安全儀表系統（SIS）的設計與應用摘要：按照國家最新要求，對涉及“兩重點一重大”的化工企業和危化品儲存單位，無論是新建項目還是存在安全隱患需要改造的在役項目，在進入設計階段之前或初期都要進行風險和安全評估。一般都是通過有相關資質的單位做危險和可操作性分析（HAZOP）以及保護層分析（LOPA），出具正式的分析報告，以此來確定該項目的安全儀表功能（SIF）及其安全完整性等級（SIL），作為設計院進行施工圖階段的設計依據。基于此，文章對安全儀表系統（SIS）的設計與應用進行了研究，以供參考。關鍵詞：安全儀表；設計原則；應用管理1安全儀表系統的定義根據IEC61511的定義，安全儀表系統（SIS）是指實現一個或者多個SIF的儀表系統，通常由傳感器，邏輯運算器和執行元件組成。該定義可以這樣理解:將用于安全保護的現場各類檢測儀表，其信號傳輸至獨立于基本過程控制系統（BPCS）的用于過程安全的控制系統中，通過邏輯運算，使負責安全功能的執行器執行安全保護動作，最終保障整個系統的安全運行。2安全儀表系統相關概念SIF是為了防止和減少危險事件的發生，由SIS執行具有特定SIL等級的安全功能。通過現場檢測儀表、邏輯控制器、執行元件及相關軟件等，應對特定的危險狀態，保持安全狀態運行。SIF運行模式分為低要求操作模式和高要求（或連續）操作模式。舉個完整的SIF的例子：液位開關一輸入卡件（DI）一邏輯控制器一輸出卡件（DO）一繼電器一電機/開關閥，便是一個完整的SIF回路，回路中的每一個組成部分都需要滿足SIF回路的SIL等級要求。3安全儀表系統（SIS）的設計要點3.1設計原則安全儀表系統的各個組成部分都必須要滿足《石油化工安全儀表系統設計原則》，尤其是在信號報警器和聯鎖點的設置方面，在進行動作設計以及閥值量值調整方面，必須要做到符合相關生產工藝的嚴格要求。做好安全生產是大前提，在進行線路設計和各類元器件安排之后，應該盡量做到簡單。為了避免振動及灰塵和腐蝕液體的作用，信號報警和相應的安全連鎖設備應該安置在合理的場所內，同時還要避免電磁輻射影響。如果把繼電器線路應用在信號報警和安全聯鎖系統中也非常受用，當然也可采用無觸點式晶體管電路，還有DCS和PLC系統性設計信號報警的SIS。從安裝角度來說，其要求也是相當嚴格的，任何在建造和施工現場的檢出裝置和執行器，都應當滿足所在工作場合的防爆和相應的防火要求。從供電等級上來說，信號報警方面的供電要求與一般儀表供電等級相同。普遍來說，SIS系統在石油化工行業應用較多，其所遵循的規則是IEC-61508標準。從安全儀表設計角度來說，要滿足可靠性、可用性、獨立性三大原則，而且每個原則的設計都要付諸于傳感器、邏輯單元和控制單元中。可靠性主要包括工藝、結構和使用年限上的可靠性，還有工作過程、連鎖保護的可靠性。為了加強SIS的系統可用性，安全儀表系統所具備的外部硬件和裝備軟件，都應該具備自診和測試功能。針對SIS系統的可用性，可以提高系統的材料品質，采用高強度和高硬度的材料，還可以延長系統初始周期，或者采用非全局的測試方法，在可能發生事故的狀態下及時關閉閥門，對截止閥采用緊急狀態手動關閉，可以允許在線初始狀態下，安全儀表系統閥門的正常使用。這些措施安全儀表系統的可用性都可以起到很大的幫助。對于安全儀表系統來說，應該和基本過程控制系統分開，從而獨立完成相應的安全保護。3.2智能化設計未來的安全儀表的設計制造研究，會向三個方面發展，分別是功能多樣化、設計信息化發展、系統化。在工藝質量達到標準的前提下，向人工智能化發展。因為安全方面的原因，之前的設計是以保守為主。但智能化研究是未來機械設計發展的方向，利用計算機仿真和大數據系統對先驗設計進行評估研究，例如利用有限元分析，利用數據庫觀察哪類設計方案出現問題的時候最多等等。通訊接口與通訊網絡標準的統一為安全儀表控制系統與基本過程控制系統的集成帶來極大的便利，對于一些要求較低、規模較小的生產過程可以采用集成的方法來減少投資，同時減少由基本過程控制系統和安全儀表系統不同的實現方式帶來的問題。安全儀表系統同基本過程控制系統的集成目前主要有三種方式： Interfaces.Integrated和com-mon。安全儀表系統采用智能型傳感器和數字閥門定位器，傳感器、數字閥門同邏輯控制器之間采用數字通訊。智能型終端設備不僅可以檢測過程變量、接受控制信號，同時還可以提供包括關于設備自身、相關設備甚至周圍過程的信息，供邏輯控制器的安全決策使用。數字通訊網絡使信息可以進行雙向流動，在傳遞控制信號的同時，也可以傳遞邏輯控制器對終端設備的組態或標定數據。智能型的邏輯控制器能夠對現場設備的數據進行備份、歸檔和分析，也可以對設備和診斷數據進行分析，以鑒別出現的問題，并提供一些更正建議。自診斷系統也是未來儀表研發需要著重攻堅的方向。4加強化工安全儀表系統(SIS)的應用管理4.1加強化工SIS管理的基礎工作加強安全儀表系統管理人才的培養，加快SIS系統功能安全的相關技術。不管是化工設計，還是危險化學品生產或者儲存單位，都要求要組織相關負責人及技術人員進行專業的培訓，開展相應的功能安全知識和有關標準規范的培訓指導。加快制定SIS技術的標準體系，進一步完善化HSIS技術的標準和認證體系。而如何規劃好我國SIS標準體系，這需要有關單位和部門，去制定關于加強SIS管理的工作計劃，組織并制定符合企業安全發展的標準應用指南，從而推進能夠符合我國國情的安全認證體制機制。4.2進一步加強SIS使用周期的管理在對SIS進行設計之前，首先，要明確安全儀表系統過程中的安全要求，設計的意圖以及相應的依據；其次，要嚴格SIS系統的安裝調試和聯合確認，從而規范SIS的設計；最后，加強化工企業安全儀表系統的操作和維護管理，逐漸完善SIS的管理制度和加強內部規范。化工企業需要制定和完善SIS相關管理制度，企業內部技術需要規范，將功能安全管理融合到企業安全管理體系當中去，以此來不斷提高化工安全儀表的管理水平。4.3加強其他相關儀表保護措施管理加強過程報警系統中的報警管理，制定相關制度，并要求嚴格去執行。加深基本過程控制系統的管理工作，使其能安全并完整地控制回路，在這過程中，工作人員可以參照SIS的功能來進行管理和檢驗測試，還能夠保證自動控制回路的使用率和投用率。嚴格根據標準來進行儀表的設計和實施，建立防止有毒有害，以及可燃氣體危害人員的檢測保護系統，從而確保SIS功能的可靠性，這就要求系統必須獨立與基本過程控制系統之外。4.4積極推進在役SIS評估工作在涉及到關于“兩重點一重大”在役生產裝置或者設施的化工企業，以及危險化學品儲存的單位中，需要全面開展過程裝置系統中對應的危險的分析(如危險與可操作性分析)，并通過其風險分析來確定SIS存在哪些風險，以及怎樣來降低風險，盡快判斷現有SIS功能能否滿足風險降低要求。而企業需要在評估的基礎上，制定出SIS系統管理的具體方案以及制定好定期檢驗測試計劃。結語綜上所述，整個安全儀表系統在設計時遵循了可靠性原則、可用性原則、獨立性原則、標準認證原則和故障安全原則。通過本次改造，解決了企業多年一直存在的安全隱患和問題；新設的安全儀表系統更加安全、可靠、開放，運行穩定，為企業職工的人身安全和裝置長周期安全穩定運行保駕護航。1.匡蕾，等.基于危險工藝裝置設置安全聯鎖系統的研究[J].中國安全科學學報，2009，(7).2