石油化工安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與可靠性分析

摘要：目前，石油化工生產(chǎn)的發(fā)展正趨向于一體化、大型化及智能化，這對于石油化工工藝水平、生產(chǎn)規(guī)模等帶來了較為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而石油化工生產(chǎn)過程中，各種危險(xiǎn)事故發(fā)生的概率也在不斷增加，因此安全生產(chǎn)成為了石油化工生產(chǎn)中必須重視的問題。本文針對石油化工安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與可靠性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：石油化工;安全儀表系統(tǒng);設(shè)計(jì);細(xì)節(jié)問題

一、設(shè)計(jì)石油化工安全儀表系統(tǒng)根本原則

1.1儀表系統(tǒng)可靠穩(wěn)定性的保障

由于石油化工廠安全儀表的特殊性和其獨(dú)特的功能，在儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先要保證的是系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。而這正是在設(shè)計(jì)石油化工安全儀表系統(tǒng)時(shí)務(wù)必確保的一個(gè)重要性的原則。而要達(dá)到這一原則，那么就需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮周全，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件的選擇使用，軟件編程等多方面因素，最大力度的保證儀表系統(tǒng)的絕對安全性。需要做到在生產(chǎn)裝置儀表系統(tǒng)的開車、停車的階段中，以及執(zhí)行和維護(hù)操作這一時(shí)期，要能夠確保人員健康、設(shè)備環(huán)境的安全性。

1.2保證儀表功能穩(wěn)定健全

要能夠?qū)⑹突ぱb置安全儀表的功能最大化的起到作用，可以最大效率的完成化工行業(yè)對儀表數(shù)據(jù)監(jiān)察、安全預(yù)警等方面，那就必須要作到石油化工安全儀表在功能上的完全性，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這些自然同樣也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要的原則。在儀表設(shè)計(jì)時(shí)，對設(shè)計(jì)人員必須要求有針對的研究系統(tǒng)具體情況，對現(xiàn)場實(shí)地勘察，精確的了解儀表工作運(yùn)作的基本狀況，保證設(shè)計(jì)儀表功能的全面和最佳的適應(yīng)性。

1.3要求儀表日常維護(hù)和升級擴(kuò)展

在安全方面來說，石油化工行業(yè)是有著絕對性的要求，要達(dá)到這一要求，便需要完善對于儀表的一個(gè)日常維護(hù)，而在儀表的選擇上面，則需要滿足安裝簡單、應(yīng)用便利，修護(hù)時(shí)簡單方便等等的要求。除了要能夠達(dá)到儀表監(jiān)察、告警的要求之外，還需要盡量的降低裝置系統(tǒng)儀表的個(gè)數(shù)，盡可能的減削系統(tǒng)裝置儀表的本金、增大系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。另外，還需要有長遠(yuǎn)的發(fā)展意識，保留一定放置儀表的空間，來保證生產(chǎn)發(fā)展以及水平提升后的需求。

二、改善石油化工安全儀表系統(tǒng)的有效途徑

2.1科學(xué)設(shè)計(jì)傳感器冗余

針對安全儀表系統(tǒng)來說，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，并非要對所有的傳感器都進(jìn)行冗余配置，如果系統(tǒng)中一臺傳感器平均失效率概率達(dá)到了SIL的具體要求，需要選擇一臺傳感器，便可以滿足要求;而如果一臺傳感器無法滿足SIL的具體要求，可以對冗余傳感器進(jìn)行應(yīng)用，選擇冗余傳感器方式時(shí)，要對系統(tǒng)的具體安全性進(jìn)行全面考慮，以增加聯(lián)鎖動作次數(shù)作為代價(jià)，對“或”邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用;不僅需要確保系統(tǒng)的安全性，同時(shí)，還要考慮系統(tǒng)的可用性，因此，應(yīng)當(dāng)對三取二邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用。

2.2整體設(shè)計(jì)安全儀表系統(tǒng)

一個(gè)安全儀表功能（SIF）安全完整性SIL，其由SIF邏輯控制器、傳感器、執(zhí)行器等各項(xiàng)內(nèi)容共同確定。SIF的SIL=邏輯控制器SIL+傳感器SIL+執(zhí)行機(jī)構(gòu)SIL，需要研究人員注意的是，該出SIL指的是其等級相對應(yīng)的失效概率。例如，邏輯控制單元SIL3級，其失效概率約為0.01%～0.1%;傳感器SIL2級，其對應(yīng)的失效概率為0.1%～1%;執(zhí)行結(jié)構(gòu)SIL1級，對應(yīng)的失效概率為1%～10%，雖然在系統(tǒng)中邏輯控制器為IL3，但安全儀表系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，其SIL的等級僅為SIL1，這也就會降低安全儀表系統(tǒng)的可靠性。

2.3做好相應(yīng)的冗余配置

如果SIF等級的具體要求為SIL3，而實(shí)際配置邏輯控制的為SIL3，傳感器失效概率為SIL2，終端執(zhí)行器為SIL2，整個(gè)系統(tǒng)安全等級都為SIL2，所以無法滿足相應(yīng)的要求標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)，對傳感器進(jìn)行冗余配置，例如，通過二取一冗的方式，是系統(tǒng)的安全等級能夠達(dá)到SIL3。同時(shí)，也可以通過對電磁閥或執(zhí)行器進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜哂嗯渲?，從而提高?zhí)行器的安全等級，使其能夠達(dá)到SIL3，從而使整個(gè)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中的安全性能夠滿足人們的應(yīng)用要求。需要相應(yīng)操作人員特別注意的是，如果在設(shè)計(jì)系統(tǒng)過程中，采用的二取二傳感器冗余結(jié)構(gòu)，要確保采用的兩個(gè)傳感器的性能都要能夠達(dá)到應(yīng)用要求標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，如果其中一個(gè)傳感器的出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致二取失效，同單個(gè)傳感器相比，二取而冗余配置傳感器的應(yīng)用，無法提高SIL等級。因此，在具體問題分析過程中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)實(shí)際情況而定，盲目的通過冗余配置提升SIL是不合理的。

三、分析安全儀表可靠性容錯(cuò)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行石化安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，相應(yīng)的工作人員要先對儀表保護(hù)的對象，以及相應(yīng)的工藝情況進(jìn)行安全等級評估，具體等級是基于在實(shí)際生產(chǎn)期間，事故發(fā)生的具體幾率，以及對相應(yīng)的工作人員的人身危害的實(shí)際程度，完成相應(yīng)的劃分工作。

針對安全等級相對較低的SIL1工藝設(shè)備連鎖保護(hù)回路，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，可以放在DCS，從而降低成本。而針對可以造成安全事故、環(huán)境破壞、人生傷害等級相對較高的回路SIL2、SIL3，則將其放在安全儀表系統(tǒng)中，對其具體功能加以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代市場中儀表供應(yīng)商多，種類繁多，其性能和質(zhì)量都各不相同，因此，為了確保儀器表在具體應(yīng)用期間的可靠性，在對設(shè)備選用時(shí)，應(yīng)當(dāng)具備以下兩條條件：①權(quán)威結(jié)構(gòu)出示的SIL認(rèn)證證書;②長期應(yīng)用獲得專門機(jī)構(gòu)或驗(yàn)證測試，并且要對供應(yīng)商的清單進(jìn)行錄入，內(nèi)容應(yīng)當(dāng)詳細(xì)到設(shè)備的型號、品牌，以及軟件的具體版本。

四、結(jié)語

石油化工系統(tǒng)的安全所涉及的是方方面面，在這里只能就一些基礎(chǔ)性的理念作為概括介紹。而想要完成安全工作，僅僅靠幾個(gè)人是不現(xiàn)實(shí)的，需要的是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的存在。要想做好石油化工儀表工作，設(shè)計(jì)部中需要各方面的專家組建成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，另外在外部也需要和業(yè)主、生產(chǎn)制造商、以及施工單位有良好的溝通，建立成一個(gè)良好的團(tuán)隊(duì)。只有做到妥善管理，才能真正的確保安全問題的解決，而這一點(diǎn)是整個(gè)過程中所必需的。

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（作者單位：中油遼河工程有限公司）

作者簡介：傅菲菲（1982.10.25），性別：女;籍貫：山東省博興縣;民族：漢;學(xué)歷：研究生、碩士;職稱：工程師;職務(wù)：自控儀表設(shè)計(jì);研究方向：控制理論與控制工程。