安全仪表系统在石油炼化系统中应用.doc

1、安全仪表系统在石油炼化系统中应用 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；20_6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 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

2、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，

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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态，并同时能够向操作人员发出包