安全仪表系统在化工装置中的应用分析

摘要：化工项目运行的安全风险很大，易发生安全生产事故。本文对安全仪表系统运行过程中出现的故障原因进行了分析，并提出了改进方案，为安全仪表系统的稳定运行提供了依据。

关键词：安全仪表；化工装置；应用

中图分类号：TQ086 文献标识码：A

引言

随着化工装置的规模化、复杂化，安全仪表系统（SIS）的前期设计愈发重要，按照《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》（安监总管三〔2014〕116号）第5条的要求：“严格按照安全仪表系统安全要求技术文件设计与实现安全仪表功能”。为确保化工自动化仪表系统稳定运行和生产安全，基于安全管理的可靠性分析显得尤为重要。

1、安全仪表系统运行过程中出现的故障原因

线路断路（失电）是大概率故障，这就要在线路断路（失电）时急停以实现安全功能，即可靠的停车;如果设置成闭合联锁，正常时断开，一旦线路发生故障，需要联锁时却无法可靠地执行联锁动作。因此，紧急停车按钮应设置成正常闭合，故障（联锁）断开。其他开关量仪表按类似设置。在烧碱电解工序，精制盐水进料低或循环碱液进料低都可能引起离子膜损坏，导致氢气、氯气泄漏，为了将风险等级降至低风险，在循环碱液进料管线和精制盐水进料管线增加远传流量计，在SIS系统设置新增流量计低低联锁停对应电解槽。此处增加的远传流量计一般设计选型为电磁流量计。电磁流量计的输出信号非常小，满量程式只有2.5～8 mV，小流量时，输出只有几微伏，外界略有干扰就会影响电磁流量计的测量精度。电磁流量计安装在电解厂房一楼，电解厂房二楼为电解槽装置，一楼厂房内有大量动力电缆，电磁流量计安装场所周围存在大功率电器，易对流量计造成电磁干扰，现场进行电焊等作业时也会引起测量数据波动，导致电解槽停车。

2、安全仪表系统在化工装置中的应用

2.1、关键报警管理

报警是生产运行参数未达到预期设定值时的一种偏差报警，如液位、压力、流量、温度等，有高、低液位报警或二级报警。它有助于提醒操作员及时发现参数偏离的状态，当报警产生时，系统一般处于不正常的状态，如开停工状态、设备仪表故障、原料公用工程异常、违规操作等，生产人员需要及时排查原因并消除报警。在项目投产的初期，有很多不稳定的因素，人员操作的熟练度和设备的磨合期都会导致大量报警的产生。有些不重要的高频报警也是报警管理的重点，高频率的低风险报警很容易干扰操作人员的注意力，同时掩盖一些重要报警，导致操作人员将重要报警忽略，从而引发安全事故。

2.2、加强安全保护

加强石化自动化仪表系统中安全和保护措施，对于防范潜在风险和确保操作的安全和可靠性至关重要。实现基于角色访问控制机制，以根据用户角色和职责限制系统访问，强制执行强大的密码策略和身份验证协议，以保护用户凭据和防止未经授权访问，使用多因素身份验证方法为访问关键系统和数据添加额外的安全层。定期更新和修补系统软件，包括操作系统、应用程序和固件，以解决已知漏洞和安全弱点，利用自动化补丁管理工具简化应用更新过程，并确保系统保持最新的安全修复程序。部署和配置防火墙，以监控和控制传入和传出网络流量，防止未经授权访问和防止网络威胁，实施入侵检测系统，以实时检测和响应潜在安全入侵、异常活动和网络入侵。化工企业通过严格门禁控制，定期进行软件更新和补丁，实施防火墙和入侵检测系统，加强安全防护措施，可增强其自动化仪表系统安全态势，其做法有助于降低安全风险，保护关键资产和数据，并维护石油化工行业中操作的可靠性。

2.3、 实现智能网络化

通过将传统的化工仪表和控制系统升级为具有数据交换和分析能力的智能系统，实现化工过程的全面监控和实时优化，该系统链接了各类传感器、执行器及控制单元，还通过高速通信网络将这些设备与高级数据处理软件和企业级应用程序集成，支撑复杂的数据分析和决策支持功能。化工生产过程中从原料输入到产品输出的每个步骤都能够被精确监控，在仪表上集成微处理器和通信接口，各测量点的数据可以实时收集并传输到中央控制系统，实现数据的即时可视化和跨系统共享。例如，流量计、压力传感器和温度传感器等现场仪表收集的数据，不仅用于本地控制回路的闭环控制，同时也被传输至企业的生产管理系统，用于生成生产报告、性能评估和维护预警[1]。

2.4、 人机界面控制

化工企业在传统生产中，通常一个控制室只能对一个装置进行控制。而新时期背景下，一个控制室已经能够同时对多个装置进行控制，并且很多企业加大投入力度建立了中央控制室。为了提高检测精度，还将指示灯和显示仪表作为辅助工具，这些工具需要使用鼠标、键盘等硬件设施或系统中自带的触摸按钮进行控制。自动化检测仪表采集的数据会呈现在工业电视屏幕中，继而传递到界面操作系统。在 运行过程中，人机界面和控制策略之间产生密切联系。技术人员在工位号操作过程中，呈现的画面可以分为多种多样，包括细目画面、趋势画面等。制作模拟图阶段，严格按照工艺规范操作，能够保证制作出的模拟图规范、标准，进而提高人机界面综合处理能力，包括操作能力、事故分析及判断能力等。而想要实现这一目标，就要充分利用先进先进软件产品，并且制定行之有效的控制方案。

2.5、变送器

对于大多数智能变送器，在变送器本体有故障输出跳线或者组态设置选项，当变送器自诊断有故障发生时，会按照组态或者跳线设置，转到定义的安全输出状态。如 Rosemount变送器故障设置：若自诊断检测出是变送器故障，则输出信号为一个低于3.75mA或者高于22mA的电流提醒用户。电流输出的高低可由用户设置跳线来选择[2]。

2.6、改进电磁阀冗余配置方式

在化工安全仪表系统设计规范中指出，控制阀电磁阀的冗余配置并不能提高控制阀的安全完整性指数，而只能提高电磁阀组的安全完整性指数，即提高电磁阀组的安全完整性指数，电磁阀冗余配置不能提高系统的SIL等级。规范中提出了控制阀的冗余设置要求，SIL2级安全仪表功能宜采用冗余控制阀。在具体设置时，控制阀是否需要冗余配置则要看HAZOP分析和SIL验算结果。如果HAZOP分析要求加一个，但是进行SIL验算时，风险等级降不下来，可以采取再增加一个控制阀的措施来降低风险等级。这里强调说明的是对控制阀的配置要求，与电磁阀的冗余配置无关。两个电磁阀串接的冗余配置方式安全性高、稳定性差，两个电磁阀并接的冗余配置方式安全性差、稳定性高。对于工艺没有高安全性要求的气动阀，不建议用两个电磁阀串接的冗余配置方式。为了提高系统稳定性，建议采用电磁阀并接的方式，对于生产工艺有高安全性要求时，可以对电磁阀的连接方式进行改进，改进的电磁阀串并接冗余配置方式。这种配置方式可弥补电磁阀串并接冗余配置方式的不足，同时保留高安全性和高稳定性的特点[3]。

结束语

综上所述，基于安全管理的石油化工自动化仪表系统可靠性分析非常重要。通过对精确运算功能、处理与控制能力和存储能力的可靠性进行评估和改进，可提高系统稳定性和安全性。这种技术不仅提高了企业的经济效益，而且确保了生产安全。石油化工生产过程中，自动化控制系统扮演着重要的角色。主要有单回路调节、串级调节等。随着科技的进步，先进的控制和优化技术如多变量预测控制已在炼油、石化行业开始进入生产实践阶段。

参考文献：

[1]李玉德，刘宝峰.石油化工装置安全仪表系统的设计之我见[J].化工管理，2021，（02）：145-146.DOI：10.19900/j.cnki.ISSN1008-4800.2021.02.070.

[2]李志锋.安全仪表系统的发展现状及其在煤化工装置中的应用[J].化工自动化及仪表，2020，47（05）：447-449.

[3]张晓伟.安全仪表系统在化工装置中的应用分析[J].化工管理，2020，（23）：155-156.