化工企业安全仪表系统设计及应用

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摘要：在我国经济不断发展的背景下，化工企业的规模也在不断扩大，化工企业生产技术以及生产设备也越来越先进，生产更加智能化和一体化，在这一背景下，化工生产安全性引起了人们的高度重视，因此人们对安全仪表也提出了更高的重视。本文从安全仪表的功能安全入手，探讨安全仪表的设计原则，旨在提高化工生产的安全性。

关键词：安全仪表系统（SIS）；设计；SIL等级划分；应用

随着我国科学技术的不断发展，化工生产的智能化和自动化水平越来越高，使化工生产更加高效便捷，但是同时对化工生产的安全性也提出了更高的要求，安全仪表系统是保证化工装置生产安全的系统，在化工生产中得到了广泛的运用。

1安全仪表系统SIL划分

安全仪表系统的功能就是保证生产过程的安全性，一般采用安全完整性等级（SIL）来对安全仪表系统的安全性能进行衡量。对安全仪表系统进行安全完整性等级划分，一般可以分为SIL1、SIL2、SIL3、SIL4，其中，安全完整性等级最高的为SIL4，因此安全完整性等级为SIL4的安全仪表系统的功能越强，也就是灵敏度最高，可以检测和响应SIL1、SIL2、SIL3等级检测响应不出来的危险状况。通常情况下，化工企业的装置安全完整性等级最高的情况下为SIL3级。

2安全仪表系统设计原则

2.1测量仪表的设计原则

测量仪表是安全仪表系统中的重要组成部分，在安全仪表系统中，一般不会采用开关仪表，而是常常采用模拟量测量仪表，例如流量和压力的测量等。在测量仪表的设计中，可以按照不同的设置原则进行设计。如果是按照独立设置的原则进行设计，那么对于SIL3级的安全仪表功能，测量仪表是一个完全独立的控制，与基本的控制系统完全分开；对于SIL2级的安全仪表功能，一般会建议测量仪表和基本的控制系统分开，但是这并不是绝对要求的；而对于SIL1级的安全仪表功能，测量仪表是可以和基本的过程控制系统共用的，这是根据独立设置原则来进行设计的。如果按照测量仪表的冗余设置原则来进行设计，SIL3级和SIL2级的安全仪表功能采用冗余测量仪表，SIL1级安全仪表功能采用单一测量的仪表。

2.2最终元件设计原则

在安全仪表系统中，最终元件主要指电机、控制阀和电磁阀等。按照控制阀的冗余设置原则来进行设计，SIL3级安全仪表功能应该采用冗余控制阀，而SIL2级的安全仪表功能采用冗余控制阀效果更好，SIL1级安全仪表功能可采用单一控制阀。根据控制阀的独立设置原则，那么对于SIL3级的安全仪表功能，控制阀应该与基本的控制系统完全分开，这样才能使安全仪表系统可以更优先发挥作用；对于SIL2级的安全仪表功能，一般会建议测量仪表和基本的控制系统分开，从而达到更好的控制效果；而对于SIL1级的安全仪表功能，测量仪表与基本的过程控制系统共用，但是值得注意的是，应该保证安全仪表系统可以优先运行。

2.3逻辑控制器设计原则

逻辑控制器是安全仪表系统中主要发挥逻辑功能的零件，一般是采用可编程的电子系统进行控制的，按照逻辑控制器的独立设计原则，SIL2级和SIL3级的安全仪表功能，逻辑控制器应该与基本的控制系统完全分开，而SIL1级的安全仪表功能，逻辑控制器应该与基本的控制系统分开更好。按照逻辑控制器的冗余设置原则，SIL3级安全仪表功能应该采用冗余逻辑控制器，而SIL2级的安全仪表功能采用冗余逻辑控制器效果更好，SIL1级安全仪表功能可以采用冗余逻辑控制器。

3安全仪表系统在化工生产中的应用

某45万吨合成氨项目，工艺过程包括：天然气压缩和脱硫、一段转化、二段转化、CO高低温变换、MEDA脱碳、甲烷化、氨合成、氨冷冻。该项目各主要装置控制要求严格，自动化水平较高，采用了较多的集中显示和控制回路，并根据工艺要求设置了相应的联锁回路，对仪表的测量精度、稳定性和可靠性都有较高的要求，该装置使用和利时K系列硬件和MACS6软件组成的DCS过程控制系统，同时采用TRICON三重冗余容错技术的逻辑控制系统独立完成安全仪表功能。安全仪表系统与过程控制相互独立，但又不完全分离，SIL1等级的测量回路先经安全仪表系统（SIS）安全栅一进二出，一路信号进SIS进行逻辑判断与输出，另一路通过盘间线进入DCS进行过程监控。SIL2、SIL3等级的回路采用与过程控制系统（DCS）完全独立的三取二测量、控制回路，直接进入SIS参与逻辑判断和输出，既保证了系统的安全性，又保证了装置的建设成本控制在经济、合理区间。

4结语

在我国科学技术的推动下，我国化工企业生产智能化程度和自动化程度越来越高，安全生产问题越来越受到人们的重视，在进行安全仪表设计的时候，应该对安全仪表回路的每一个元器件都进行合理的设计，必须选择最适宜的设计原则对测量仪表、最终元件和逻辑控制器进行设计，只有这样才能保证安全仪表系统的性能。

作者:方江天 单位:西安石油大学

参考文献：

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[2]许忠仪.安全仪表系统(SIS)的SIL评估[J].化工自动化及仪表,2009,05:62~66.

[3]王利.化工工艺装置中安全仪表系统的应用[J].民营科技,2013,04:15.