安全仪表系统在化工装置中的设计应用
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摘要：安全问题在石油化工装置设计与运行中得到越来越多的重视。目前很多化工装置在设计和改造中增加了危险与可操作性研究（HAZOP），确定安全完整性等级（SIL）等。安全仪表系统（SIS）是一个必须独立于过程控制系统专用于安全操作的控制系统。从安全角度出发，化工生产过程自身存在着固有的风险，SIS是一种经过专门机构认证，具有一定安全完整性水平，用于降低生产过程风险的仪表安全保护系统。对化工装置的安全仪表系统进行合理有效的分析和设计，是保证安全运行的基础。
关键词：安全仪表；化工装置；设计
1石油化工行业常用自动化仪表分析
1.1压力检测仪表
此类仪表大多用于检测液体与气体的压强。通常，压力检测仪表是由导通装置、测量装置、信息采集装置构成的。压力检测仪表检测准确度较高，承载压力较大。同时，如果工作人员把压力检测系统与操作装置连接在一起，可以有效控制单位时间内液体流量，获得相关数据，并且详细记录在相应表格中。
1.2温度检测仪表
石油化工企业生产活动中，常常会使用温度检测设备，而温度检测仪表中蕴含大量电子元器件，可使用电力系统控制其运行状态。为检测温度，需利用传感器。随着电压的逐渐升高，阻值较大的电子元器件将出现发热情况，传感器在获取这一信息之后，将这些信息传输到控制系统，进而实现监测生产温度的目的。通常情况下，温度检测仪表在高温或低温环境运行，且温度变化不会影响其检测精度（温度检测仪表测量部分可承受1600℃）。
1.3流量检测仪表
流量检测仪表可严格控制石油化工企业生产过程中的原材料添加比例，从而提升产品质量。此类仪表中包含了大量先进技术及设备，如超声技术和设备等。同时，不同流量检测仪表的检测原理不同，因而不同流量检测仪表的使用方法均不相同，部分流量检测仪表需通过详细计算才可获得精确测量结果。因为影响测量结果准确度的因素较多，因而技术人员需依据实际情况调试流量检测仪表。
2确定安全完整性等级
全仪表系统是由一个或多个安全仪表功能（SIF）组成；每一个SIF回路需要降低风险的水平用SIL表示。安全完整性等级（SIL）是对安全仪表系统综合评价的一种量化等级，SIL等级越高，SIS的平均故障率越低，可靠性越强。SIL等级可根据HAZOP分析确定。
HAZOP能够预期分析并发现问题，将危险消灭在最初阶段，既适用于设计阶段，又适用于现有的生产装置。HAZOP分析是一种辨识设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题的结构化分析方法，方法的本质就是通过系列的会议对工艺图纸和操作规程进行分析。在这个过程中，由各专业人员组成的分析组按规定的方式系统的研究每一个单元（即分析节点），分析偏离设计工艺条件的偏差所导致的危险和可操作性问题。
HAZOP分析可以找出装置在设计中存在的隐患，而随着风险技术发展，将风险矩阵应用于HAZOP分析形成了一种新的分析方法，即HAZOP风险评估，利用事故的后果严重等级和事故发生频率等级在风险矩阵中计算事故的风险等级。
3联锁逻辑
SIS的联锁逻辑应为故障安全型。SIS的检测元件以及最终执行元件在系统正常运行时励磁，在系统不正常时非励磁。当出现故障时，系统能自动转入安全状态，从而避免由于SIS自身故障或者停电等原因使生产装置处于危险状态。
联锁系统回路中的6台压力变送器分为两组，每组进行逻辑三选二的冗余设计，若有一组三选二之后输出高报则联锁切断阀门。该联锁中设置了联锁投用开关，也可叫维护旁路开关。由于在旁路状态下SIF功能及其安全完整性都是受限的，因此旁路操作本身应该有报警、记录和显示，不能用作安全防护层的功能。手动复位按钮在使用前应保证工艺过程在安全状态，最终执行元件在所有的联锁初始条件恢复到正常状态前不得复位。
4化工自动化仪表的调试技术
在完成化工自动化仪表的安装工作之后，工作人员需要对已经完成安装的仪表进行调试，从而确定其是否处于正常运行状态。常见的调试方式为以下两个方面。
4.1气动阀门调试方法
气动阀门是自动化仪表重要的控制環节，在完成安装之后，工作人员需要第一时间对其进行调试观察，从而准确无误地发现安装的仪表装置是否存在漏洞和不足。在实际的检查调试当中，工作人员首先需要确认气源与阀门已可靠连接，检查气源无泄漏且压力稳定，然后打开气源球阀，观察其内部的气源压力状况。正常运行状态下的仪表阀门，其内部的气源压力能够始终维持在正常值范围之内，工作人员通过比对方式能够了解当前阶段的设备状态，一旦设备内部的气源压力出现异常，阀门执行动作过程会出现故障，导致阀门无法正常运行；随后工作人员还需要在仪表通电后进行电磁阀、定位器的检查调试，通电状态之下，仪表设备的电磁阀、定位器应当处于稳态运行状态之中，断电之后可以观察阀门动作情况，根据阀门运行状态的改变情况，判断阀门仪表附件是否正常投用，一旦没有达到运行标准，则表明当前仪表电磁阀、定位器及气源控制回路存在缺陷，需要进行积极调整。
4.2电磁流量计的调试方法
与其他类型的仪表调试存在差异，电磁流量计的调试方法相对复杂，对于工作人员来说容易发生错误。常见的错误包括空气开关跳闸和转换器故障两种，调试工作人员需要对显示数据情况以及信号反馈情况是否处于正常状态进行调试，检查流量计内部设置参数是否正确。例如可以采用万用表工具，对电磁流量计的电源线进行检测，并分析其电阻状态，判断是否已经发生了短路问题，电磁流量计接地是否存在问题，通常情况下，影响仪表正常使用的主要因素都与短路及接地及参数设置等因素有关。
5常见仪表调试的注意事项
5.1单体调试要在仪表联调之前进行，并且还要对阀门进行相应的水压试验，对流量计等仪表进行资质检测，同时要求生产单位提供相应的质量证书以及检验报告。当所用仪表的检查工作结束后，确保仪表质量合格之后才能进行相应的安装工作。这样一来，可以防止仪表出厂质量不合格对安装、调试工作造成的不良影响。
5.2具体调试工作中，如果装置具有相应的报警、联锁功能，那么技术人员要对仪表的报警点、联锁功能进行全面的检测，进而可以降低回路遗漏所导致的人力、物力资源的浪费。此外，调试环节中还要严格按照系统的回路图对回路进行逐个的开通，调试工作结束时，确保仪表合格后要进行现场挂牌，进而可以防止工作疏忽所导致的仪表线路短路或者使保险烧毁等问题。
5.3在进行调节阀、切断阀的启动时，要先对仪表风线进行相应的吹扫试压工作，以降低风线杂质对于阀门的损坏。此外，在进行组件或者是卡件的更换工作时，也要严格按照仪表产商所提供的说明书进行相应的操作，防止出现设备损毁等问题。石油化工装置的电源状况大多是24VDC，但是也有不同的流量表、液位表、分析仪表使用的电源是220VAC。因而，调试环节中要做好各种仪表的图纸查看工作，并且要对线路检查工作引起重视。
5.4调试环节中要对仪表参数以及监测报警方面引起重视，不同设备的调试要选择合理的方法与技术。比如在调试工作前要对仪表参数进行了解。一些石油化工装置具备监测报警功能，还有的装置具备预警、联锁等一系列的功能。具体调试环节中，要做好仪表参数的调整，一旦发现设备的预警功能异常问题，要及时通知维护人员进行检修。此外，由于不同类型的仪表设备工作原理存在很大的差异，因而具体调试环节中方法也不同，这就要求调试人员合理选用调试方法与技术。
结语
安全仪表系统的设计在提高化工装置的安全性和维护企业稳定发展中起着重要作用。设计时需要综合考虑仪表功能和系统功能等方面，确保安全仪表系统的可靠性和可用性。
参考文献
[1]范咏峰.双电磁阀配置在石油化工装置中的应用[J].石油化工自动化，2011，47（3）：6.
（作者单位：江苏乐科节能科技股份有限公司）
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