天津渤天化工有限责任公司 天津滨海新区汉沽 300480
摘要：化工安全仪表系统（SIS）通常存在危险与风险分析不全、设计选型不当、冗余容错结构不合理、缺乏明确的检验测试周期、预防性维护策略针对性不强等问题，亟须加强和规范化工行业安全仪表系统全生命周期管理。
关键词：化工装置；安全仪表系统；安全完整性等级
引言
市场上化工企业对于安全控制系统的推广应用促使人们加强了对安全控制系统中一系列关键环节质量性能的重视。目前我国化工企业普遍存在对于安全仪表系统的安装、设计、维护等不同阶段的质量风险控制欠缺、冗余不合理、选择不恰当等现象。近年来，我国政府部门颁发了安全仪表系统管理规章制度，对安全仪表系统的风险控制措施及HAZOP安全仪表系统的技术指标进行了相关明确，以便在化工生产中有效降低风险事故。
1 化工安全仪表系统的基本概念
安全仪表系统包含检测单元（传感器）、控制单元（逻辑控制器）、执行单元（切断阀等最终执行元件）。化工装置及危化品储罐正常生产时处于静止或休眠状态，当出现压力、温度、液位、流量、组分等工艺参数超限的危险状况时，能够越过基本过程控制系统（BPCS），发出警报并执行预定程序，快速、准确地执行联锁动作，实现生产过程紧急停车或自动导入预定的安全状态。 安全仪表系统的全生命周期是指从生产工艺过程的风险识别开始，找出风险管控的方案，确认必需安全联锁回路及其功能，再对安全仪表系统进行工程设计、安装、验收、投用、维护，改进、拆除等完整过程。
2 安全仪表系统SIL等级
相对于分散控制为核心的过程控制系统，安全仪表系统具备较为明显的差异性，在一般情况下，安全仪表系统往往处于休眠或者静止情形，只有在化工生产设备及关联设施出现运行故障时，安全仪表系统才会在瞬间做出精准反应，并且及时停止运行中的生产过程或者将运行设备导入安全控制状态。安全仪表的功能可以划分为四个安全完整性等级(从低到高分别是SIL4、SIL3、SIL2、SIL1)，且主要是以安全仪表系统在丧失其质量性能的情况下出现的安全风险事故为依据，在仪表回路的设计安装调试等不同阶段，不同的安全完整性等级也有着不同的技术标准要求。保护层关联内容在化工生产阶段类型较多，除了常见的BPCS和本质安全设计之外，还需要考虑化工设备安全阀等物理性保护和报警干预等，保护层的设置和安全风险事故的规避密切相关，保护层分析过程中主要采取定性危害识别，继而进行保护层是否有效的精确性判断，为后续的风险控制提供重要基础。LOPA分析技术是常见的半定量化风险评估技术，该技术的实施主要在假定场景事故当中对不同类型的保护措施可能性故障进行赋值，并且采取数理方式进行计算，对其中可降低安全风险的控制措施进行准确掌握，防止出现保护过当或者保护欠缺等状况。
3 安全仪表全生命周期管理的重点
3.1 SIS安全仪表系统
在进行化工生产的过程中，SIS安全仪表系统拥有逻辑解读器、传感器以及执行机构，可以发挥其对应的功能，在面临危险时可以及时进行补救。目前，在化工安全生产中，SIS安全仪表系统发挥了重要的影响和作用，其设计原则见图2所示。一旦在化工企业的自动化生产之中出现突发事件，就可以凭借SIS安全仪表系统及时发现问题，以此降低安全事故的发生率。此外，SIS安全仪表系统主要是采用分散控制的方式，可以满足对生产机组的有效管理，提高设备的实际工作效率。同时，在使用先进的计算方式之后，可以对对应的困难，做出提醒。选择使用SIS安全仪表系统可以实现对生产数据的科学化管理，并且让企业在面临复杂环境的时候能及时进行调整。当然，在使用SIS安全仪表系统之后，凭借其综合性能可以及时做好数据处理工作，提高其实际的优化水平。
3.2 重视安全仪表系统的SIL定级
根据化工工艺过程的安全要求及设计意图，在工艺过程危险可操作分析（HAZOP）的基础上，采用保护层分析（LOPA）方法，依据风险矩阵，审查每个安全仪表功能（SIF）相关的事故场景、风险程度、初始事件频率、保护层等，确定每个联锁回路的 SIF 需要达到的安全完整性等级（SIL 定级）。
3.3 系统的维护成本更低、可用性更高
安全仪表系统在未来的发展过程中还需要继续向着低维护成本以及高可用性的方面进行逐步发展。虽然，当前生产过程中所使用的安全仪表系统已经可以满足安全生产的绝大部分需求，但目前所使用的安全仪表系统仍具有极大的弊端。首先，其最大的弊端便是高额的维护成本。安全仪表系统中过高的维护成本将会直接影响到工厂的利润，从而对工厂的发展起到一定的阻碍作用。因此为了避免这一问题的出现，我们需要进一步降低安全仪表系统的维护成本。其次，当前工业生产中所使用的部分安全仪表系统还具有可用性较低的问题。而为了解决这一问题，相关技术人员在对安全仪表系统进行开发与设计的过程中需要采取面向对象的开发方式，严格按照工厂的相关需求对系统功能进行设计。
3.4 传统处理技术
①稀释和扩散。直接将污染物排放到无臭空气或者高层大气之中，以此稀释气味，可以防范人员过量吸收，达到良好的处理效果。不过这种处理技术只适合在低浓度、处理方式适中的VOC气体排放中使用，治标不治本。②气味掩蔽。对于臭气的掩蔽主要是选择强烈的芳香气味材料，让其不再具有强烈的刺激性，实际上并没有消除污染成分，无法持续发挥作用。不过这一处理技术的好处在于消耗偏小、灵活性较高，容易被人们接受。③直接燃烧。在直接燃烧过程中可以考虑辅助燃料，通过添加辅助燃料直接将有机废气引入到燃烧室之中，让其与火焰进行充分的接触、燃烧，实现分解。如果遇到特殊情况，如可燃污染物的热值偏大、相对浓度较高，那么只靠燃烧就可以完成。反之，就需要添加辅助燃料，保持对应的燃烧温度。这种方法的使用要满足较高的净化安全技术和对应的操作要求。④吸附剂吸附。通过吸附剂带有的吸附功能，将原本的恶臭物质直接从气态转变为固态，防范VOC出现在空气之中。这种处理技术一般在高净化要求、低浓度的恶臭气体处理中使用。吸附剂的吸收净化效率较高，能实现对多组分恶臭气体的有效处理，不过吸附剂本身价格偏高，并且再生困难，还要求恶臭气体的含尘量和温度都处于较低的状态。
3.5 规范安全仪表系统的设计及SIL验算
设计单位应根据过程工艺安全要求和安全仪表规格书（SRS），通过仪表选型、子系统冗余结构选择、确定检验测试方法及测试周期、开展SIF验算等设计流程，确认安全仪表功能，明确工艺过程的安全状态，确保实现降低工艺过程风险的要求。开展安全仪表功能评估（SIL验算），根据IEC61508/IEC61511的要求，对各SIF回路的PFDavg及MTTFs进行计算并审查硬件结构约束特性，确定每个SIF能否达到SIL定级的要求。
结束语
安全仪表系统的建立对于化工企业的生产安全化具有至关重要的作用，为此，安全仪表系统设计阶段，技术人员需要对安全等级进行有效明确，对安全仪表系统进行验证，控制安全事故的发生，技术人员需要充分发挥LOPA技术作用，降低安全生产风险，最终促进整个化工产业的发展。
参考文献
[1]高敏侠，高坤洁.石油化工装置安全仪表系统的设计分析[J].化工设计通讯，2018，44（5）：100.
[2]陶冶，姚安林，徐涛龙，等.考虑非独立保护层影响的LOPA改进策略研究[J].中国安全生产科学技术，2019,15(09):164-169.