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化工安全仪表系统SIS的工程设计分析李平

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：李平

[导读] 摘要：随着科技的进步和化工行业的发展，自动化仪表和设备在化工生产中的应用更加广泛。

        贵州芭田生态工程有限公司贵州省黔南布依族苗族自治州 550400
        摘要：随着科技的进步和化工行业的发展，自动化仪表和设备在化工生产中的应用更加广泛。安全仪表系统在保障生产安全，降低事故发生率，减少对设备、人身安全造成的危害，本文主要对化工安全仪表系统SIS的工程设计进行分析，以供参考
        关键词：化工安全仪表系统；SIS；工程设计
        引言
        化工生产通常具有典型的易燃、易爆、有毒及高温高压的生产特征，属于高危行业。随着化工设备装置及产能的大型化，由事故导致的危害对社会诸多方面造成的严重后果日益引起人们的关注。尽管我们可以通过执行严格的规章制度、正确的操作方法、恢复性的年度检修和日常维护等方式来减少或避免事故和灾害的发生，但没有绝对安全的化工生产。因此，在化工生产装置中总是设有各种不同类型的安全设备及措施，以尽可能地降低事故或灾害对人身安全、设备安全和环境保护造成的影响。化工生产中的安全保护系统按专业主要分为机械、电气和仪表三类，而近几年安全仪表系统SIS发展较快并得到广泛应用，特别是大型化工生产装置中设置的安全仪表系统发挥了更大的作用。
        1安全仪表系统的综述
        安全仪表是化工生产中非常重要的一种生产设备，其提供的相关参数，是生产中对各个生产设备进行调试的基础。在传统的安全仪表工作环境下，安全仪表因为没有形成一个完善的系统，所以，不难发现，安全仪表的工作之间缺少关联性，很难及时发现在生产中出现的安全隐患。随着石化工生产技术的发展，安全仪表也有着巨大的进步，一方面，单个仪表的性能近年来在不断的提升，其精度和效率有着更好表现的同时，在其余方面，也有着很大的进步，尤其是安全仪表所形成的安全运行系统，极大地解决了安全仪表在工作中缺少关联性的问题，借助当前完善的逻辑运算器、传感器、以及软件技术，所形成的安全仪表系统可以极大地促进化工生产的安全性，从中分析，不难发现，该系统下，可以更加准确地发现生产过程中的安全隐患，同时这些仪表之间借助软件系统实现了良好的关联，所以在出现安全隐患之后，该系统除会马上报警之外，还会马上启动保护程序，让企业的生产流程执行保护程序。在正常工作的情况下，安全仪表也存在很多需要改变的内容，一般而言，常用的SIL系统会根据规定时间内各种参数的变化，对安全性进行分类，SIL1、SIL2、SIL3和SIL4。石化仪器的安全系统是生产过程的保护层。它位于第一层，可以有效地监控和防止危险事件的发生。因此，合理设计仪器系统非常重要。
        2安全仪表系统SIS的工程设计原则
        2.1SIS设计可靠性原则
        为了充分保证工业生产过程中相关工艺装置的安全性，必须为安全仪表系统配备与工艺流程协调发展的、符合标准要求的安全完整性等级（SafetyIntegrityLevel，简称SIL）的可靠度。安全仪表系统的可靠性主要具备以下三个方面的内涵，首先，安全仪表系统必须要具备较强的运行可靠性；其次，不仅要保证安全仪表系统与工艺过程实现协调发展，而且还能够有效起到连锁保护，另外，要实现对整个工艺过程精确测量、准确判断等评价的可靠性。通常情况下都会充分利用PFDavg来针对安全完整性等级SIL进行评估，这种评估结果主要可以分为1-4级。在整个化工行业中通常情况下只会设计前三个等级，这主要是因为SIL4级整体的投资比较大，整个系统非常复杂，该等级通常都是应用在核电行业中。
        2.2稳定性原则
        在具体设计期间，应考虑仪表在正常工作情况下的报警功能，同时，要提高采样检测的代表性，确保采样合理，并且能够完成相应的分析工作，此外，设计系统过程中，要确保整个设计的合理性，确保各项标准都能够满足要求，避免由于设计人员经验不足，不了解施工现场，导致设计情况不合理情况的发生。

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此外，在整体设计过程中，在条件允许的情况下，应当尽量减少整个系统中仪表的数量，这样一方面可以降低成本，另一方面也能够有效避免各种故障的发生，这对于企业的健康发展来说有着重要意义。
        2.3便捷性
        安全仪表在化工生产中有着不可替代的地位，这是企业在发展中，必然要面对的一个问题，为此，在仪表的设计中，除需要增加仪表的稳定性以及质量之外，还需要对仪表内的维修方式进行考量，也就是在该情况下，需要及时解决仪表在设计中所存在的相关问题，及时对各种内容进行解决，所以在仪表的设计中，就必须从方便维修和拓展的领域进行分析，确保安全仪表有着更大的适应能力。
        3化工安全仪表系统SIS的工程设计分析
        3.1具体体设计过程分析
        SIS设计优化中，需要考虑优化后系统的改变，为了避免系统稳定性下降，优化后系统可结合项目运行状态进行风险因素的判定分析，避免进一步发生危险，这一举措可将已发生事故的风险降至最低。首先，优化SIS选型，可对产品项目及时进行适用性测试，结合产品制造商规模进行检验。保证所选系统是国际认证体系，即所选级别需要满足SIS最优化要求；并考虑选型中软件、硬件种类的选取，及时进行诊断、测试、报警等功能的落实；控制器选择中，需要选择双重功能控制器的影响作用。其次，系统优化配置方面，从提高现阶段工程进展出发，必须满足下列要求。其一、执行元件方面，系统的配置需要单独处理，SIS传感器信号一般会经由分配器传输信号，进入PCS后进行表决，该回路的供电必须借助SIS功能完成。此外，控制阀处可设置单独的关断阀，及时在阀门处设置安全定位仪，结合实际状况进行控制管理。其二、阀门冗余配置中需要考虑完整性1级的SIS应采用单一阀门，而2级SIS应采用冗余阀门。电磁阀门必须安装在定位器位置处，避免跳车等状况的发生。其三、优化后的系统需要采用变送器进行处理，可快速提高信号稳定性、精确性，便于相关人员进行实时监控。
        3.2逻辑运算设计
        为了实现化工安全仪表的可靠性和安全性，需要一个具有LIL3容错结构或冗余结构的可编程控制器作为逻辑计算器。而这种安全等级LIL3的逻辑运算器结构较为普遍的主要有以下几种：二取一带自诊断，1oo2D；三取二带，2oo3；双重化二取一带自诊断，2oo4D在这种情况下，容错系统具有内部冗余继承逻辑和并行组件。而如果系统在运行的过程中真的产生了事故，那么系统可以首先自动的识别出事故的发生，并且会处于故障旁路的状态，然后继续完成指定功能的要求。化工系统的安全所涉及的是方方面面，在这里只能就一些基础性的理念作为概括介绍。而想要完成安全工作，仅仅靠几个人是不现实的，需要的是一个团队的存在。要想做好石油化工仪表工作，设计部中需要各方面的专家组建成一个团队，另外在外部也需要和业主、生产制造商、以及施工单位有良好的沟通，建立成一个良好的团队。而最为重要的一条就是一定要妥善的管理。只有做到妥善管理，才能真正的确保安全问题的解决，而这一点是整个过程中所必需的。
        结语
        安全，是化工装置稳定运行的前提和基础。在善化工及危险化学品装置的安全仪表系统改造是提高安全生产领域本质安全化水平的重要手段，安全仪表系统的规范运行可有效提高企业的安全保障水平，有效防范和遏制重特大安全事故的发生。
        参考文献：
        [1]侯继伟．石油化工安全仪表系统的设计与实施[J]．科技创新与应用，2019（15）：72．
        [2]刘齐忠，林融.石油化工安全仪表系统的设计及实施探讨[J].石油化工自动化，2019，46（5）：1-6.
        [3]张建国.SIS在过程工业应用中的典型问题探讨[J].石油化工自动化，2018，46（01）：1-7+37.