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浅析石油化工安全仪表系统的设计要点

作者:颜廷新 来源:科学与财富 202020期 时间:2020-11-19

摘要:随着技术的不断进步,石化设备正逐步向智能化、集成化方向发展。新技术、新仪器的应用,不仅保证了生产的稳定性和安全性,而且大大提高了生产的效率和精度。由于化工企业...

  摘要:随着技术的不断进步,石化设备正逐步向智能化、集成化方向发展。新技术、新仪器的应用,不仅保证了生产的稳定性和安全性,而且大大提高了生产的效率和精度。由于化工企业生产过程复杂,内部气体易燃易爆,如果不对生产过程进行有效控制,会造成严重后果,因此有必要对这些设备进行精确控制。本文针对石油化工仪表系统的内容和设计原则,研究了仪表系统的设计,讨论了仪表系统的供电方案,为仪表系统的正常工作奠定了基础。

  关键词:石油化工;安全仪表;系统;设计

  0前言

  随着经济的不断发展,石化企业的规模和生产设备的自动化程度不断扩大和更新。同时,石油化工行业的安全问题已经暴露出来,由于化工企业的危害更大,这需要引起人们的重视。有鉴于此,结合石油化工生产现状,详细介绍了安全仪表的内容,阐述了仪表系统的设计原理。在此基础上,完成了安全仪表系统的设计。最后讨论了仪器的供电方案,以保证仪器系统的正常运行。

  1.????? 安全仪表系统的综述

  所谓的安全仪表系统就是保证仪表安全运行的系统,主要是由逻辑运算器、传感器、执行软件以及配套的软件系统。一旦生产过程中出现报警,仪表的安全系统就会自动响应,自动执行安全保护程序,使得生产人员和装备处于安全的状态。在系统正常检测的时候,不同的参数表示不同安全程度,此时就要用安全度等级来表示,简称 SIL。SIL 实际上就是根据定额时间内和相同的条件下,安全仪表系统正常运行功能的概率情况,是国际上普遍采用的表征仪表系统可靠度的参数。

  2.????? 安全仪表系统的设计原则

  当对仪表的安全系统进行设计时,必须遵循以下几条基本原则,如下所示。

  (1)?????? 保证安全仪表系统的可靠性和准确性

  在石油化工企业中,仪表工作环境比较复杂,不能够实现经常的更换,因此就需要设计的仪表安全系统能够长期稳定地运行。要实现这个目标,就必须全面的考虑设计情况,如硬件的选取,结构设计以及软件程序的运行等。如果系统出现错误的操作或者失去供电的情况下,都要能够保证系统的自行纠正或者自行学习,确保系统的正常运行。

  (2)?????? 安全仪表系统的功能键稳定性

  当对石油化工的仪表进行设计的时候,要充分考虑所处的环境以及操作人员工作的情况,掌握第一手的现场资料,对工作仪表工作状况应及时地了解,这样才能保证仪表的功能顺利实现。仪表系统功能键的稳定性不仅能够满足对实施工况的检测,而且还能实现对突发状况的预警等。

  (3)?????? 安全仪表要方便维护和扩展

  安全仪表的正常维护和保养可以很好地保证生产工艺的顺利进行。此功能的实现就需要对仪表的安装提出更高的要求。根据设计的简便和实用性原则,对设的仪表要能够满足简单安装、长期维护、稳定性高的特点。

  3.????? 安全仪表系统的设计

  安全仪表系统是由不同的硬件组装起来的,其能够快速地实现安全仪表所要执行的功能要求。根据功能要求的不同,我们将其分为传感器类的检测元件、逻辑运算器类的处理元件以及执行的元件。

  (1)?????? 传感器的设计

  传感器的精确程度直接影响着系统的安全和灵敏度,因此对其进行设计有着非常重要的意义。为了不受到其他元件的干扰,采用独立设计原则和冗余设置原则,也就是第1级安全仪表传感器采用单一的,并且与DCS 公用;第2级的安全仪表传感器采用冗余的,并且与 DCS 是分开的;第3级的安全仪表传感器采用冗余的,并且与 DCS 是分开的。对于逻辑结构的选择,我们可以设置为应用性能时,采用或结构;当为安全性能时,采用与结构;当两者的性能都需要保证的时候,就需要采取三取二的格式。

  (2)?????? 逻辑运算器的设计

  常用的逻辑运算器主要是由3种类型组成的,分别是可编程的电子系统、继电器系统以及二者的混合系统。当所选运算器为继电器系统时,整个系统的逻辑计算比较简单;当所选运算器为可编程的电子系统时,其可以很好地实现复杂功能的设计,并且与其他通信系统进行匹配。因此,很多的石油化工企业都配备了 SIL3级的冗余或容错可编程控制器。此逻辑运算器常用的结构为二取一的自带诊断性能、三取二结构以及双重化的二取一等。根据上面的设计要求,逻辑运算器的容错性能可以很好的识别和排除故障,保证系统按照正确的程序执行。

  4.????? 安全仪表系统供电方案的探讨

  在石油化工的供电系统中,经常采用的是交流220V、交流110V、直流24V 电源供电。如果不能正确地采用供电方式,就会导致一定的安全事故,影响系统运行。根据设计的要求研究了以下3种方式的供电情况。

  (1)?????? DCS 系统与PLC 系统组成的双回路供电系统

  分散的回路供电系统,能够保证整个监测系统的正常运行。除此之外,对关键部位的供电都要采取冗余和容错原则,分别独立的供电来源,不会发生一个出现故障而另外一个就不能工作的情况,使得系统的整体稳定性得到很大的提高。

  (2)?????? 直流供电的冗余配置

  为了保证供电的经济性和安全性,对其设备供应的24V 直流电采用不同电源来获得,两者之间是并联形式和相互隔离的,并且加上解耦二极管。两路的电源分别来自不间断的稳压电源和市电。

  (3)?????? 单相交流220V 安全仪表供电方案

  在石油化工企业中,所运用的监控仪表大多为分析仪表、位移仪等。对供电要求相对较低,从经济性来考虑的话,可以用市电的单相供电,降低了线路的复杂程度。在供电的时候,采取 STS 静态开关,其能很好地切换电源,提升了供电的可靠性。

  5.????? 结语

  本文介绍了安全仪表系统的内容,并根据安全等级来对仪表系统进行设计。通过对仪表设计原则的阐述,明确了设计方向和重点注意的对象。根据上面介绍,对安全仪表系统的各个部件进行设计,确定了传感器的类型、逻辑结构、执行元件的安装以及其他的接口設计,最后探讨了仪表供电系统的配置方案。通过上述的分析,可以发现合理的安全仪表系统不仅能够降低系统运行的风险,而且能够为企业带来更多的经济效益。

  参考文献:

  [1]??? 方江天.化工企业安全仪表系统设计及应用研究[J].化工管理,2016(9):196.

  [2]??? 张圣明.石油化工电气仪表安全供电系统探讨[J].化工管理,2016(15):174.

  [3]??? 孙秋平.石油化工重大危险源 SIS 系统安全功能设计研究[D].南昌航空大学,2016.

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