安全仪表系统在石油炼化系统中的应用

安全仪表系统在石油炼化系统中的安全仪表系统在石油炼化系统中的 应用应用 0 引言引言 过去的几十年里 社会经济的不断发展使得过程工业的规 模越来越大 带来的整个系统所面临的风险也随之增加 系统 设计 实施和操作过程中任何一个小的失误 都有可能给企业 带来严重的后果 造成巨大的经济损失 更为甚者 将会给周 围的环境带来灾难性的后果 例如 1988 年北海阿尔法油田爆炸 事件 2006 发生的吉化爆炸事件等等 至今还让人们心有余悸 为了防止事故的发生 减少由此带来的损失 保证企业的高度 稳定运转 一套能够检测装置的异常动作 并对可能发生的潜 在危害作出相应动作的系统是必不可少的 安全仪表系统 sis 正是基于该目的被提出来的 1 石油炼化概念与石油炼化概念与 sis 的必要性分析的必要性分析 石油炼化一般包括如下的一些工业步骤 常压蒸馏和减压蒸 馏 原油的脱盐 脱水 催化裂化 催化重整 加氢裂化 延 迟焦化 炼厂气加工 原油一次加工和二次加工的各生产装置都有气体产出 总 称为炼厂气 就组成而言 主要有氢 甲烷 由 2 个碳原子组 成的乙烷和乙烯 由 3 个碳原子组成的丙烷和丙烯 由 4 个碳 原子组成的丁烷和丁烯等 它们的主要用途是作为生产汽油的 原料和石油化工原料以及生产氢气和氨 发展炼油厂气加工的 前提是要对炼厂气先分离后利用 炼厂气经分离作化工原料的 比重增加 如分出较纯的乙烯可作乙苯 分出较纯的丙烯可作 聚丙烯等 石油化工工业是典型的流程工业 由于多数物料易燃易爆 操作条件为高温高压 易发生安全事故 随着石油化工装置规 模的日趋大型化 设计操作指标离安全临界点越来越近 造成 发生危险的可能性也在增加 人们对安全系统的认识也在提高 这就对安全系统提出了新的要求 由于过程的复杂性 原料的 变化 最终产品的质量要求 装置规模以及设备 人身 环境 的保护等因素 适当的过程控制以及安全系统的设置尤其显得 十分必要 一套合理的 sis 系统能够有效降低整个系统的风险 能够提高系统装置的可用性 在石化等行业 sis 系统已经成为 保障企业安全可靠运行的必备方法之一 2 基于基于 sil 的应用原则的应用原则 典型的炼化装置为安全所设置的层层保护包括 工艺过程设 计 基本调节 过程报警及操作员监视 紧急报警 操作员监 视并且手动干预 安全仪表系统 sis 物理保护 爆破膜 安全 阀 工厂紧急响应 所在社区紧急响应等 由此可见 从第 2 层到第 4 层的保护都是由仪表及其控制系统来实现的 尤其仪 表系统的最后一层保护 sis 更是至关重要 目前许多装置的 设计中增加了工厂危害和可操作性研究 hazop 和仪表保护功能 研究 ipfstudy 其中包括仪表安全度等级 sil 确定 这使得仪表 安全保护系统的设计更加科学与完善 有助于避免在设计中发 生安全性能达不到要求或采取过多安全保护的现象 sil 是用来 描述安全仪表系统安全综合评价的等级 指在规定的条件及时 间内 安全系统成功实现所要求的安全功能的概率 sil 越高 安全系统实现所要求的安全功能失败的可能性就越低 sil 的划分与 hazop 危险与可操作性分析 的研究结果有着 密切的联系 hazop 的研究结果为 sis 的设置提供坚实的基础 sil 评级前应先进行 hazop 研究 它是以系统工程为基础的一 种可用于定性分析或定量评价系统化的危险性评价方法 用于 解决危险识别与安全操作两方面的问题 探明生产装置和工艺 过程中的危险及其原因 寻求必要对策 通过从工艺流程 状 态及参数 操作顺序 安全措施等方面着手 分析生产运行过 程中工艺状态参数的变动 操作控制中可能出现的偏差 以及 这些变动与偏差对系统的影响及可能导致的后果 找出出现变 动和偏差的原因 明确装置或系统内及生产过程中存在的主要 危险 危害因素 找出装置在工艺设计 设备运行 操作以及 安全措施等方面存在的不足 并针对变动与偏差的后果提出应 采取的措施 为装置的安全运行与安全隐患整改提供指导 hazop 研究对装置所有的报警和联锁都进行相应的 sil 评级 经过 sil 评级后 可以确定哪些报警需要提高等级到安全联锁 哪些安全联锁有可能降低等级到报警 哪些报警有可能被取消 sil 的确定是比较复杂的 需要由一支多方面的 专业的 熟练的技术队伍对装置的各种危险性及关键风险等进行分析计 算 最后才能确定系统应采用的 sil 3 系统的设计系统的设计 3 1 检测与执行元件设计安全仪表系统检测 执行元件作为 整个安全仪表系统的主要组成部分 为减少检测元件自身的 故障率 安全仪表系统的检测元件应选用高性能高质量的产品 特别是智能产品 安全水平认证产品 近来世界著名的自动化 公司都推出了具有安全水平认证的变送器产品 相关产品达到 了 iec61508sil1 4 安全等级并获得 tuv 认证 使得部分检测元 件产品的安全等级 可靠性 有了明确的认定 在执行元件的 设置上 sil2 以上等级的安全仪表系统宜采用独立或冗余配置 的执行元件 在独立单台执行元件和冗余元件两种方法都有效 时 采用高可靠度执行元件通常比执行元件冗余更好 执行元 件应优先选用符合 iec61508 安全度等级并取得相关认证的产品 如电磁阀 智能阀门定位器等 执行元件采用冗余配置一般有 下列两种方式 采用冗余的阀门 每套阀门配套冗余的电磁阀 对于切断回路执行设备应为串联安装的 2 台切断阀 对于放空 回路执行设备应为并联安装的 2 台放空阀 执行元件的冗余设 置提高了系统的可靠性和可用性 3 2 系统的逻辑设计与 plc 逻辑设计安全仪表系统的逻辑运 算是系统的 灵魂和精髓 一套好的安全仪表系统除了可靠合 理的硬件配置外 逻辑设计对系统性能至关重要 合理使用冗余检测元件的运算逻辑 如检测元件三重冗余 配置的 3 取 2 检测元件二重冗余配置的 2 取 1 或 2 取 2 等 逻辑形式 以满足所要求的可靠性和可用性 应采用触发器逻 辑电路完成安全保护动作的触发 复位等 减少或避免使用自 锁逻辑电路实现安全保护动作 4 系统发展趋势系统发展趋势 安全仪表系统的实现经历了从气动系统 继电器系统 固 态继电器系统到 plc 系统几个发展阶段 从新推出的安全系统 可以看出 安全仪表系统将力求具备更高的过程可用性及更低 的维护成本 作为一个系统 本身也存在出现故障的可能性 但是未来的安全仪表系统将借助自身的故障诊断系统在线监视 设备及过程状