安全仪表系统在石油炼化系统中的应用

1、安全仪表系统在石油炼化系统中的应用 摘要:本文详细分析了安全仪表系统在现代石油炼化系统中的必要性， 对石油化工中安全仪表系统的应用原则，设计方法进行了详细描述。 给出了它的发展方向。关键词 :石油化工炼化安全仪表安全监测0 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，

2、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SIS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

3、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

4、 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SIL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 一一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

5、 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

6、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

7、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 IEC61508SIL牛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，SI

8、L2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

9、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 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