化工企業安全儀表系統設計及應用論文
摘要:在我國經濟不斷髮展的背景下,化工企業的規模也在不斷擴大,化工企業生產技術以及生產設備也越來越先進,生產更加智能化和一體化,在這一背景下,化工生產安全性引起了人們的高度重視,因此人們對安全儀表也提出了更高的重視。本文從安全儀表的功能安全入手,探討安全儀表的設計原則,旨在提高化工生產的安全性。
關鍵詞:安全儀表系統(SIS);設計;SIL等級劃分;應用
隨着我國科學技術的不斷髮展,化工生產的智能化和自動化水平越來越高,使化工生產更加高效便捷,但是同時對化工生產的安全性也提出了更高的要求,安全儀表系統是保證化工裝置生產安全的系統,在化工生產中得到了廣泛的運用。
1安全儀表系統SIL劃分
安全儀表系統的功能就是保證生產過程的安全性,一般採用安全完整性等級(SIL)來對安全儀表系統的安全性能進行衡量。對安全儀表系統進行安全完整性等級劃分,一般可以分爲SIL1、SIL2、SIL3、SIL4,其中,安全完整性等級最高的爲SIL4,因此安全完整性等級爲SIL4的安全儀表系統的功能越強,也就是靈敏度最高,可以檢測和響應SIL1、SIL2、SIL3等級檢測響應不出來的危險狀況。通常情況下,化工企業的裝置安全完整性等級最高的情況下爲SIL3級。
2安全儀表系統設計原則
2.1測量儀表的設計原則
測量儀表是安全儀表系統中的重要組成部分,在安全儀表系統中,一般不會採用開關儀表,而是常常採用模擬量測量儀表,例如流量和壓力的測量等。在測量儀表的設計中,可以按照不同的設置原則進行設計。如果是按照獨立設置的原則進行設計,那麼對於SIL3級的安全儀表功能,測量儀表是一個完全獨立的控制,與基本的控制系統完全分開;對於SIL2級的安全儀表功能,一般會建議測量儀表和基本的控制系統分開,但是這並不是絕對要求的;而對於SIL1級的安全儀表功能,測量儀表是可以和基本的過程控制系統共用的,這是根據獨立設置原則來進行設計的.。如果按照測量儀表的冗餘設置原則來進行設計,SIL3級和SIL2級的安全儀表功能採用冗餘測量儀表,SIL1級安全儀表功能採用單一測量的儀表。
2.2最終元件設計原則
在安全儀表系統中,最終元件主要指電機、控制閥和電磁閥等。按照控制閥的冗餘設置原則來進行設計,SIL3級安全儀表功能應該採用冗餘控制閥,而SIL2級的安全儀表功能採用冗餘控制閥效果更好,SIL1級安全儀表功能可採用單一控制閥。根據控制閥的獨立設置原則,那麼對於SIL3級的安全儀表功能,控制閥應該與基本的控制系統完全分開,這樣才能使安全儀表系統可以更優先發揮作用;對於SIL2級的安全儀表功能,一般會建議測量儀表和基本的控制系統分開,從而達到更好的控制效果;而對於SIL1級的安全儀表功能,測量儀表與基本的過程控制系統共用,但是值得注意的是,應該保證安全儀表系統可以優先運行。
2.3邏輯控制器設計原則
邏輯控制器是安全儀表系統中主要發揮邏輯功能的零件,一般是採用可編程的電子系統進行控制的,按照邏輯控制器的獨立設計原則,SIL2級和SIL3級的安全儀表功能,邏輯控制器應該與基本的控制系統完全分開,而SIL1級的安全儀表功能,邏輯控制器應該與基本的控制系統分開更好。按照邏輯控制器的冗餘設置原則,SIL3級安全儀表功能應該採用冗餘邏輯控制器,而SIL2級的安全儀表功能採用冗餘邏輯控制器效果更好,SIL1級安全儀表功能可以採用冗餘邏輯控制器。
3安全儀表系統在化工生產中的應用
某45萬噸合成氨項目,工藝過程包括:天然氣壓縮和脫硫、一段轉化、二段轉化、CO高低溫變換、MEDA脫碳、甲烷化、氨合成、氨冷凍。該項目各主要裝置控制要求嚴格,自動化水平較高,採用了較多的集中顯示和控制迴路,並根據工藝要求設置了相應的聯鎖迴路,對儀表的測量精度、穩定性和可靠性都有較高的要求,該裝置使用和利時K系列硬件和MACS6軟件組成的DCS過程控制系統,同時採用TRICON三重冗餘容錯技術的邏輯控制系統獨立完成安全儀表功能。安全儀表系統與過程控制相互獨立,但又不完全分離,SIL1等級的測量回路先經安全儀表系統(SIS)安全柵一進二出,一路信號進SIS進行邏輯判斷與輸出,另一路通過盤間線進入DCS進行過程監控。SIL2、SIL3等級的迴路採用與過程控制系統(DCS)完全獨立的三取二測量、控制迴路,直接進入SIS參與邏輯判斷和輸出,既保證了系統的安全性,又保證了裝置的建設成本控制在經濟、合理區間。
4結語
在我國科學技術的推動下,我國化工企業生產智能化程度和自動化程度越來越高,安全生產問題越來越受到人們的重視,在進行安全儀表設計的時候,應該對安全儀表迴路的每一個元器件都進行合理的設計,必須選擇最適宜的設計原則對測量儀表、最終元件和邏輯控制器進行設計,只有這樣才能保證安全儀表系統的性能。
參考文獻:
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