《石油化工安全仪表系统的设计与实施.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石油化工安全仪表系统的设计与实施.docx（7页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、石油化工安全仪表系统的设计与实施摘要 :以石油化工过程工业中广泛采用的安全仪表系统为对象,结合在南京扬子石化 -巴斯夫一体化石化基地 的实施及应用 ,介绍安全仪表系 统的基本概念、技术应用、调试试验和定期验证试验方法等。以安全 生命周期为主线 ,针对设计、实施、评估、运行、维护环节对安全仪表系统的安全性、可用性进行阐述。1 引 言安全仪表系统sis (safety instrumentedsystem)也称为安全联锁系统(safety in terlocksystem)紧急停车系统 esd ( emerge ncyshutdow n system), 安全关联系统(safety related
2、system),安全停车系统(safety shutdownsystem)等1°sis是由国际电工委员会(iec)标准iec 61508及iec 61511 定义的专门用于安全的控制系统 2, 3。sis在生产装置的开车、停车阶段，运行以及维护操作期间，对人员健康、 装置设备及环境提供安全保护。无论是生产装置本身出现的故障危险 , 还是人为因素导 致的危险以及一些不可抗因素引发的危险 ,sis 都应按 预先确定的程序立即做出正确反应并给出相应的逻辑信号 ,使生产装置 安全联锁或停车 ,阻止危险的发生及 扩散,使危害减少到最小 3。2 sis构成及相关标准1-2,4sis是用仪表实现安
3、全功能的系统，包括传感器、逻辑运算器和最终执行 元件及相应软件等。图1所示为典型的sis构成。2.1 传感器传感器是用于测量过程变量的单一或组合设备。 用于 sis 回路的传感器 通常需要获得权威机构的认证以符合相应的安全 sil 等级界定。2.2 逻辑运算器逻辑运算器是 sis 或过程控制系统中完成一个或多个逻辑功能的部件。 实际选型中逻辑运算器通常采用三重化冗余的可编程控制器来实现。2.3 最终执行元件 最终执行元件是 sis 的一部分 ,执行必要的动作 ,使过程达到安全状态。 原则上最终执行元件亦需要获得权威机构的认证以符合相应的 sil 等级 界定。某些大型 石化企业有自己的一套经验性
4、验证程序 ,以确定哪些最 终执行元件可应用于sis回路。sis的工程设计必须满足石油化工装置 sil要求。sil是根据危险分 析及安全评估结果得到。目前世界上广泛采用的sis相关标准如文献2-6，中国在sis相关标准为 sh3018-2003石油化工安全仪表系统设计规范 于2004年7月1日正 式实施1。南京扬子石化 -巴斯夫公司在一体化石化基地建设及运营过程中,严格按照sis相关规范进行设计、安装和调试，预投运检查，投运操作及维护, 变更及更新改造 等，安全理念贯穿整个sis生命周期。sis设计及实施同 时遵循巴斯夫公司标准 g-p-ei 201 e&i safety con
5、cept 8。3 sis的设计及选型 巴斯夫公司在工程设计中采用一套严格的安全评估程序,共分 2 步进行在第2步安全评估中，确定设置sis的必要性及相应的sil等级要求。3.1 basf风险矩阵及sil等级认定5basf 系统利用风险矩阵作为半量化风险评估工具。这种方法对可接受 风险进行最大化考虑并允许采取额外措施以减少风险。最大可接受风 险是基于公共社会认可标准。采用basf风险矩阵以确定风险等级。降低风险所需要的最低要求是按 照风险发生几率及其后果严重程度确定。表1所示为basf风险矩阵，表2所列为basf风险等级及降低风险措施。只有在sil2及sil3情况下才考虑增加安全仪表功能。sil
6、2以下等级将考 虑为检测功能并由基本过程控制系统来实现。3.2 basf系统sis通用设计要求 以下强制性要求适用于所有新增加的安全仪表功能以满足 iec 61511 的 量化要求。只有满足basf全球标准化清单（gsl）的现场设备及逻辑运算器才能用于 新增加的安全仪表功能 ;应尽可能采用已获批准的简单化标准结构并同 时满足有关的 安装维护标准 ;采用标准结构以外的任何结构都必须进 行计算以验证设计满足 sil 目标;可编程电子系统用作逻辑运算器时 ,只 有通过独立的第三方认证后才能应用于sis安全仪表功能不应由基本过程控制系统来实现 ;安全仪表功能不应被任何非sis 超控;安全仪表功能应设计
7、为故障安全型 ,安全仪表功能故障后不允许自动复位 ;可操作性、可维护性、可测试性要求应在设计安全仪表功能时统筹考虑;sis设计应考虑人类能力及限度，以方便操作员及维护员工;sis设计应同时考虑维护及开车要求 ;现场设备的精度、测量范围、分辨率及相应时间应 满足确定的安全功能要求 ;用于关断功能的阀门应带有专用电磁阀;其他附加设计要求 等。3.3 sis设计及选型basf对sis设计及选型的技术要求概括为以下几点：严格进行过程安全评 估,形成设计依据性文件；严格执行对sis位号、标识的规定及文档要求； 严格选用全球标准化清单（gsl）的现场设备及逻辑运算器；严格遵守sis 标准结构设计；采用ba
8、sf标准软件工具包；设计验证。basf通过一整套系统化的安全设计体系，确保sis设计的正确性和可实施 性。4 sis的调试试验和定期验证试验sis须在现场进行有效确认（调试试验）并定期加以验证试验。这两种试验 均需要有书面的验证程序。 basf 工厂在安装后开车前进行调试测试以 验证sis功能。开车运行后 ,必须进行定期验证试验以检测出sis 的无源故障 ,无源故障将对装置安全构成危险。当出现无源故障时,即使工艺生产进入到了危险状态,sis也 不跳闸。系统的自诊断功能无法检测出无源故障，只有进 行功能测试才能检测出来。随后的定期验证试验的间隔时间取决于降 低风险的有关要求（sil）以及sis本
9、身的设计。4.1 测试结果的文件记录调试试验的结果将记录在案 ,并在 sis 整个使用寿命期间加以保存。basf-ypc使用专用表格来记录所有有关sis的测试和维护，例如:调试试验; 周期性验证测试 ;维护检修工作。对于特殊仪表 ,例如分析仪 ,其维护、检 修必须使用特殊表格进行记录。4.2 sis的调试试验正式运行前的sis调试试验包括：根据工艺安全评估第2步中检查表的要 求，检查文件（包括调试试验步骤）的完整、一致性；检查sis的安装,sis的 安装 应符合设计文件要求 （包括现场仪表的编号 ）;功能测试 （传感器-逻 辑-执行器）;书面记录测试结果；将sis交付给装置运行部门。 调试试验
10、必须反映出 sis 各个部分的正确功能 :现场传感器检查 （包括用 于给仪表供电的电气系统，例如ups或电池等）;逻辑作用（在硬接线系统 或可编程逻辑解算器中实现 ）;dcs 和/或操作盘中的指示和报警 ;现场执 行器。5 sis的标记sis应在文件和现场实物上清楚地做出标记。应最好用z或（z）标在位号的功能描述中。个别装置的 e&i 文档系统可能会遵循不同的命名 和标记惯 例。但是，必须能容易地确定文档中sis部分,如逻辑图、回路 图，仪表系统位号列表，布置图和接线图 负荷列表（作为sis的一部分的用 电设备）。此标记可在做任何修改时提示工程师 sis设计的特殊要求。在维修工
11、作 时，可做修改的sis的具体部件如：变送器、供电元件、ai信号硬件限位 开关、逻辑控 制器（如果逻辑控制器不是为sis专用）的i/o卡件、阀驱 动器 /安全栅、电磁阀、控制阀和开 /关阀 ,也应在具体部件上清楚地标 记，最好是使用“z字。不直接属于sis的部件不需要有标记，如控制阀阀 门定位器。同时 ,电缆、接线盒和端子排也不需要标记 ,因为 sis 的这些 部件在工程设计和维修上没有特殊要 求。6 sis的检修如有必要 ,sis 中的仪表只可以由以下相同型号的仪表来替代:之前从未使用过的或已在有资质的权威校验工厂调校过的。如果sis的仪表在车间内进行了修理 ,应出具一个报告。仪表所有的检修
12、和维修记录以及调 校证书应保存在sis回路文件夹内。7 结束语sis的严格实施对于保证化工过程装置安全运行至关重要。南京扬子石 化-巴斯夫公司自 2005 年正式商业运行以来 ,所有装置都保持着极高的 稳定性和良好的 安全纪录 ,这与其严格的安全理念是分不开的。目前国内石油化工行业对工业安全问题也日益重视,相信 sis 的应用及实施会更加规范。参考文献 :1 sh/t 3018-2003,石油化工安全仪表系统设计规范 s2 iec 61508 parts 1-7:1998, functional safety ofelectrical/electronic/programmable elect
13、ronic safety-related system s3 iec 61511, functional safety: safety instrumented system forthe process industry sector s4 ansi/isa s84.01-1996, application of safety instrumentedsystem to the process industries s5 din v19250, programmable safety system s6 iec 61131, programmable controller s7 黄步余 . 现代化大型石化企业安全仪表系统设计应用 c/ 北京 : 石油、 石化、化工自动化及仪表控制技术研讨会论文集 .20078 basf, g-p-ei 201, e&i safety concept s