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石油化工安全仪表系统的设计

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俞泽科+李斌+姚玉田

摘要：随着经济的不断发展，石油化工企业的规模和生产设备的自动化都在不断扩大和更新。与此同时，石油化工的安全问题就暴露出来了，由于化工企业危害性比较大，这就需要引起人们的高度重视。鉴于此，本文结合目前石油化工的生产现状，详细介绍了安全仪表的内容，并对仪表系统的设计原则进行阐述。在此基础上完成了安全仪表系统的设计，最后对仪表供电方案进行探讨，保证仪表系统的正常运行。

关键词：石油化工；安全仪表；系统；设计

中图分类号：TE967 文献标识码：A

随着技术的不断进步，石油化工设备逐渐朝着智能化和一体化的方向发展。新技术和新仪器的应用不仅保证了生产的稳定性和安全性，而且很大程度地提升了生产的效率和精度。由于化工企业的生产工艺复杂，并且里面的气体易燃易爆，如果生产过程得不到有效的控制，将会造成严重的后果，因此就需要對这些设备进行精确控制。本文主要针对石油化工仪表系统的内容以及设计原则，研究了仪表系统的设计，探讨了仪表系统供电方案，为其正常工作奠定了基础。

1.安全仪表系统的综述

所谓的安全仪表系统就是保证仪表安全运行的系统，主要是由逻辑运算器、传感器、执行软件以及配套的软件系统。一旦生产过程中出现报警，仪表的安全系统就会自动响应，自动执行安全保护程序，使得生产人员和装备处于安全的状态。在系统正常检测的时候，不同的参数表示不同安全程度，此时就要用安全度等级来表示，简称SIL。SIL实际上就是根据定额时间内和相同的条件下，安全仪表系统正常运行功能的概率情况，是国际上普遍采用的表征仪表系统可靠度的参数。根据国际电工委员会（IEC）的要求，将安全程度的等级分为4类，分别为SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。

石油化工仪表的安全系统就是生产工艺的保护层，如图1所示，其处在第一层中，能够有效地监测和预防危险事件的发生，因此合理的设计仪表系统就显得格外重要。

2.安全仪表系统的设计原则

当对仪表的安全系统进行设计时，必须遵循以下几条基本原则，如下所示。

（1）保证安全仪表系统的可靠性和准确性

在石油化工企业中，仪表工作环境比较复杂，不能够实现经常的更换，因此就需要设计的仪表安全系统能够长期稳定地运行。要实现这个目标，就必须全面的考虑设计情况，如硬件的选取，结构设计以及软件程序的运行等。如果系统出现错误的操作或者失去供电的情况下，都要能够保证系统的自行纠正或者自行学习，确保系统的正常运行。

（2）安全仪表系统的功能键稳定性

当对石油化工的仪表进行设计的时候，要充分考虑所处的环境以及操作人员工作的情况，掌握第一手的现场资料，对工作仪表工作状况应及时地了解，这样才能保证仪表的功能顺利实现。仪表系统功能键的稳定性不仅能够满足对实施工况的检测，而且还能实现对突发状况的预警等。

（3）安全仪表要方便维护和扩展

安全仪表的正常维护和保养可以很好地保证生产工艺的顺利进行。此功能的实现就需要对仪表的安装提出更高的要求。根据设计的简便和实用性原则，对设的仪表要能够满足简单安装、长期维护、稳定性高的特点。

3.安全仪表系统的设计

安全仪表系统是由不同的硬件组装起来的，其能够快速地实现安全仪表所要执行的功能要求。根据功能要求的不同，我们将其分为传感器类的检测元件、逻辑运算器类的处理元件以及执行的元件。

（1）传感器的设计

传感器的精确程度直接影响着系统的安全和灵敏度，因此对其进行设计有着非常重要的意义。为了不受到其他元件的干扰，采用独立设计原则和冗余设置原则，也就是第1级安全仪表传感器采用单一的，并且与DCS公用；第2级的安全仪表传感器采用冗余的，并且与DCS是分开的；第3级的安全仪表传感器采用冗余的，并且与DCS是分开的。对于逻辑结构的选择，我们可以设置为应用性能时，采用或结构；当为安全性能时，采用与结构；当两者的性能都需要保证的时候，就需要采取三取二的格式。

（2）逻辑运算器的设计

常用的逻辑运算器主要是由3种类型组成的，分别是可编程的电子系统、继电器系统以及二者的混合系统。当所选运算器为继电器系统时，整个系统的逻辑计算比较简单；当所选运算器为可编程的电子系统时，其可以很好地实现复杂功能的设计，并且与其他通信系统进行匹配。因此，很多的石油化工企业都配备了SIL3级的冗余或容错可编程控制器。此逻辑运算器常用的结构为二取一的自带诊断性能、三取二结构以及双重化的二取一等。根据上面的设计要求，逻辑运算器的容错性能可以很好的识别和排除故障，保证系统按照正确的程序执行。

4.安全仪表系统供电方案的探讨

在石油化工的供电系统中，经常采用的是交流220V、交流110V、直流24V电源供电。如果不能正确地采用供电方式，就会导致一定的安全事故，影响系统运行。根据设计的要求研究了以下3种方式的供电情况。

（1）DCS系统与PLC系统组成的双回路供电系统

分散的回路供电系统，能够保证整个监测系统的正常运行。除此之外，对关键部位的供电都要采取冗余和容错原则，分别独立的供电来源，不会发生一个出现故障而另外一个就不能工作的情况，使得系统的整体稳定性得到很大的提高。

（2）直流供电的冗余配置

为了保证供电的经济性和安全性，对其设备供应的24V直流电采用不同电源来获得，两者之间是并联形式和相互隔离的，并且加上解耦二极管。两路的电源分别来自不间断的稳压电源和市电。

（3）单相交流220V安全仪表供电方案

在石油化工企业中，所运用的监控仪表大多为分析仪表、位移仪等。对供电要求相对较低，从经济性来考虑的话，可以用市电的单相供电，降低了线路的复杂程度。在供电的时候，采取STS静态开关，其能很好地切换电源，提升了供电的可靠性。

结语

本文介绍了安全仪表系统的内容，并根据安全等级来对仪表系统进行设计。通过对仪表设计原则的阐述，明确了设计方向和重点注意的对象。根据上面介绍，对安全仪表系统的各个部件进行设计，确定了传感器的类型、逻辑结构、执行元件的安装以及其他的接口设计，最后探讨了仪表供电系统的配置方案。通过上述的分析，可以发现合理的安全仪表系统不仅能够降低系统运行的风险，而且能够为企业带来更多的经济效益。

参考文献

[1]方江天.化工企业安全仪表系统设计及应用研究[J].化工管理，2016（9）：196.

[2]张圣明.石油化工电气仪表安全供电系统探讨[J].化工管理，2016（15）：174.

[3]孙秋平.石油化工重大危险源SIS系统安全功能设计研究[D].南昌航空大学，2016.

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