摘要炼化装置是炼油工业领域的关键设备，炼化装置的性能直接影响到正常的工作秩序。为了能够满足工作要求，在工作中就应该高度重视炼化装置安全仪表系统。对该系统进行科学设计有助于保证炼化装置的安全。本文将重点分析炼化装置安全仪表系统设计及改进建议，通过对这方面的分析将能够使得人们对安全仪表系统能够有更加深刻地认识。
关键词安全仪表；炼化装置；石油化工
安全仪表系统在炼化装置中起着非常重要的作用，安全仪表系统性能直接关系到炼化装置能否正常运行。安全仪表系统必须要能够保证在该动作的时候能够动作，不该动作的时候不能够产生误动作。为了实现这一目的，对于安全仪表系统就应该进行科学设计，在实际运行过程中则是要注重改进。
一、安全仪表系统设计的必要性
安全仪表系统的英文缩写是SIS，SIS被定义为一个仪表系统，是一种执行一个或是多个安全仪表的系统结构，在该结构设计分析中，可以实现安全仪表中传感器、逻辑运算器以及最终执行元件的综合运用。石油炼化过程中要经过多个环节，石油化工是典型的流程工业，在实际炼化的时候会涉及到不少易燃易爆的物料，在实际操作的时候又是在高温高压的条件下，这样就非常容易产生安全事故。在石油化工装置规模不断扩大的背景下，一旦发生事故所造成的危害也将会是非常大的。在安全仪表系统运行的过程中，其主要是在生产装置系统的开车、停车阶段，通过对扰动及维护操作时间的分析，为人们健康、设备装置以及环境安全运营提供良好的环境。在该种背景下，其生产装置会发生一定的故障危险。因此，在这种环境下需要通过对一般危险因素的分析，进行逻辑信号的指导，从而全面组织危险因素的发生，将危害问题降低到最小状态，为安全系统仪表的设计提供必要支持。正因为如此，就需要科学设计安全仪表系统。
二、安全仪表系统的设计
在安全仪表系统设计的过程中，其所运行的标准相对较多，例如，德国提出的DINV19250标准，该标准内容是一项相对较早的功能性安全改变标准，而且，在该种安全功能运行以及系统控制分析中，会将安全设备分为AK1～8等级，在该等级系统分析中，其等级越高，产品制造的难度也就越大。因此，该种标准形式已经被IEC61508所取代。对于IEC61508原则而言，主要是以何种涵盖了多种工业领域以及工程阶段的活动内容，通过对电气、电子以及可编程电子安全问题的分析，可以实现最权威安全工程活动的构建，在该种工业领域背景下，其所构建的项目活动使一种关于电气、电子、可编程的工程性项目标准，通过对相关工业质量功能的安全标准分为，可以为安全仪表系统的运行提供合理、统一以及一贯性的技术内容，并在此基础上通过工程项目安全标准的分析，完善工业行业的创新发展理念，从而为化工、石油、油气等资源的开采提供良好支持。IEC61508和IEC61511是SIS系统设计的基础。2006年和2007年等同采用IEC61508、IEC61511的中国国家标准GB/T20438-2006《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》、GB/T21109-2007《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》相继发布，中国的功能安全标准开始规范我国的功能安全工作。2013年，GB/T50770-2013《石油化工安全仪表系统设计规范》发布，通过对石油化工工厂装置或是新建产业的项目构建，可以营造良好性的安全设备系统管理体系，从而为安全项目的生产提供有效支持。同时，在SIS系统在结构优化的过程中，具有可靠性、可用性以及可维护性的设计特点，当系统本身发生故障问题时，会对工程项目的安全项目执行及保护系统的维护提供稳定支持。与此同时，在不同工程项目系统资源结构优化及项目提升的基础上，完善工程项目设计的保护管理功能。同时，在不同工业项目生产的过程中，通过对原料、产品种类及工艺的分析，进行安全指标的优化分析。安全要求通常是取决于风险等级，风险等级越高，要求也就会越高。按标准将安全等级划分为若干个安全完整性等级（SIL：SafetyIntegrityLevel）。安全完整性包括硬件安全完整性和系统安全完整性。安全完整性等级（SIL）可分为SIL1、SIL2、SIL3、SIL4四个等级，安全完整性等级越高，应执行所要求的安全功能的概率也越高，SIL4是安全完整性最高的等级（平均概率最高），SIL1是最低等级。对安全仪表系统进行科学设计是本文的重要内容。为了能够实现科学设计，在设计过程中就应该坚持科学的设计原则、坚持符合生产装置安全度要求原则。在设计过程中要根据生产装置的要求来进行安全完整性等级评估。在安全完整的项目评估工作设计中，需要进行标准项目内容的确定：第一，在安全仪表功能分析中进行完整性等级确定。第二，合理确定诊断及维护的测试要求。安全完整性等级评估方法需要通过对公益复杂程度、国家现行标准以及风险特征等因素的分析，降低风险发生的可能，从而实现对工艺可操做性、保护性以及风险性的分析，完善工程项目的测量评估管理机制。目前有些装置在设计SIS系统时，采用危险与可操作性分析法（HazardandOperabilitystudy——HAZOP）来确定装置所需的SIL等级。中国石油天然气集团公司2010年发布相关文件规定，要求工程项目必须做HAZOP分析。下面简介一下采用HAZOP确定SIL等级的步骤。第一，通过对项目准则、工艺参数以及工艺流程等系统项目的分析，可以实现对正常工作系统项目问题、生产原因以及缺乏因素的分析，保证公益项目生产经验、安全设备以及电气仪器等资源的结构优化，完善工程项目的分析流程，从而为系统标准的资源提升提供有效依据。第二，HAZOP分析流程，在该流程项目设计中，需要按照以下几种标准进行工程项目资源确定，其基本的流程如：选择研究节点→选择工艺参数→选择引导词→发现有价值的偏差→分析产生偏差的原因、后果及现有措施→评估风险→提出控制风险建议。采用HAZOP分析进行SIL等级评级，要坚持整体设计原则，在设计过程中从方案编制开始就需要把同炼化装置有关的设备全都纳入到一个整体中，在工艺流程项目设计及资源分析中，需要通过对仪表安全联锁项目资源的确立，进行资源项目等级的结构优化，从而为系统进行科学化的评级确立，对于一些SIL评级系统而言，在项目设计中，需要通过对安全联锁工程资源的优化，降低安全报警系统的整体等级，从而为报警结构资源的优化提供有效支持。要保障任何一个环节失效后，都不会导致整个系统失效。局部失效之后，整体还能够处在安全状态。设计内容主要包括以下两部分：检测传感器与执行元件设计。对检测传感器与执行元件进行科学设计非常重要。对于检测元件，必须要选择高性能高质量的产品，只有选择这些元件才能够提升安全等级。检测传感元件的性能是会直接影响到仪表系统自身的性能的。在对执行元件设计过程中，SIL2以上等级的安全仪表系统通常是采用独立或者是冗余配置的执行元件。在独立单台执行冗余元件和冗余元件两种方法都有效的时候，通常是要采用可靠度高的执行元件，这样将能够起到非常重要的作用。应该优先选择符合IEC61508安全度等级的产品。逻辑设计。应该看到安全仪表系统逻辑运算是系统的灵魂和精髓。对系统逻辑进行设计是很重要的。通常状况下，在SIS逻辑运算器系统运行的过程中，其基本的结构包括了继电器系统、可编程序电子系统、混合系统，通过对三种系统模式的构建，可以实现电子系统逻辑项目功能的结构优化，促进继电器逻辑工程项目结构的良好优化。同时，在可编程电子系统功能分析中，需要通过对DCS、MES等通信场所的确定，实现电子系统逻辑资源结构的优化，在这个功能系统设计中，需要遵循以下几点工程项目设计原则：首先，独立设置原则，在独立系统设计原则分析中，不同等级结构的设计需要满足不同的资源内涵，1级SIS逻辑运算器宜与DCS分开，2级SIS逻辑运算器应与DCS分开，3级SIS逻辑运算器必须与DCS分开。其次，冗余设置原则：其基本的原则体现在以下几个方面：第一，1级SIS可采用单一的逻辑运算器；第二，2级SIS宜采用冗余或容错逻辑运算器；第三，3级SIS应采用冗余容错逻辑运算器。在工作中应该合理使用冗余检测元件运算逻辑。通过采用这样一种方式将有助于满足所要求的可靠性和可用性。采用触发器来完成安全保护动作的触发和复位是必然要求。
三、改进建议
在实际应用过程中，由于各种因素的影响，在不同程度上存在着一些故障。对这些故障进行科学分析并改进SIS系统是非常必要的，具体的改进建议主要是：
（一）传感元件改进。对检测传感元件进行改进有助于保证系统检测精度。在实际改进过程中，关键是要对各检测传感元件实现独立设置。按照要求，1级SIS传感器能够同DCS共用，2级和3级SIS传感元件则是要同DCS分开。冗余设置是重要的原则，为了能够保证工作质量就应该按照这一原则来进行改进。对于1级传感器要用单一传感器，2级和3级SIS传感器要用冗余的传感器。按照冗余选择原则，则是要根据系统要求来选择逻辑结构。当需要保证系统安全性的时候就应该采用“或”逻辑结构；当保证系统可用性的时候则是要利用“与”逻辑结构；当安全性和可用性都需要保证的时候则是要采用“三取二”逻辑结构。
（二）执行元件联锁保护。对于执行元件要能够实现联锁保护，这样做的主要目的就是为了在系统发生相关危险的时候能够及时作出反应。其中的执行元件联锁保护装置需要在相关设备流程结构使用的基础上，实现对流量监控及系统的控制，并通过对联锁保护装置的结构优化，为系统的安全提供良好依据，并为装置结构的及时调整、系统资源优化以及项目系统的完善提供有效支持。
（三）SIS系统设计的注意事项第一，I/O模件的设计需要进行电或电磁的隔离设计，实现带诊断，带电插拔；第二，对于现场中的三取二信号资源结构而言，需要对其进行不同的信号输入；第三，在SIS关联结构设计中，需要通过对系统软件结构的设计，进行信号资源的传输及分析，保证系统项目结构构建的安全性及合理性；第四，SIS系统不能采用现场总线的通信形式；第五，SIS系统的电源需要实现冗余配置；第六，SIS系统需要关联传感器，并在整个系统结构优化调整中，实现软件系统的正常调整，为配置系统的串并联提供良好的性能支持。石油炼化装置安全仪表系统的设计对于石油化工行业而言具有非常重要的意义，能否实现科学设计将直接关系到生产流程是否安全。为了保证安全就应该坚持生产安全度原则、坚持整体设计原则来对检测执行元件和逻辑进行设计。在实际运行过程中还应该对检测传感元件和执行元件进行改进。通过改进将更有助于保证系统的安全运行。在安全仪表系统运行过程中由于各种因素的影响会出现一些故障，为了顺利解决这些故障，今后就应该进一步改进安全仪表系统。
参文文献
[1]王秋红，孙旭．石化装置安全度等级与安全仪表系统的设计[J]．石油化工自动化，2008(01)．
[2]程来斌，陈健．浅谈SIS设计中的几个问题[J].石油化工自动化，2001(03)．
财务管理论文宏观经济论文 [3]洪小红.安全仪表系统在石油炼化系统中的应用[J].中小企业管理与科技，2009(15).
作者：程滨 单位：中国石油大港石化分公司工程管理部
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