摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油化工裝置也朝著大型化和復(fù)雜化發(fā)展。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)環(huán)境和安全的要求也隨之提高。石化工業(yè)的安全儀表是石油化工裝置安全的重要保障，在石油工業(yè)內(nèi)開展安全儀表系統(tǒng)安全整性等級(jí)的評(píng)估，可以有效地減少事故發(fā)生的頻率。本文就安全儀表系統(tǒng)的內(nèi)涵進(jìn)行闡述，分析安全儀表的生命周期安全要求。

關(guān)鍵詞：石油工業(yè)；安全儀表系統(tǒng)；等級(jí)評(píng)估

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的發(fā)展，石化工業(yè)的規(guī)模越大，石油化工裝置過程也就越復(fù)雜。由于高溫、高壓和易燃、易爆等原因，導(dǎo)致石油化工業(yè)中的火災(zāi)、爆炸、泄露等重大安全事故不斷的發(fā)生。因此，為了保證企業(yè)的安全運(yùn)營(yíng)，在石化工業(yè)中采用安全儀表系統(tǒng)，對(duì)于減少這些事故的發(fā)生以及維護(hù)工作人員的人身安全具有重要作用。

1.安全儀表系統(tǒng)內(nèi)涵

安全儀表儀態(tài)（Safety Instrumented System ，SIS）指的是在生產(chǎn)裝置開車、運(yùn)行、維護(hù)操作以及停車的期間，對(duì)裝置設(shè)備、人員健康以及環(huán)境提供安全的保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)故障和危險(xiǎn)的時(shí)候，安全儀表系統(tǒng)可以按照預(yù)先設(shè)定的程序立即做出正確的反應(yīng)，并向設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的邏輯信號(hào)，使生產(chǎn)裝置停止運(yùn)作，及時(shí)地阻止危險(xiǎn)的發(fā)生和進(jìn)一步擴(kuò)散，把危害降到最低。

安全儀表系統(tǒng)主要有傳感器、邏輯運(yùn)算器、最終執(zhí)行元件以及其他相應(yīng)的軟件構(gòu)成。安全儀表在石油工業(yè)中的運(yùn)用，既可以降低事故發(fā)生的頻率，又能對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，在發(fā)生安全故障的時(shí)候，及時(shí)地采取保障措施，防止或阻止危險(xiǎn)的發(fā)生。同時(shí)，又能避免潛在的風(fēng)險(xiǎn)，保障人身安全，減少設(shè)備損失，有效地避免環(huán)境污染。

2.對(duì)安全儀表系統(tǒng)安全生命周期的分析

2.1對(duì)危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估

石油化工業(yè)生產(chǎn)是一個(gè)比較復(fù)雜的生產(chǎn)過程，在生產(chǎn)的過程中，潛在著許多的風(fēng)險(xiǎn)，其復(fù)雜性也各不相同。這些設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)主要包括被控設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)、在給定范圍內(nèi)能夠接受的風(fēng)險(xiǎn)、采取防范措施后殘余的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于這些存在的風(fēng)險(xiǎn)，可以通過儀表、相關(guān)安全儀表、其他技術(shù)以及相關(guān)的安全系統(tǒng)進(jìn)行控制，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)是對(duì)一個(gè)未知事件的概率和未知事件的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。安全儀表系統(tǒng)可以對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)做出預(yù)測(cè)，當(dāng)確定了允許存在的風(fēng)險(xiǎn)以后，就可以在安全儀表系統(tǒng)和其他相關(guān)系統(tǒng)、其他技術(shù)安全相關(guān)系統(tǒng)以及外部風(fēng)險(xiǎn)降低設(shè)備之間分配安全完整性要求。在這個(gè)過程中，一般采用的是低模型，根據(jù)這個(gè)模型，只要確定了允許的風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)以后，可以根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)，列出風(fēng)險(xiǎn)事件可能出現(xiàn)的頻率和造成后果等級(jí)，降低不允許出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防和控制。同時(shí)，在這個(gè)過程中，還可以對(duì)安全儀表劃分風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到降低目標(biāo)量的目的。

2.2安全儀表系統(tǒng)的安全要求規(guī)范

儀表功能的安全要求，可以根據(jù)安全儀表功能的分配和在安全計(jì)劃編制過程來確定。安全儀表的安全功能主要包括所有儀表具有的功能、對(duì)儀表安全功能的過程安全的定義、確定和考慮共同失效的原因、對(duì)任何單個(gè)過程的安全定義，當(dāng)這些狀態(tài)同時(shí)發(fā)生的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生單一的危險(xiǎn)。

2.3對(duì)安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

安全儀表系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：

第一，在可行的條件下，把安全儀表系統(tǒng)的安全功能和非安全功能區(qū)分開，把安全儀表系統(tǒng)中的基本控制系統(tǒng)設(shè)置為一個(gè)單獨(dú)的獨(dú)立系統(tǒng)。

第二，在安全儀表設(shè)計(jì)的過程中，要遵守可操作性、可測(cè)試性以及可維修性的要求。

第三，安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要保障過程安全狀態(tài)的設(shè)置在設(shè)置以后，就會(huì)一直保持不變，直到啟動(dòng)復(fù)位的時(shí)候?yàn)橹埂?/p>

第四，對(duì)于安全儀表系統(tǒng)的設(shè)置，要考慮使用手動(dòng)的方式來啟動(dòng)終端元件。

安全儀表系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要滿足故障檢測(cè)時(shí)的行為要求。當(dāng)安全儀表系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，子系統(tǒng)在檢測(cè)到危險(xiǎn)故障時(shí)，根據(jù)診斷測(cè)試和檢驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果，可以讓一個(gè)安全狀態(tài)達(dá)到規(guī)定動(dòng)作，或者是讓系統(tǒng)在故障修復(fù)的過程中，繼續(xù)保持過程的安全運(yùn)行。這些動(dòng)作為操作員在相應(yīng)報(bào)警的過程中，把報(bào)警作為安全儀表系統(tǒng)的一部分。在低要求的模式下，無冗余的儀表安全子系統(tǒng)中檢測(cè)到危險(xiǎn)時(shí)候結(jié)果會(huì)產(chǎn)生：用來達(dá)到或保持某一個(gè)安全狀態(tài)的規(guī)定動(dòng)作和平均修復(fù)故障的時(shí)間，在這個(gè)過程中，要有其他的措施和約束來保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，如果不能再平均恢復(fù)時(shí)間范圍內(nèi)修復(fù)故障的，就要執(zhí)行另一個(gè)動(dòng)作，讓系統(tǒng)設(shè)備達(dá)到安全的狀態(tài)下。

要達(dá)到硬件故障的裕度和安全完整性的結(jié)構(gòu)約束要求。所謂的硬件故障裕度，指的是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者錯(cuò)誤的情況下，故障單元繼續(xù)執(zhí)行一個(gè)要求功能的能力。硬件故障的裕度和執(zhí)行安全功能的子系統(tǒng)安全失效分?jǐn)?shù)對(duì)硬件安全功能的最高完整性有著制約的作用。對(duì)于安全儀表系統(tǒng)的安全功能來說，傳感器、邏輯控制器以及終端元件都應(yīng)該具有最低的硬件故障裕度。

3.對(duì)安全儀表系統(tǒng)功能的安全評(píng)估

安全儀表系統(tǒng)功能的安全評(píng)估，其目的主要是調(diào)查和判斷安全儀表系統(tǒng)和相關(guān)系統(tǒng)能達(dá)到的安全等級(jí)。功能安全評(píng)估應(yīng)該分析進(jìn)行的危險(xiǎn)，降低風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)系統(tǒng)的安全功能進(jìn)行分配，最終確定要求的保護(hù)層和編制安全的規(guī)范。其計(jì)算的方法是通過對(duì)安全儀表系統(tǒng)的影響和危險(xiǎn)后果的分析，計(jì)算出安全儀表系統(tǒng)的失效分?jǐn)?shù)以及要求的平均失效分?jǐn)?shù)，再根據(jù)安全儀表的子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、檢測(cè)時(shí)間、操作要求以及平均修理時(shí)間的要求，計(jì)算出安全儀表子系統(tǒng)的平均失效概率，最終根據(jù)相關(guān)公式得出計(jì)算的結(jié)果。安全儀表系統(tǒng)的系統(tǒng)功能的平均失效概率是由安全儀表系統(tǒng)的子系統(tǒng)的平均時(shí)效概率組合確定的，最后計(jì)算出安全儀表系統(tǒng)的目標(biāo)量。

4.總結(jié)

安全儀表系統(tǒng)在現(xiàn)代過程工業(yè)生產(chǎn)中，可以有效的降低風(fēng)險(xiǎn)，保障設(shè)備長(zhǎng)期安全的運(yùn)行，在石油工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。同時(shí)，石油化工業(yè)儀表的安全系統(tǒng)功能是當(dāng)前石化工業(yè)需要迫切解決的問題，需要工作人員共同努力，加強(qiáng)對(duì)安全儀表系統(tǒng)安全安全完整性等級(jí)評(píng)估的研究，為石化工業(yè)的安全生產(chǎn)提供有效的保障。

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作者簡(jiǎn)介：溫懷海（1975.7—），男，廣東梅州人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，石油工程儀表自控設(shè)計(jì)專業(yè)，任職于中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司。