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摘要：本文对化工安全仪表系统SIS工程设计进行了分析，文中先对化工安全仪表系统进行概括性的分析，主要阐述安全仪表应用优势以及安全仪表系统工程设计中的原则，其后详实的分析了化工安全仪表系统SIS的工程设计，主要包含工程安全完整性等级确定、安全仪表系统设计、安全仪表系统选型和控制及监测设备四个部分。
关键词：化工；安全仪表系统；工程设计
安全仪表系统（SIS）指的就是能够保障仪表运行的系统。在进行工业生产时参数异常可能会使安全事故发生，尤其是化工工业生产中，因其生产中含有大量腐蚀性、易燃易爆的材料，更容易发生安全事故[1]。通过安全仪表系统能够有效改善这一问题，自动进行参数监测，发生异常情况可自动进行控制操作，进而避免事故发生。
一、化工安全仪表系统概述
1、安全仪表系统优势
SIS是安全仪表系统的简称，也被称为安全联锁系统，在整体化工控制系统中，是警报、联锁两个部分，主要作用是根据控制系统监测情况实施调节、报警、停机等操作，是化工工业自动化控制体系中极为关键的组成，以动态稳定控制器、安全仪表控制器两个调节回路构成（如图1）。安全仪表系统是以相关规范为标准，在应用达成恶劣安全性、覆盖性、诊断性的要求，可以为化工工业隐患监测与控制提供支持。另一方面，安全仪表系统具有较高的容错率，在系统中设置有一定冗余度，为硬件单一故障下能够提供安全保障。另一方面，安全仪表系统在程序修改上较为便利，可以按照化工工业实际情况进行软件控制程序修改，从而使系统达成可靠要求。安全仪表系统具有良好的诊断覆盖性，需要人工进行检查、维修的点位相对较少，系统使用中自动化效果良好。
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图1 仪表安全系统
2、安全仪表系统工程设计原则
在进行安全仪表系统的设计过程中，主要考量的方面有成本、可靠性、售后服务、维护便利性等，再这样的基础上根据化工项目自动化、介质特性等进行设计。比如某化工厂罐区中含有危险介质有氯乙烷、氨在进行安全仪表系统的设计过程中，就要根据防爆仪表进行。在进行安全仪表系统的设计中，主要目的是减少安全风险问题，在对化工工厂控制中心是否需要配备安全仪表系统考量中，要先进行安全仪表系统完整性等级评价。评价从危险性、可操作性、效应分析、失效模式等展开，分析得到安全仪表系统功能，也即是特定的安全联锁仪表回路，再按照特定安全联锁仪表回路风险发生频率、风险发生后果等，进行安全仪表系统功能的完整性等级评价。安全完整性等级本质是指在同等操作的情况下，控制系统、仪表设备发生安全事故失效的概率。
安全完整等级越高则代表着安全仪表系统要求越高，一般化工项目中安全等级最高为第三级。安全完整性等级是安全仪系统核心，等级对于整体风险程度有直观的反映，安全仪表系统在进行评估、验收、安装、设计、维护的各个阶段都是以安全完整性等级为基础的。但在现阶段化工工程安全仪表设计中，相关标准对于安全完整性等级计算并没有明确的规定，同时广泛存在设计院难以达成安全完整性计算能力及资质的要求，因此在进行安全仪表系统的设计过程中会直接按照经验进行，或者直接按照最高等级来执行。若是业主需要有明确的安全完整性等级，则多数是由第三方专业机构实施计算工作。因此，兼顾时间成本与资金成本，最终也只有很少一部分的化工项目会进行安全完整性等级计算，这使得安全仪表系统的设计取法设计依据，在化工工程安全仪表系统设计中要对此进行重视。
二、化工安全仪表系统SIS的工程设计
1、安全完整性等级确定
进行安全完整性等级确认一般有两类方法，分别为定量和定性。定性分级法一般有校正风险图、风险矩阵法、经验法等，使用过风险后果、风险分类进行风险描述，具有一定模式性，不能明确的给出等级计算值，虽然使用简单，但对于判定人的知识水平、实践要求较高。定量分级法一般为安全保护层法，该方法的应用中先将可容忍分析等级划分作为目标，该目标也一般用风险发生概率进行表示，之后运用概率计算法，该方法能够准确得到安全完整性等级值，具有良好的一致性，但应用中往往存在数据可靠性差的问题，进而导致安全完整性等级计算效果一般。在进行安全完整性等级的划分过程中，并不是对整体装置作为划分单位，而是将各工艺控制回路作为划分单位，风险分析完成之后要提前进行联锁、报警的所有回路设置，对危险发生可能性及其后果进行分析，得出回路需要多大程度的风险降低水平，才能保证回路处于平稳状态，以此为基础选择对应安全完整性等级值。
2、安全仪表系统设计
在进行安全仪表系统进行设计的过程中，要保证系统含有的安全功能为：进行生产状态监控，并对生产中潜在危险因素进行判断；风险隐患发生，可自动执行规定限制操作，从而使风险事故得到遏制；使风险事故发生带来的影响减小，即是损失、风险、后果得到减小。
3、安全仪表系统选型
进行产品选择中，不仅要关注企业资质，同时也要关注到：系统得到TUVAK或者是IEC61508SIL认证，最高等级达到安全完整性等级第三级别，进行级别选择要按照控制对象的安全完整性等级要求；软件及硬件要具有测试、自诊断的能力，可以达成顺序时间记录、报警功能的要求；是与BPCS相对独立的系统，具有独立实现安全保护的能力，同时可以进过数据通讯接口实现和BPCS通信的功能；控制器要保证冗余容错机构为双重化或三重化、四重化。
4、控制及监测设备配置
监测设备通常指传感器，控制设备通常为最终执行元件，是安全仪表系统安全功能回路中重要的构成。在进行配置时要达成以下条件：一般在安全仪表系统中，进行传感器以及最终执行元件的设置时要保证相对独立；传感器进行配置时要采取冗余配置的方式，一般根据等级可以分类进行配置，一级选择可以选择为单一传感器，二级与三级则要选择冗余传感器，冗余所设定的安全完整性仪表逻辑要保证有信号误差报警这一项；阀门冗余也是根据安全完整性等级选取的，以及选取可选取单一阀门，二级若是计算值允许也能选取单一阀门，但最好要保证配套电磁阀具有冗余值，三级则要使用冗余阀门，若是计算允许可以选择冗余电磁阀；传感器要选择变送器，避免使用开关类仪表，以此能够保证监测信号的精密性，能够实现实时监控的效果。
结束语
随着现代工业自动化、智能化的快速发展，对于工业生产中的自动化控制系统的设计要求也越来越高，一方面要保证整体控制系统的安全性与经济性，另一方面也要实现控制系统的自动化与智能化要求。安全仪表系统的建设，能够为工业自动化的发展提供基础，尤其是危险性较高化工工业生产活动。
参考文献:
[1]刘咏.石油化工仪表安装过程HSE风险分析与应对[J].石油化工安全环保技术,2018,34(05):5-14.