安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

安全儀表系統(tǒng)（SIS）的設(shè)計(jì)與應(yīng)用摘要：按照國(guó)家最新要求，對(duì)涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工企業(yè)和?；穬?chǔ)存單位，無(wú)論是新建項(xiàng)目還是存在安全隱患需要改造的在役項(xiàng)目，在進(jìn)入設(shè)計(jì)階段之前或初期都要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)和安全評(píng)估。一般都是通過(guò)有相關(guān)資質(zhì)的單位做危險(xiǎn)和可操作性分析（HAZOP）以及保護(hù)層分析（LOPA），出具正式的分析報(bào)告，以此來(lái)確定該項(xiàng)目的安全儀表功能（SIF）及其安全完整性等級(jí)（SIL），作為設(shè)計(jì)院進(jìn)行施工圖階段的設(shè)計(jì)依據(jù)?；诖?，文章對(duì)安全儀表系統(tǒng)（SIS）的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了研究，以供參考。關(guān)鍵詞：安全儀表；設(shè)計(jì)原則；應(yīng)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(shí)現(xiàn)一個(gè)或者多個(gè)SIF的儀表系統(tǒng)，通常由傳感器，邏輯運(yùn)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(hù)的現(xiàn)場(chǎng)各類檢測(cè)儀表，其信號(hào)傳輸至獨(dú)立于基本過(guò)程控制系統(tǒng)（BPCS）的用于過(guò)程安全的控制系統(tǒng)中，通過(guò)邏輯運(yùn)算，使負(fù)責(zé)安全功能的執(zhí)行器執(zhí)行安全保護(hù)動(dòng)作，最終保障整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。2安全儀表系統(tǒng)相關(guān)概念SIF是為了防止和減少危險(xiǎn)事件的發(fā)生，由SIS執(zhí)行具有特定SIL等級(jí)的安全功能。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表、邏輯控制器、執(zhí)行元件及相關(guān)軟件等，應(yīng)對(duì)特定的危險(xiǎn)狀態(tài)，保持安全狀態(tài)運(yùn)行。SIF運(yùn)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(gè)完整的SIF的例子：液位開(kāi)關(guān)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(jī)/開(kāi)關(guān)閥，便是一個(gè)完整的SIF回路，回路中的每一個(gè)組成部分都需要滿足SIF回路的SIL等級(jí)要求。3安全儀表系統(tǒng)（SIS）的設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.1設(shè)計(jì)原則安全儀表系統(tǒng)的各個(gè)組成部分都必須要滿足《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則》，尤其是在信號(hào)報(bào)警器和聯(lián)鎖點(diǎn)的設(shè)置方面，在進(jìn)行動(dòng)作設(shè)計(jì)以及閥值量值調(diào)整方面，必須要做到符合相關(guān)生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格要求。做好安全生產(chǎn)是大前提，在進(jìn)行線路設(shè)計(jì)和各類元器件安排之后，應(yīng)該盡量做到簡(jiǎn)單。為了避免振動(dòng)及灰塵和腐蝕液體的作用，信號(hào)報(bào)警和相應(yīng)的安全連鎖設(shè)備應(yīng)該安置在合理的場(chǎng)所內(nèi)，同時(shí)還要避免電磁輻射影響。如果把繼電器線路應(yīng)用在信號(hào)報(bào)警和安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中也非常受用，當(dāng)然也可采用無(wú)觸點(diǎn)式晶體管電路，還有DCS和PLC系統(tǒng)性設(shè)計(jì)信號(hào)報(bào)警的SIS。從安裝角度來(lái)說(shuō)，其要求也是相當(dāng)嚴(yán)格的，任何在建造和施工現(xiàn)場(chǎng)的檢出裝置和執(zhí)行器，都應(yīng)當(dāng)滿足所在工作場(chǎng)合的防爆和相應(yīng)的防火要求。從供電等級(jí)上來(lái)說(shuō)，信號(hào)報(bào)警方面的供電要求與一般儀表供電等級(jí)相同。普遍來(lái)說(shuō)，SIS系統(tǒng)在石油化工行業(yè)應(yīng)用較多，其所遵循的規(guī)則是IEC-61508標(biāo)準(zhǔn)。從安全儀表設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，要滿足可靠性、可用性、獨(dú)立性三大原則，而且每個(gè)原則的設(shè)計(jì)都要付諸于傳感器、邏輯單元和控制單元中?？煽啃灾饕üに嚒⒔Y(jié)構(gòu)和使用年限上的可靠性，還有工作過(guò)程、連鎖保護(hù)的可靠性。為了加強(qiáng)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(yīng)該具備自診和測(cè)試功能。針對(duì)SIS系統(tǒng)的可用性，可以提高系統(tǒng)的材料品質(zhì)，采用高強(qiáng)度和高硬度的材料，還可以延長(zhǎng)系統(tǒng)初始周期，或者采用非全局的測(cè)試方法，在可能發(fā)生事故的狀態(tài)下及時(shí)關(guān)閉閥門，對(duì)截止閥采用緊急狀態(tài)手動(dòng)關(guān)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(duì)于安全儀表系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該和基本過(guò)程控制系統(tǒng)分開(kāi)，從而獨(dú)立完成相應(yīng)的安全保護(hù)。3.2智能化設(shè)計(jì)未來(lái)的安全儀表的設(shè)計(jì)制造研究，會(huì)向三個(gè)方面發(fā)展，分別是功能多樣化、設(shè)計(jì)信息化發(fā)展、系統(tǒng)化。在工藝質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的前提下，向人工智能化發(fā)展。因?yàn)榘踩矫娴脑?，之前的設(shè)計(jì)是以保守為主。但智能化研究是未來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的方向，利用計(jì)算機(jī)仿真和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)先驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估研究，例如利用有限元分析，利用數(shù)據(jù)庫(kù)觀察哪類設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候最多等等。通訊接口與通訊網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一為安全儀表控制系統(tǒng)與基本過(guò)程控制系統(tǒng)的集成帶來(lái)極大的便利，對(duì)于一些要求較低、規(guī)模較小的生產(chǎn)過(guò)程可以采用集成的方法來(lái)減少投資，同時(shí)減少由基本過(guò)程控制系統(tǒng)和安全儀表系統(tǒng)不同的實(shí)現(xiàn)方式帶來(lái)的問(wèn)題。安全儀表系統(tǒng)同基本過(guò)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(shè)備不僅可以檢測(cè)過(guò)程變量、接受控制信號(hào)，同時(shí)還可以提供包括關(guān)于設(shè)備自身、相關(guān)設(shè)備甚至周圍過(guò)程的信息，供邏輯控制器的安全決策使用。數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)使信息可以進(jìn)行雙向流動(dòng)，在傳遞控制信號(hào)的同時(shí)，也可以傳遞邏輯控制器對(duì)終端設(shè)備的組態(tài)或標(biāo)定數(shù)據(jù)。智能型的邏輯控制器能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份、歸檔和分析，也可以對(duì)設(shè)備和診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以鑒別出現(xiàn)的問(wèn)題，并提供一些更正建議。自診斷系統(tǒng)也是未來(lái)儀表研發(fā)需要著重攻堅(jiān)的方向。4加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)(SIS)的應(yīng)用管理4.1加強(qiáng)化工SIS管理的基礎(chǔ)工作加強(qiáng)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(guān)技術(shù)。不管是化工設(shè)計(jì)，還是危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)或者儲(chǔ)存單位，都要求要組織相關(guān)負(fù)責(zé)人及技術(shù)人員進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)，開(kāi)展相應(yīng)的功能安全知識(shí)和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的培訓(xùn)指導(dǎo)。加快制定SIS技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系，進(jìn)一步完善化HSIS技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系。而如何規(guī)劃好我國(guó)SIS標(biāo)準(zhǔn)體系，這需要有關(guān)單位和部門，去制定關(guān)于加強(qiáng)SIS管理的工作計(jì)劃，組織并制定符合企業(yè)安全發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南，從而推進(jìn)能夠符合我國(guó)國(guó)情的安全認(rèn)證體制機(jī)制。4.2進(jìn)一步加強(qiáng)SIS使用周期的管理在對(duì)SIS進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先，要明確安全儀表系統(tǒng)過(guò)程中的安全要求，設(shè)計(jì)的意圖以及相應(yīng)的依據(jù)；其次，要嚴(yán)格SIS系統(tǒng)的安裝調(diào)試和聯(lián)合確認(rèn)，從而規(guī)范SIS的設(shè)計(jì)；最后，加強(qiáng)化工企業(yè)安全儀表系統(tǒng)的操作和維護(hù)管理，逐漸完善SIS的管理制度和加強(qiáng)內(nèi)部規(guī)范?；て髽I(yè)需要制定和完善SIS相關(guān)管理制度，企業(yè)內(nèi)部技術(shù)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(dāng)中去，以此來(lái)不斷提高化工安全儀表的管理水平。4.3加強(qiáng)其他相關(guān)儀表保護(hù)措施管理加強(qiáng)過(guò)程報(bào)警系統(tǒng)中的報(bào)警管理，制定相關(guān)制度，并要求嚴(yán)格去執(zhí)行。加深基本過(guò)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(guò)程中，工作人員可以參照SIS的功能來(lái)進(jìn)行管理和檢驗(yàn)測(cè)試，還能夠保證自動(dòng)控制回路的使用率和投用率。嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行儀表的設(shè)計(jì)和實(shí)施，建立防止有毒有害，以及可燃?xì)怏w危害人員的檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，從而確保SIS功能的可靠性，這就要求系統(tǒng)必須獨(dú)立與基本過(guò)程控制系統(tǒng)之外。4.4積極推進(jìn)在役SIS評(píng)估工作在涉及到關(guān)于“兩重點(diǎn)一重大”在役生產(chǎn)裝置或者設(shè)施的化工企業(yè)，以及危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存的單位中，需要全面開(kāi)展過(guò)程裝置系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)的分析(如危險(xiǎn)與可操作性分析)，并通過(guò)其風(fēng)險(xiǎn)分析來(lái)確定SIS存在哪些風(fēng)險(xiǎn)，以及怎樣來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)，盡快判斷現(xiàn)有SIS功能能否滿足風(fēng)險(xiǎn)降低要求。而企業(yè)需要在評(píng)估的基礎(chǔ)上，制定出SIS系統(tǒng)管理的具體方案以及制定好定期檢驗(yàn)測(cè)試計(jì)劃。結(jié)語(yǔ)綜上所述，整個(gè)安全儀表系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)遵循了可靠性原則、可用性原則、獨(dú)立性原則、標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證原則和故障安全原則。通過(guò)本次改造，解決了企業(yè)多年一直存在的安全隱患和問(wèn)題；新設(shè)的安全儀表系統(tǒng)更加安全、可靠、開(kāi)放，運(yùn)行穩(wěn)定，為企業(yè)職工的人身安全和裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。1.匡蕾，等.基于危險(xiǎn)工藝裝置設(shè)置安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，(7).2