石油化工安全仪表系统的设计研究

石油化工安全仪表系统的设计研究

邓东

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摘要：近年来，我国化工行业发展迅速，但是市面上所使用的传统安全仪表系统存在响应速度慢、自我诊断能力不足、可靠性差等问题，无法满足现代化石油化工安全生产需求。新型石油化工安全仪表系统设计和应用可以解决以上问题，该系统可以实时响应和保护装置可能存在的危险情况，确保相关生产装置严格按照相关标准和要求及时暂停运行，将危险程度降到最低，从而更好地保障人员、设备的安全性，避免对石油化工厂周边环境造成严重的污染和破坏。因此，为了保证石油化工生产的安全性和可靠性，强化对新型石油化工安全仪表系统的设计和实现显得尤为重要。

关键词：石油化工；安全仪表；系统设计；研究

引言

在石油化工行业不断壮大的大环境中，由于生产活动中存在着高度的安全隐患，因此，如何有效地管理和控制石化生产中的安全风险逐渐成为社会普遍关心的问题。安全仪表系统作为一种重要风险控制手段，能够有效降低各类事故发生概率，进而推动石油化工产业的稳定运行和可持续化发展。随着科技的不断进步，各种先进的传感器、控制器和通信技术得到了广泛应用，这为石油化工装置安全仪表系统的研究和应用提供了强大的技术支持，传感器的高灵敏度、高精度、多参数监测能力以及先进的控制算法的应用，使得安全仪表系统能够更加准确地识别潜在危险，降低误报率，提高系统的可靠性。

1现有石油化工安全仪表系统的特点

在SIS安全仪表系统（ESD系统）中，逻辑控制器是一个整合了电气、电子和可编程电子技术的逻辑计算处理单元。它负责完成整个系统中所有控制功能的执行。逻辑控制器不仅具备高度的可靠性和灵活性，还能适应在恶劣环境中复杂的工作状况。此设备具备对场地内各种信号的收集、分析和处理能力，从而确保控制系统运行的稳定性和安全性得到增强。此外，该系统还具备通过软件编程调整控制参数或状态的能力，以适应各种不同场景的需求，显示出极高的灵活性。随着自动化技术的不断发展，逻辑控制器也得到了广泛应用。

在SIS安全仪表系统（ESD系统）的框架内，逻辑控制器的引入为关键控制和安全防护措施的实施提供了坚实的软硬件支撑。在传统的命名体系里，可编程逻辑控制器一般被称作常规PLC，而SIS则是被正式命名为安全仪表系统（ESD系统）的逻辑控制单元，其官方名称为安全PLC，它独立于其他控制系统，又能与其他系统进行上位通讯，通讯一些状态值、报警值、联锁停车事件，方便操作人员进行分析判断，其广泛运用于医药、化工、石化、电力等多种行业。在当前社会发展水平不断提升的情况下，安全仪表系统也逐渐成为现代工业生产中重要的组成部分。从安全研究和开发的视角来看，它与传统的PLC有着明显的不同之处。

SIS系统的构成结构一般是多重冗余的，从检测元件、到控制器CPU、卡件通道、继电器等都至少是冗余的，有的SIS系统是三重、四重冗余的，当发生错误或故障时候自动无延时切换，保证系统的本质安全。

由于这一独特的结构设计和外界的干扰，逻辑控制器很容易出现误操作甚至失去控制，这可能导致严重的后续问题。SIS安全仪表系统（ESD系统）的逻辑控制器主要依赖于硬件冗余和故障容错的决策方法。这些决策方法旨在确保系统在面临故障或异常情况时能够维持高可靠性和安全性。

2石油化工自动化仪表类型及安装规定

2.1温度仪表

温度是一种非常重要的过程监测、控制及联锁参数。一般化工生产的温控区间一般在-200~1600℃，测量过程中一般采用接触式测量，常用的仪表有双金属温度计和热点阻（偶），后者通常能将温度数据直接向分布式控制系统进行输入。自动化温度仪表需要根据标准设定其安装位置，并需要将其固定在相应套管中。热电偶容易受到电磁环境的影响，在具备代表性的位置或介质温度变化敏感的部位安装时，需要同电磁环境保持一定的隔离。深入管道的温测设备，其必须要合理确定其深度和套管强度。在设备上安装时应注意避开设备内的搅拌器。

2.2压力仪表

压力仪表是用以监测生产系统压力的重要设备，而压力是化工生产中的重要控制参数，与生产安全之间有着极为密切的联系，也正是因为如此，压力仪表的安装与调试就显得尤为关键。应用在化工生产中的压力仪表，通常包括波登管压力表、电容式压力变送器、谐振式压力变送器及扩散硅压力传感器。压力仪表安装位置应考虑流体动态特性、管道振动等因素，并避免与其他设备或管道产生干扰。压力取源部件应选在被测物料流束稳定的位置，倘若压力和温度的取源部件均在同一管段时，应安装在温度取源部件的上游侧。安装前需检查压力仪表是否完好无损，并进行校验和调整。进行固定和连接时，采用合适的螺纹、密封材料等，并确保连接牢固可靠。             

3系统模块设计

3.1检测元件设计

为降低检测元件自身故障出现可能性，在设计检测元件时，要优先选用高性能、高安全性的智能化产品。在设计检测元件时，技术人员要遵循传感器冗余原则，冗余配置本文系统中的检测元件，将系统故障出现概率降到最低，保证系统安全性和可用性。目前，比较常见的冗余配置方式主要包含以下两种：（1）双重冗余配置方式。运用该配置方式，可以实现对两套完全一样检测元件的高效化配置。为提高系统运行的安全性，需要借助PLC，运用“或”逻辑运算方法，对冗余传感器信号进行运算，这说明当检测元件满足所设定的安全标准时，检测元件相关保护程序可以正常启动和执行。（2）三重冗余配置方式。运用该配置方式，可以实现对三套完全一样检测元件的统一化配置。当该检测元件完全满足相关安全等级标准时，运用该配置方式，可以成功配置检测元件，然后，运用“3取2”的逻辑运算方式，对冗余传感器信号进行运算处理，这说明当三个检测元件中任意两个元件满足相关安全标准时，该检测元件相关保护程序可以正常启动和执行。另外，为保证开关量检测元件设计质量和效率，要确保所选用的测量仪表含有海量常闭触点。

3.2执行元件设计

在设计执行元件时，为保证系统安全性，需要强化对执行元件的配置。在配置可靠度高的执行元件期间，可同时选用独立执行元件配置和冗余执行元件配置两种方式。为确保所选用的执行元件具有较高的安全性级别，需要结合IEC61508安全完整度等级，选用智能阀门、定位器、电磁阀等产品。其次，运用冗余配置方式进行执行元件配置时，通常会涉及到以下几个步骤：步骤1：将冗余电磁阀分别配置于指定的冗余阀门中。步骤2：运用串联方式，安装和部署含有切断回路的执行元件，方便后期相关人员自动切换两台不同切断阀。步骤3：采用并联方式，安装和部署含有放空回路的执行元件，完成对两台放空阀的安装和设置。通过对执行元件进行冗余配置，可以促使本文系统表现出较高的安全性和可用性，此外，还能将系统开发成本降到最低。最后，为提高执行元件运行性能，需要确保该元件内的电磁阀处于正常通电的状态。

结语

综上所述，为全面提高石油化工生产的安全标准并避免安全事故的发生，有必要对安全仪表系统进行科学的设计和升级。在石油化工设备的应用中，科学运用安全仪表系统显得尤为关键。这不仅有助于高效地识别装置内可能潜藏的风险因素，还能有效地预防设备故障，确保生产活动能够无障碍地进行，从而提升生产过程的整体安全性。同时，通过合理使用安全控制设备，可以有效提升石油化工装置运行效率和质量，降低事故发生率，从而进一步保证了整个石化企业生产经营活动有序开展。

参考文献

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