化工安全仪表系统SIS的工程设计分析

余国胜（沾化惠邦化工有限公司，山东 滨州256812）

作为高危行业，化工生产过程中时常需要采用易燃易爆物，并且生产工艺带有高温高压等特征，容易发生安全事故。为加强化工生产过程监控管理，化工安全仪表系统SIS 得到了研发，能够为生产作业人员和设备提供安全保护。实际在系统配置时，还应做好SIS的工程设计，继而使化工生产管理需求得到满足。

1 化工安全仪表系统SIS概述

化工安全仪表系统SIS主要应用在SIS生产装置上，能够发挥仪表安全功能，为人员和设备提供安全保护。在装置开车、停车、运行和维护等操作中，系统能够对装置故障危险进行判断，并发出相应逻辑信号，从而阻止危险发生。在遭遇不可逆故障危险时，系统能够发挥自我安全保护功能，以免事故不断扩散，因此能够实现危险最小化处理[1]。从结构上来看，系统由火灾检测保护、安全联锁、紧急停车、有毒有害保护等多个系统组成。在各系统之间存在独立关系，不受过程控制系统控制。在化工生产装置正常运行的情况下，系统处于休眠状态。一旦发现安全事故，系统将立即被唤醒，并及时作出正确反映，从而为化工生产安全提供保障。

2 化工安全仪表系统SIS工程设计原则

2.1 可靠性原则

根据系统特点可知，在SIS 工程设计方面还应遵循可靠性原则，以便使系统能够可靠工作，保证化工生产安全。实际在工程设计阶段，还应认识到随着化工生产自动化发展，SIS系统所处环境中将包含各种设备。为避免系统运行受周围设备影响，还应提高系统抗干扰能力，尽量在无电磁、振动等干扰源的场所进行系统安装。考虑到系统需要发挥控制安全事故危险的作用，还应确保系统具备较强防火、防爆能力，能够在各种环境状态下可靠工作。结合信息化建设趋势，还应加强系统与智能化软件关联，提高系统自适应能力，确保系统在应对不同错误操作时能够自主调节，完成仪表装置故障点的有效查处。通过使故障在短时间内得到处理，能够使系统工作的可靠性得到体现。

2.2 稳定性原则

系统能否稳定工作，将关系到系统作用能否有效发挥。系统用于加强化工生产装置安全管理，想要稳定动作还应保证信息报警与联锁控制能够达到装置生产工艺管理标准要求。在不同化工企业中，将采用不同的生产工艺技术，系统还应与生产紧密结合在一起，才能加强关联，使系统功能发挥保持稳定、有效。使系统对生产装置状况进行实时监测，及时发现突发状况，能够加强预警功能发挥。除了考虑化工生产环境问题，还应对人员操作水平进行考量[2]。而化工生产操作具有一定的风险，因此在系统布置上还应提高安全建设水平，使系统功能得到健全。结合这一要求，在系统工程设计符合安全生产标准的同时，还应做到尽量减少线路和元器件，以便使系统能够得到稳定操作。

2.3 便捷性原则

系统工程设计还应为系统安装和应用提供便利，以便使系统能够较好满足化工生产安全管理需求。遵循便捷性原则设计系统，需要尽量简化系统结构，保证系统安装顺利，能够结合化工生产布置格局变化随时调整。从系统维护检修角度来看，需要做好相应端口和界面设计，保证日常工作得以高效开展。在化工仪表不断更新换代的背景下，还应保证新的仪表能够顺利接入系统，因此还应实现端口预留，提高系统扩展性。采取该种措施，能够避免化工企业今后因仪表更新重复进行系统设计和开发，能够使系统适应性得到增强。

3 化工安全仪表系统SIS工程设计方法

3.1 系统选型分析

结合系统工程设计原则，还应根据化工生产安全管理需求做好系统选型，保证满足相关技术标准要求。首先，系统应符合IEC 61580 SIL 或TUVAK 体系认证，并根据配套设备确定系统级别。按照相关标准要求，系统硬件、软件和仪表应当为已经商业化的正式版本，并且获得国家防爆、计量等方面的强制认证。其次，为保证系统具有较强的可用性，还应确保选择的紧急停车系统具备自诊断功能，能够完成故障自动测试和记录，以便在应对危险情况时及时启动报警。在工艺联锁控制方面，系统能够针对各信号完成维护旁路开关设置，以便使由系统测试维护引发的停车概率得到减少。为避免因误动作造成生产装置产生故障，应禁止为系统输出信号设置旁路开关。此外，系统应当与过程控制系统保持相互独立，能够实现安全保护技术独立运作。借助数据通信技术接口，系统则能相互通信。在数据连接方面，需要采取只读方式，禁止由通信接口向系统写信息。采用独立网络交换机、工程师站等构成通信网络，能够保证信号及时、可靠传输。

3.2 系统设备配置

在系统设备配置方面，重点是需要完成检测设备和执行设备的配置，以便构成可靠的安全功能回路，使系统能够稳定发挥安全保护作用。系统传感器配置应保证灵敏度和精度达到较高要求，并按照安全级别划分为多个等级，完成相应冗余设置。针对一级安全仪表，应配置单独传感器，但是能够与DCS系统共用。二级仪表应设置采用冗余技术的传感器，与DCS分离设置。三级仪表需要采用与二级仪表相同的传感器的同时，能够采用信号偏差报警结构。按照“三选二”原则，各传感器输出技术指令信号分别经过独立信号分配器，然后传递至控制器进行表决。在执行设备配置上，需要完成拥有独立路径的切断阀。具体来讲，就是在控制阀上完成经过SIL 认证的安全定位器组件，能够实现跳车动作控制。在阀门组件配置方面，同样需要重视冗余配置问题。针对一级仪表，需要完成单一阀门配置。二级仪表除了采用单独阀门，还要利用电磁阀完成冗余配置。三级仪表直接配置冗余阀门，并完成独立开关设置。电磁阀应处于定位器的位置，以免出现跳车问题。而保证各执行组件与主控系统相互分离，能够在系统发生程序紊乱时保证执行组件正常运行，使执行设备应对突发问题的能力得到提高。

3.3 逻辑优化设计

现阶段，常用逻辑运算符主要包含可编程电子系统和中继系统。如果系统逻辑运算较为简单，可以采用中继系统。如果需要实现复杂运算，需要采用可编程电子系统。考虑到化工生产安全仪表管理需要实现复杂功能，因此需要采用可编程电子系统。实际在系统逻辑布局方面，需要采用带有冗余或容错结构的可编程控制器，用于实现系统逻辑运算，保证系统能够安全、可靠发出逻辑命令。从运算器结构上来看，包含二取一带、三取一带、双重化二取一带等多种，内部包含冗余继承逻辑和变形组件[3]。一旦系统发生故障，可以先行对事故进行识别，然后将其调整为旁路状态，确保指定功能可以完成。实际在逻辑形式选择时，需要结合系统运行工况确定。值得注意的是，优化设计应保证表决器逻辑设计合理，能够与控制器相匹配。在旁路设计中，还应保证开关位置能够为后期调整和维护提供便利。适当提高冗余配置，使测试周期得到延长，并利用手动旁通阀在事故状态下关闭阀门，能够使系统可用性得到提高。

4 结语

在化工生产中，安全仪表系统SIS 将发挥重要管理作用。在实际进行工程设计时，还应保证系统运行可靠性和稳定性，并从便捷性角度加强系统设计，保证系统价值充分发挥。通过做好系统选型，并合理完成系统设备布置和逻辑优化，能够使系统有效保证仪表安全性，因此能够为推动化工企业的发展提供工程技术保障。