安全儀表系統(tǒng)安全綜合評價的等級,指在規(guī)定的條件及時間內,安全系統(tǒng)成功實現(xiàn)所要求的安全功能的概率。SIL越高,安全系統(tǒng)實現(xiàn)所要求的安全功能失敗的可能性就越低。

SIL的劃分與HAZOP(危險與可操作性分析) 的研究結果有著密切的聯(lián)系,HAZOP的研究結果為SIS 的設置提供堅實的基礎。SIL評級前應先進行HAZOP研究,它是以系統(tǒng)工程為基礎的一種可用于定性分析或定量評價系統(tǒng)化的危險性評價方法,用于解決危險識別與安全操作兩方面的問題,探明生產裝置和工藝過程中的危險及其原因,尋求必要對策。通過從工藝流程、狀態(tài)及參數(shù)、操作順序、安全措施等方面著手,分析生產運行過程中工藝狀態(tài)參數(shù)的變動,操作控制中可能出現(xiàn)的偏差,以及這些變動與偏差對系統(tǒng)的影響及可能導致的后果,找出出現(xiàn)變動和偏差的原因,明確裝置或系統(tǒng)內及生產過程中存在的主要危險、危害因素,找出裝置在工藝設計、設備運行、操作以及安全措施等方面存在的不足,并針對變動與偏差的后果提出應采取的措施,為裝置的安全運行與安全隱患整改提供指導。HAZOP研究對裝置所有的報警和聯(lián)鎖都進行相應的SIL評級。經過SIL評級后,可以確定哪些報警需要提高等級到安全聯(lián)鎖,哪些安全聯(lián)鎖有可能降低等級到報警,哪些報警有可能被取消。

SIL的確定是比較復雜的,需要由一支多方面的、專業(yè)的、熟練的技術隊伍對裝置的各種危險性及關鍵風險等進行分析計算,最后才能確定系統(tǒng)應采用的SIL。

3 系統(tǒng)的設計

3.1 檢測與執(zhí)行元件設計 安全儀表系統(tǒng)檢測、執(zhí)行元件作為整個安全儀表系統(tǒng)的主要組成部分。①為減少檢測元件自身的故障率,安全儀表系統(tǒng)的檢測元件應選用高性能高質量的產品,特別是智能產品、安全水平認證產品。近來世界著名的自動化公司都推出了具有安全水平認證的變送器產品, 相關產品達到了IEC61508 SIL1～4 安全等級并獲得TUV 認證。使得部分檢測元件產品的安全等級(可靠性) 有了明確的認定。②在執(zhí)行元件的設置上,SIL2 以上等級的安全儀表系統(tǒng)宜采用獨立或冗余配置的執(zhí)行元件。在獨立單臺執(zhí)行元件和冗余元件兩種方法都有效時,采用高可靠度執(zhí)行元件通常比執(zhí)行元件冗余更好,執(zhí)行元件應優(yōu)先選用符合IEC61508 安全度等級并取得相關認證的產品(如電磁閥、智能閥門定位器等) 。執(zhí)行元件采用冗余配置一般有下列兩種方式:采用冗余的閥門,每套閥門配套冗余的電磁閥。對于切斷回路執(zhí)行設備應為串聯(lián)安裝的2臺切斷閥;對于放空回路執(zhí)行設備應為并聯(lián)安裝的2臺放空閥。執(zhí)行元件的冗余設置提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性。

3.2 系統(tǒng)的邏輯設計與PLC邏輯設計 安全儀表系統(tǒng)的邏輯運算是系統(tǒng)的“靈魂和精髓”,一套好的安全儀表系統(tǒng)除了可靠合理的硬件配置外,邏輯設計對系統(tǒng)性能至關重要。

合理使用冗余檢測元件的運算邏輯,如檢測元件三重冗余配置的“3取2”、檢測元件二重冗余配置的“2取1”或“2取2”等邏輯形式,以滿足所要求的可靠性和可用性。應采用觸發(fā)器邏輯電路完成安全保護動作的觸發(fā)、復位等,減少或避免使用自鎖邏輯電路實現(xiàn)安全保護動作。

4 系統(tǒng)發(fā)展趨勢

安全儀表系統(tǒng)的實現(xiàn)經歷了從氣動系統(tǒng),繼電器系統(tǒng),固態(tài)繼電器系統(tǒng)到PLC系統(tǒng)幾個發(fā)展階段。從新推出的安全系統(tǒng)可以看出,安全儀表系統(tǒng)將力求具備更高的過程可用性及更低的維護成本,作為一個系統(tǒng),本身也存在出現(xiàn)故障的可能性,但是未來的安全儀表系統(tǒng)將借助自身的故障診斷系統(tǒng)在線監(jiān)視設備及過程狀態(tài),并同時能夠向操作人員發(fā)出包括可能或適當應對措施在內的警報,從而提高系統(tǒng)的可用率。

5 總結

安全儀表系統(tǒng)作為現(xiàn)代過程工業(yè)降低風險和保障安全的有效方法正得到越來越多的重視。在石油煉化生產中,尤其是伴隨著新型安全系表系統(tǒng)的應用,這些系統(tǒng)將為工業(yè)的安全生產提供更為安全的保障。

參考文獻:

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