田帥（吉林省松原石油化工股份有限公司， 吉林 松原 138000）

化工企業(yè)安全儀表系統(tǒng)設計及應用研究

田帥（吉林省松原石油化工股份有限公司， 吉林 松原 138000）

伴隨著自動化技術的日漸發(fā)展，化工企業(yè)也開始進入自動化的設備，以提升生產(chǎn)效率，確保安全生產(chǎn)。安全儀表系統(tǒng)就是自動化技術的最好體現(xiàn)，其主要安裝在化工生產(chǎn)裝置中，通過監(jiān)控和自動化的調(diào)節(jié)功能，降低安全生產(chǎn)隱患。文章重點就化工企業(yè)安全儀表系統(tǒng)的設計及應用展開探究。

化工企業(yè)；安全儀表系統(tǒng)；設計原則；應用

1 安全儀表系統(tǒng)的概念及等級劃分

安全儀表系統(tǒng)的主要組成部分有邏輯控制器、傳感器以及執(zhí)行器等，主要用于確保日常生產(chǎn)的安全性。一旦出現(xiàn)異常狀況，儀表系統(tǒng)就能夠立即發(fā)出警告，并自動調(diào)整，直到回歸到正常狀態(tài)，避免安全問題擴大化。對于安全儀表系統(tǒng)的安全性能，通常可以采取安全完整性等級（SIL）來予以衡量。一般來說，安全儀表系統(tǒng)的等級主要包括了SIL 1、SIL 2、SIL 3、SIL 4等四個等級，其中等級最高的當屬SIL 4，也就是該等級的安全儀表系統(tǒng)的功能最為強大，靈敏度最高，能夠檢測出其他三種等級無法檢測出的危險狀況。對于化工企業(yè)來說，通常其裝置的安全完整性等級最高情況下屬于SIL 3級。

2 安全儀表系統(tǒng)設計應遵循的基本原則

（1） 測量儀表應遵循的設計原則 在安全儀表系統(tǒng)中，測量儀表是十分重要的一項內(nèi)容。通常在安全儀表系統(tǒng)中，不采用開關儀表，而是多采用模擬量測量儀表，諸如流量和壓力等的測量。針對測量儀表的設計，可以依據(jù)不同的設計原則來展開設計活動。第一，依據(jù)獨立設置原則。針對SIL 3級的安全儀表，應確保其和基本的控制系統(tǒng)完全分開，實現(xiàn)測量儀表的完全獨立控制。針對SIL 2級的安全儀表，通常也是建議測量儀表和基本的控制系統(tǒng)分開設計，不過這并非是絕對標準。針對SIL 1級的安全儀表，則在設計的時候，可以讓測量儀表和基本控制系統(tǒng)共用。第二，依據(jù)測量儀表的冗余設計原則。SIL 3級以及SIL 2級的安全儀表主要利用冗余測量儀表來進行設計，而對于SIL 1級的安全儀表則可以采用單一測量的儀表來設計。

（2） 最終元件應遵循的設計原則 電機、控制閥以及電磁閥是安全儀表系統(tǒng)中的最終元件，其設計原則也主要分為冗余設計原則和獨立設計原則兩種。第一，冗余設計原則。SIL 3級的安全儀表應該采用冗余控制閥，SIL 2級的安全儀表最好也采用冗余控制閥，效果相對較好，SIL 1級的安全儀表則采用單一控制閥即可。第二，獨立設置原則。SIL 3級的安全儀表需要確?？刂崎y和基本控制系統(tǒng)完全分開，而SIL 2級的安全儀表，則最好是采用測量儀表和基本控制系統(tǒng)分開的設計方式，往往能取得較好的控制效果。針對SIL 1級的安全儀表，可以設計為測量儀表和基本控制系統(tǒng)共用的形式，不過需要確保安全儀表系統(tǒng)能夠得到優(yōu)先運行。

（3）邏輯控制器應遵循的基本原則 邏輯控制器作為安全儀表系統(tǒng)中起到邏輯功能的零件，通?？梢岳每删幊痰碾娮酉到y(tǒng)來實現(xiàn)控制功能。其主要設計原則也是獨立設計原則和冗余設計原則兩種。第一，依據(jù)邏輯控制器的獨立設計原則。SIL 3級以及SIL 2級的安全儀表，應將邏輯控制器和基本的控制系統(tǒng)分開設計，而對于SIL 1級的安全儀表，最好能夠分開設計邏輯控制器和基本控制系統(tǒng)。第二，依據(jù)邏輯控制器的冗余設計原則。SIL 3級安全儀表必須采用冗余邏輯控制器，SIL 2級安全儀表最好采用冗余邏輯控制器，SIL 1級則可以采取冗余邏輯控制器。

3 安全儀表系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應用實例

某化工企業(yè)主要進行氨項目的合成生產(chǎn)，其主要工藝流程為：天然氣壓縮以及脫硫處理→一段轉(zhuǎn)化→二段轉(zhuǎn)化→CO高低溫的變換→MEDA脫碳→甲烷化→氨合成→氨冷凍。

在該化工企業(yè)中，為確保安全生產(chǎn)，降低安全事故，企業(yè)重點打造了較高水平的自動化生產(chǎn)設備。并設置了集中顯示以及控制回路，同時依據(jù)工藝的需求，設置了相應的聯(lián)鎖回路，提升了測量的精度、穩(wěn)定性和可靠性。該化工裝置主要采用了和利用K系列的硬件以及MACS軟件構(gòu)成的DCS過程控制系統(tǒng)，并運用TRICON三重冗余容錯技術的邏輯控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了安全儀表的相關功能。

安全儀表系統(tǒng)和基本過程控制系統(tǒng)相互獨立，但是并非完全分類。SIL 1級的測量回路首先經(jīng)由安全儀表系統(tǒng)（SIS）安全柵一進二出，一路信號進入SIS，通過邏輯判斷之后輸出，而另外一路則經(jīng)過盤間線進入到DCS系統(tǒng)中，實現(xiàn)對過程的全面監(jiān)控。SIL 3級以及SIL 2級采取了和過程控制系統(tǒng)（DCS）完全獨立的設計方式，采取的是三取二測量的控制回路，直接進入到SIS中進行邏輯的判斷以及輸出。不僅能夠確保整個化工系統(tǒng)的安全性，還能夠最大限度的降低化工裝置的成本，實現(xiàn)了較好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

總之，自動化和智能化是化工企業(yè)裝置未來的重要發(fā)展趨勢，尤其是安全儀表系統(tǒng)當屬典型代表之一。為確保安全儀表系統(tǒng)的功能得到有效發(fā)揮，必須嚴格遵循相應的設計原則，科學合理設計每一個元器件，做好測量儀表以及邏輯控制器的設計工作，從而充分發(fā)揮出安全儀表系統(tǒng)的安全保障功能。

［1］孫法強，董磊，楚光宇，陳曉雪.海洋平臺安全儀表系統(tǒng)設計［A］.中國造船工程學會近海工程學術委員會.2010年度海洋工程學術會議論文集［C］.中國造船工程學會近海工程學術委員會：2010，5.

［2］張清嶺，云蘇和，寶音.多晶硅生產(chǎn)中的安全儀表系統(tǒng)［A］.中國計量協(xié)會冶金分會、《冶金自動化》雜志社.中國計量協(xié)會冶金分會2011年會論文集［C］.中國計量協(xié)會冶金分會、《冶金自動化》雜志社：，2011，3.