安全儀表系統(tǒng)的設計與應用

安全儀表系統(tǒng)（SIS）的設計與應用摘要：按照國家最新要求，對涉及“兩重點一重大”的化工企業(yè)和?；穬Υ鎲挝?，無論是新建項目還是存在安全隱患需要改造的在役項目，在進入設計階段之前或初期都要進行風險和安全評估。一般都是通過有相關資質的單位做危險和可操作性分析（HAZOP）以及保護層分析（LOPA），出具正式的分析報告，以此來確定該項目的安全儀表功能（SIF）及其安全完整性等級（SIL），作為設計院進行施工圖階段的設計依據(jù)?；诖耍恼聦Π踩珒x表系統(tǒng)（SIS）的設計與應用進行了研究，以供參考。關鍵詞：安全儀表；設計原則；應用管理1安全儀表系統(tǒng)的定義根據(jù)IEC61511的定義，安全儀表系統(tǒng)（SIS）是指實現(xiàn)一個或者多個SIF的儀表系統(tǒng)，通常由傳感器，邏輯運算器和執(zhí)行元件組成。該定義可以這樣理解:將用于安全保護的現(xiàn)場各類檢測儀表，其信號傳輸至獨立于基本過程控制系統(tǒng)（BPCS）的用于過程安全的控制系統(tǒng)中，通過邏輯運算，使負責安全功能的執(zhí)行器執(zhí)行安全保護動作，最終保障整個系統(tǒng)的安全運行。2安全儀表系統(tǒng)相關概念SIF是為了防止和減少危險事件的發(fā)生，由SIS執(zhí)行具有特定SIL等級的安全功能。通過現(xiàn)場檢測儀表、邏輯控制器、執(zhí)行元件及相關軟件等，應對特定的危險狀態(tài)，保持安全狀態(tài)運行。SIF運行模式分為低要求操作模式和高要求（或連續(xù)）操作模式。舉個完整的SIF的例子：液位開關一輸入卡件（DI）一邏輯控制器一輸出卡件（DO）一繼電器一電機/開關閥，便是一個完整的SIF回路，回路中的每一個組成部分都需要滿足SIF回路的SIL等級要求。3安全儀表系統(tǒng)（SIS）的設計要點3.1設計原則安全儀表系統(tǒng)的各個組成部分都必須要滿足《石油化工安全儀表系統(tǒng)設計原則》，尤其是在信號報警器和聯(lián)鎖點的設置方面，在進行動作設計以及閥值量值調整方面，必須要做到符合相關生產工藝的嚴格要求。做好安全生產是大前提，在進行線路設計和各類元器件安排之后，應該盡量做到簡單。為了避免振動及灰塵和腐蝕液體的作用，信號報警和相應的安全連鎖設備應該安置在合理的場所內，同時還要避免電磁輻射影響。如果把繼電器線路應用在信號報警和安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中也非常受用，當然也可采用無觸點式晶體管電路，還有DCS和PLC系統(tǒng)性設計信號報警的SIS。從安裝角度來說，其要求也是相當嚴格的，任何在建造和施工現(xiàn)場的檢出裝置和執(zhí)行器，都應當滿足所在工作場合的防爆和相應的防火要求。從供電等級上來說，信號報警方面的供電要求與一般儀表供電等級相同。普遍來說，SIS系統(tǒng)在石油化工行業(yè)應用較多，其所遵循的規(guī)則是IEC-61508標準。從安全儀表設計角度來說，要滿足可靠性、可用性、獨立性三大原則，而且每個原則的設計都要付諸于傳感器、邏輯單元和控制單元中?？煽啃灾饕üに?、結構和使用年限上的可靠性，還有工作過程、連鎖保護的可靠性。為了加強SIS的系統(tǒng)可用性，安全儀表系統(tǒng)所具備的外部硬件和裝備軟件，都應該具備自診和測試功能。針對SIS系統(tǒng)的可用性，可以提高系統(tǒng)的材料品質，采用高強度和高硬度的材料，還可以延長系統(tǒng)初始周期，或者采用非全局的測試方法，在可能發(fā)生事故的狀態(tài)下及時關閉閥門，對截止閥采用緊急狀態(tài)手動關閉，可以允許在線初始狀態(tài)下，安全儀表系統(tǒng)閥門的正常使用。這些措施安全儀表系統(tǒng)的可用性都可以起到很大的幫助。對于安全儀表系統(tǒng)來說，應該和基本過程控制系統(tǒng)分開，從而獨立完成相應的安全保護。3.2智能化設計未來的安全儀表的設計制造研究，會向三個方面發(fā)展，分別是功能多樣化、設計信息化發(fā)展、系統(tǒng)化。在工藝質量達到標準的前提下，向人工智能化發(fā)展。因為安全方面的原因，之前的設計是以保守為主。但智能化研究是未來機械設計發(fā)展的方向，利用計算機仿真和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)對先驗設計進行評估研究，例如利用有限元分析，利用數(shù)據(jù)庫觀察哪類設計方案出現(xiàn)問題的時候最多等等。通訊接口與通訊網絡標準的統(tǒng)一為安全儀表控制系統(tǒng)與基本過程控制系統(tǒng)的集成帶來極大的便利，對于一些要求較低、規(guī)模較小的生產過程可以采用集成的方法來減少投資，同時減少由基本過程控制系統(tǒng)和安全儀表系統(tǒng)不同的實現(xiàn)方式帶來的問題。安全儀表系統(tǒng)同基本過程控制系統(tǒng)的集成目前主要有三種方式： Interfaces.Integrated和com-mon。安全儀表系統(tǒng)采用智能型傳感器和數(shù)字閥門定位器，傳感器、數(shù)字閥門同邏輯控制器之間采用數(shù)字通訊。智能型終端設備不僅可以檢測過程變量、接受控制信號，同時還可以提供包括關于設備自身、相關設備甚至周圍過程的信息，供邏輯控制器的安全決策使用。數(shù)字通訊網絡使信息可以進行雙向流動，在傳遞控制信號的同時，也可以傳遞邏輯控制器對終端設備的組態(tài)或標定數(shù)據(jù)。智能型的邏輯控制器能夠對現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)進行備份、歸檔和分析，也可以對設備和診斷數(shù)據(jù)進行分析，以鑒別出現(xiàn)的問題，并提供一些更正建議。自診斷系統(tǒng)也是未來儀表研發(fā)需要著重攻堅的方向。4加強化工安全儀表系統(tǒng)(SIS)的應用管理4.1加強化工SIS管理的基礎工作加強安全儀表系統(tǒng)管理人才的培養(yǎng)，加快SIS系統(tǒng)功能安全的相關技術。不管是化工設計，還是危險化學品生產或者儲存單位，都要求要組織相關負責人及技術人員進行專業(yè)的培訓，開展相應的功能安全知識和有關標準規(guī)范的培訓指導。加快制定SIS技術的標準體系，進一步完善化HSIS技術的標準和認證體系。而如何規(guī)劃好我國SIS標準體系，這需要有關單位和部門，去制定關于加強SIS管理的工作計劃，組織并制定符合企業(yè)安全發(fā)展的標準應用指南，從而推進能夠符合我國國情的安全認證體制機制。4.2進一步加強SIS使用周期的管理在對SIS進行設計之前，首先，要明確安全儀表系統(tǒng)過程中的安全要求，設計的意圖以及相應的依據(jù)；其次，要嚴格SIS系統(tǒng)的安裝調試和聯(lián)合確認，從而規(guī)范SIS的設計；最后，加強化工企業(yè)安全儀表系統(tǒng)的操作和維護管理，逐漸完善SIS的管理制度和加強內部規(guī)范?；て髽I(yè)需要制定和完善SIS相關管理制度，企業(yè)內部技術需要規(guī)范，將功能安全管理融合到企業(yè)安全管理體系當中去，以此來不斷提高化工安全儀表的管理水平。4.3加強其他相關儀表保護措施管理加強過程報警系統(tǒng)中的報警管理，制定相關制度，并要求嚴格去執(zhí)行。加深基本過程控制系統(tǒng)的管理工作，使其能安全并完整地控制回路，在這過程中，工作人員可以參照SIS的功能來進行管理和檢驗測試，還能夠保證自動控制回路的使用率和投用率。嚴格根據(jù)標準來進行儀表的設計和實施，建立防止有毒有害，以及可燃氣體危害人員的檢測保護系統(tǒng)，從而確保SIS功能的可靠性，這就要求系統(tǒng)必須獨立與基本過程控制系統(tǒng)之外。4.4積極推進在役SIS評估工作在涉及到關于“兩重點一重大”在役生產裝置或者設施的化工企業(yè)，以及危險化學品儲存的單位中，需要全面開展過程裝置系統(tǒng)中對應的危險的分析(如危險與可操作性分析)，并通過其風險分析來確定SIS存在哪些風險，以及怎樣來降低風險，盡快判斷現(xiàn)有SIS功能能否滿足風險降低要求。而企業(yè)需要在評估的基礎上，制定出SIS系統(tǒng)管理的具體方案以及制定好定期檢驗測試計劃。結語綜上所述，整個安全儀表系統(tǒng)在設計時遵循了可靠性原則、可用性原則、獨立性原則、標準認證原則和故障安全原則。通過本次改造，解決了企業(yè)多年一直存在的安全隱患和問題；新設的安全儀表系統(tǒng)更加安全、可靠、開放，運行穩(wěn)定，為企業(yè)職工的人身安全和裝置長周期安全穩(wěn)定運行保駕護航。1.匡蕾，等.基于危險工藝裝置設置安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究[J].中國安全科學學報，2009，(7).2