石油化工安全儀表系統的功能分析與評價研究目錄TOC\o"1-3"\h\u7759摘要 11958關鍵詞 122491.引言 1221082.安全儀表系統的概念及特點 285482.1安全儀表系統的概念 2289162.2安全儀表系統的特點 2195782.3安全儀表系統的評價要點 217242.3.1穩定性 2120752.3.2科學性 3141262.3.3安全性 3180163.石油化工常見安全儀表類型 3249633.1流量儀表 3150063.2壓力儀表 4250113.3溫度儀表 4326313.4物位測量儀表 5119244.石油化工安全儀表主要功能分析 59414.1自動化系統可編輯作用 5107584.2儀表記憶功能 579974.3數據處理能力 6151695.石油化工安全儀表功能改善的建議 658675.1對傳感器的冗余進行科學設計 6196445.2對安全儀表系統進行全面設計 723135.3做好融入配置工作 7210775.4加強相應管理工作 8300886.石油化工安全儀表系統應用案例分析 8249856.1項目概況 8300406.2改造內容 10311036.3效果評估 11325027.總結 1216126參考文獻 13摘要：石油化工業對我國的經濟發展有著直接的影響。隨著中國石油化工企業的規模不斷擴建壯大，對應的各種石油化工儲罐區也在不斷增加，相應的風險隱患也在不斷增加。最近，罐區火災和爆炸造成了重大的社會后果。石油化工生產過程中存在著各種各樣的項目和風險較大的項目。想要減少此狀況，石化公司應尋求在生產流程中增強和引入不同的控制機制。為了管理與控制各方面的工作，有必要增強相應設備的合理設計，使之進一步研究，并努力優化儀表系統的設計，以增加安全性、穩定性與可靠性。石油化工安全設備功能分析與評價的基礎上，分析了安全儀表系統的概念、特點及評價要點。其次，我們研究了安全儀表系統的一般類型、功能分析和改進建議。最后，本文通過具體的工程實例說明了安全儀表系統的功能和評價，期望本研究對石油化工企業的安全行車安全起到重要的作用。關鍵詞：石油化工；安全儀表系統；功能分析1.引言在經濟飛快發展的背景下，傳統石油化工產業科技技術也獲得了提升。石油化工行業的生產方式已由傳統生產方式變化成自動化生產方式。石油化工，又稱石油化工，是我國經濟的重要分支。它是國民經濟的中心，為交通、電子、其他行業和人類生活提供廣泛的服務。石油化工行業環境復雜危險。過去，化工行業制造化工產品的傳統工具數量相對較少，操作結構相對簡單，他們的工作通常由制造工程師執行。20世紀中葉以來，科學技術飛速發展，自動化技術獲得了進步。自動化控制工具是在電力和自動化技術有效集成的技術背景下創建的。在我國目前的化工、生產、計量控制等方面，自動控制系統被廣泛使用，自動化水平越來越全面。在生產過程中，安全管理變得越來越重要，需求逐漸增加，在石化企業生產中，如何保證生產和使用的安全，是保證生產安全的關鍵。所以，要確保生產過程的安全，有必要加強安全儀表系統的應用，并對其進行深入研究，為生產安全可靠提供基本保證[1]。2.安全儀表系統的概念及特點2.1安全儀表系統的概念一般情況下，安全系統按其性能劃分為四個級別。這個防護等級是在特定的運行過程中測量整個系統的品質，而非其它的系統數據。換句話說，不同的安全級別會造成測量結果的很大差別，4、3級間的差別很大。因而，該特性可用于各種化工行業的保安設備[2]。2.2安全儀表系統的特點安全儀器的邏輯控制器是一種由電氣、電子、可編程電子等構成的邏輯操作處理器。在安全聯動系統中，邏輯控制器的出現為關鍵控制及安全保障的應用提供了有力的技術支撐。邏輯控制器最顯著的技術特點應該是：如果該系統不能有高的可靠性，而該系統可以通過冗余或其它方法來避免整個系統的失效，則會出現特定的故障狀態。安全儀表系統的邏輯控制器不同于常規PLC。必須采用預警和安全方法，以確保部件99%以上的潛在危險障礙物能夠得到測試；經第三方權威機構的認證，此裝置符合嚴格和可靠的國際功能安全標準。三大特點是穩定性、安全性和科學性。在生產經營過程中，石油化工公司必須確保系統具有這些特性，來保證生產項目的按時有效地達成。要在公司初期設立安全聯鎖系統。同樣重要的是，確保儀表系統必須在更穩定、及時和及時的基礎上進行處理，以確保儀表的進步和發展更穩定、時間和速度滿足行業標準。在系統設計開始時，考慮為每個過程的每個部分選擇特定的通信措施和各種組件，以確保每個裝置滿足特定安全裝置的規定。為保障安全裝置在事實設計時間里持續好的運轉情況，特定的工作條件對設備影響的分析足以擴展操作員的整體實力。為減少公司內部管理良好的影響，完成討論工作。影響安全聯鎖系統的原因有很多。所以周期設計中，首先需要提高石油化工行業設備的穩定性，加強管理體系的管理和維護，合理控制一切可能發生的突發事件[3]。2.3安全儀表系統的評價要點2.3.1穩定性在設計石化安全設備時，應首先考慮穩定性。在現代石油工業中，安全管理是最重要的內容。因此，在相應設備和設備的設計過程中，可以保證整個設備的穩定性，可以有效保證相應人員的安全，可以有效開展各種采油活動。這是開發設備安全系統時一定要聽從的關鍵準則。為了達到此準則，一定要具體思考系統的設計，以保障設備十足的系統安全。在生產設備測量系統的開始與結束時期，能夠在實踐與保護時期保障人體健康和穩定性以及設備的環境穩定性。對于任何可能導致故障的電源，穩定工具系統必須給出正確和適當的說明，事故可以首先防止事故發生，防止事故變得更嚴重或更廣泛，并且可以將維護成本降至最低[4]。2.3.2科學性科學性主要是指石油化工安全防護裝置的設計，根據科學原則，不應違反科學原則。您必須考慮每個系統中每個組件的連接，確保每個工作鏈接的良好工作、科學連接和有效操作，確保整個組件在高效和高效的狀態下工作并滿足設備的最新生產需求。提高安全設備市場占有量，加強有關公司是重點競爭力。2.3.3安全性安全是石油化工安全防護設計一定要達到的基本準則。設計流程一定要保障人的安全，堅守且落實以人為先的觀點。這種方法本身就是整個設計結構，更加人性化、一致性，符合現代人對本儀器系統的要求。簡言之，這三項基本原則必須符合石油化工保障措施的設計。同時，結合實際情況分析了幾種特殊情況和影響因素，確定了前進目標。有必要不斷提高相關人員的專業知識，以便在越來越多的設備故障情況下，安全設備系統能夠重新生成問題，從而重新生成其價值，并確保整個石油行業的增長和進步[5]。3.石油化工常見安全儀表類型3.1流量儀表流量計的主要功能是測量流體的流量。液體的輸入量和其它的參數都要依據試驗結果來決定。最常用的是電磁流量計和超聲流量計。圖3.1流量儀表示意圖3.2壓力儀表必須安裝壓力表，以監控壓力的變化和化學制品的產生。由于多種因素對產品的內在壓力有很大的影響，所以對產品的品質和效率有很大的影響。在實際的化工生產中，采用壓力表對生產過程中的壓力進行監測，并對壓力表進行調節。圖3.2壓力儀表示意圖3.3溫度儀表由于化學生產需要高溫，所以，采用溫度計對溫度進行嚴格的控制是十分必要的。溫度計能接收到熱量的信號，并將其反饋到實際的生產中。這樣，在化學形成過程中，周圍的溫度可以被控制。另外，溫度表也能采集和記錄在系統中。圖3.3溫度儀表示意圖3.4物位測量儀表液位測量儀用于控制化工生產原料的進口。液位測量儀器分為導波雷達、回波反射器等設備。制造商可根據實際精度要求進行選擇。在化工生產過程中，原材料的比例直接影響產品的質量。因此，為了控制原材料的水平，有必要使用水平測量儀，這不僅可以確保產品質量，還可以提高制造的安全性。圖3.4物位測量儀表表示意圖4.石油化工安全儀表主要功能分析4.1自動化系統可編輯作用當今的化學裝置一般都是采用電子控制軟件和電氣及電子設計技術來進行自動操作。新的自動控制系統的控制模塊采用了可編程的方式，使得自動化儀表的運行與控制更加靈活，同時也保證了對邏輯單元進行靈活的控制和優化。4.2儀表記憶功能記憶功能結合了自動控制系統功能和自動信息存儲技術。常規的化學生產裝置，一般都采用邏輯、定時等方法來記錄裝置的信息，但是這種方法是在記錄信息的時候進行的，所以當下一條信息記錄出現后，就會被直接覆蓋，存在著一個漏洞，所以不能對數據進行追蹤和匯總。它是一種集化工設備自動化和信息化技術于一體的微型信息槽，它可以存儲經過信息生成的任意記憶，從而避免了信息丟失，還有被修改后以防信息損失。另外如今的化工儀表能夠添加算術運算模塊，以實現裝置信息的極值計算[6]。4.3數據處理能力目前，在化學生產過程中，信息數據的處理與分析是化工設備科學調試的重要依據。現代化學儀器自動化程度高，信息處理能力強，化工設備可以對化工設備的信息進行校正，利用數據處理技術對化工設備的信息進行校正，不記錄化工生產信息。另外，儀器信息收集的準確性得到了提高[7]。5.石油化工安全儀表功能改善的建議為了提高儀表系統的功能，在涉及石油化工系統時，對已開發的設備進行保護，并對與設備運行相關的過程和行為進行深入分析。根據評估內容，詳細介紹了整個安全裝置及其安全系統的評估工作。另外，如果分析與評估流程里，確定設備系統安全性低，就是系統設計必須集中在DCS里，來智能化操控系統設計本錢。另外，故障頻發的配置來說，在制作過程中的不良應用不但可能造成極大的威脅，還會影響直接的生產訂單。因此，有必要改進安全工具系統。同時檢查某些循環功能的安全指標，確保生產安全可靠[8]。5.1對傳感器的冗余進行科學設計在儀器和系統設計中，冗余度是一個非常重要的環節。但是，不是每個傳感器都適合于冗余結構。SIL是衡量傳感器失效概率的一個重要指標。在安全系統中，若傳感器符合這一需求，則需要對各傳感器進行整合，以達到安全系統的設計要求。在不滿足SIL標準的情況下，應該在這一階段增加冗余傳感器的使用。但是，在采用冗余度傳感器時，設計人員要充分考慮其安全性，同時要把所需的功能數目、延遲時間等因素作為合理的應用邏輯架構，并充分考慮到系統的適應性。在此基礎上，還要對測試裝置的安全、可靠進行保障。所以，在實際操作中，必須正確地運用“三取二”的邏輯結構[9]。5.2對安全儀表系統進行全面設計而對石油化工防護裝置來說，SIL是與整個系統功能相關的最重要的內容，經常用各種部件來補充和實現安全設備的功能，以保證整個設備的完整性。主要部件應包括控制器、執行器、傳感器等。每個組件之間都有密切的關系。負責人要多注意這些連接，了解并了解相關的SIL內容，以確保每個組件都是最新的。例如，在檢查和分析邏輯控制時，首先將設備SIL確定為3級，以最大限度地提高整體控制效率并將控制故障率控制在0.1%以內。如果SIL為2，此時的典型故障率通常控制在1%以內，以更好地匹配整個組織的特點，在實際運行中更加合適和高效。在實際運行中，整個系統的穩定性受到邏輯控制的影響，但根據實際石油化工公司的研究，了解到很多工人特別關注邏輯控制的內容。如果整個安全相關系統的管理不安全，系統不穩定。因此，在設計系統時，負責人必須考慮多方面的問題，以確保設備符合相關標準，標準的水平可以保障了系統的平穩運轉與發展。5.3做好融入配置工作在石油化工安全儀器的設計中，存在著很多問題。所以，在系統的設計中，相關人員需要對各裝置的故障情況有一個全面的認識，并對整個系統進行并聯分析。舉例來說，當一個邏輯控制器的故障等級達到三級時，就會達到一定的系統需求。在實際的設計中，設計者還從三個層面監控實際邏輯控制器的故障率，并監控傳感器和致動器的問題。速度調節成2級，如今系統的錯誤率在2級計算與分析。在這種情況下，如果整個系統的故障率為2級，則不能按照自動安全系統的具體要求降低系統的故障率。在這種情況下，正確的開發人員需要采取正確的措施來解決問題。為了改進傳感器，一般會選擇冗余配置。經過討論上面幾點并引入冗余方法，能夠提升系統的安全級別。同一時間，設計人員能夠在配置備份期間配置執行器與螺線管。此時，為了保證安全，就需要根據這兩個特點進行科學合理的配置。全系統級別有效。將您的系統升級到符合SIL3標準，使系統更安全，滿足生產經營人員的具體要求。不同的儀器系統狀況需要不同的執行器，它們的種類和作用也不盡相同。在實際的設計中，存在著各種不同的執行器、要求和標準。現在，在這個系統中，有兩種執行機構連接在一起。這種方法可以有效地提高SIL。因此，設計過程要求設計人員根據系統的真實狀況開展討論，借此是根基選擇驅動器，并根據驅動器的功能特點創建合適的備份配置，這是提高SIL值的唯一途徑。5.4加強相應管理工作每個項目的發展都與相應的行政工作密切相關。在設計石油化工設備系統時，管理工作是一項持續的任務。由于我國石油化工工業的快速發展，人們的生產生活與石油資源的維護息息相關，對石油的需求不斷變大。在石油開采中，化學儀表系統十分關鍵，需要進行適當的研究和分析，并全面實施整個系統的保護和運行。在提供保護和風險意識方面，特定流程中存在一些挑戰，目前無法滿足人們的需求。選擇正確的計算方法可能會導致整個設備出現問題，因此在執行各種評估任務時應使用科學的方法。除了最終設計結果的呈現之外，圖紙與方案也有著相應過失，此過失的發生與管理不科學有關，非常重要。只有通過全過程的科學管理，才能提高整體工作效率。這使人們能夠快速制定相應的管理計劃，有效地保證設備整個安全系統的安全穩定，以及每個員工在生產過程中的行為。這讓每位員工都能按照相關標準工作，確保整個系統的安全穩定運行。6.石油化工安全儀表系統應用案例分析6.1項目概況在石化公司的儲運車間，對汽油組分罐進行了改造。在圖6.1中顯示了改進后的流程。在安全相關制度改革中，通過HAZOP和SIL的評價，對下一次SIF進行了評價。（1）儲罐液位監控器關閉相應儲罐進口管路的氣壓截止閥。（2）儲存容器的液位開關關閉相應輸出管路上的氣壓截止閥，同時關閉泵。圖6.1改造后的汽油組分罐流程示意安全儀器系統（SIS）的安全完整性等級（SIL）確認主要檢驗SIF（SIF）是否滿足SIL分類報告中確定安全完整性等級的確定。SIL認證包括以下幾個方面：SIS中各子系統的SIF的安全性系統失效概率（PFDavg）是由SIF分解成傳感器、邏輯控制器、執行器等子系統，再在各個子系統中加上PFDavg，并按照表1判定的結果符合各自的SIL水平。計算如下式（1）：（1）對于每一個子系統，其（2）其中，λD是元件的危險失效，它與元件類型、使用條件、診斷覆蓋率、現場管理水平有關；MOON是投票的一種形式；平均康復時間為MTTR，而β為共同因素；PTC是檢測測試的覆蓋范圍。PFDavg可采用可靠性框圖、故障樹或馬爾科夫模型進行建模計算。表6.1安全完整性等級定義：低要求模式SIL等級PFDavg目標風險降低因子（RRF）4≥10-5且<10-4>1×104且≤1×1053≥10-4且<10-3>1×103且≤1×1042≥10-3且<10-2>1×102且≤1×1031≥10-2且<10-1>10且≤1×102硬件結構約束的安全完整性由儀表類型（邏輯控制器、傳感器、最終元件）、SFF是由SFF和HFT共同確定的。在公式（3）中，SFF計算表示為：（3）表6.2，6.3分別給出了IEC61508規定的Ａ類和Ｂ類安全相關子系統的結構約束判斷標準。一般傳感器、電磁閥為Ａ類安全相關子系統；邏輯控制器為Ｂ類安全相關子系統。表6.2A類安全相關子系統的結構約束SFFHFT012<60%SIL1SIL2SIL360%-90%SIL2SIL3SIL490%-99%SIL3SIL4SIL4≥99%SIL3SIL4SIL4表6.3B類安全相關子系統的結構約束SFFHFT012<60%不允許SIL1SIL260%-90%SIL1SIL2SIL390%-99%SIL2SIL3SIL4≥99%SIL3SIL4SIL46.2改造內容根據《石油化工安全儀表系統設計規范》第4.1.3、4.1.4條的規定，《中國石油化工易燃可燃液體氣壓罐面積調整導則》：安全鎖用電磁閥。與原氣動耦合閥的入口和出口管道串聯。按照SIL分類，新的電磁閥必須符合SIL1的規定，其結構見圖6.2。新的電磁閥可以在緊急狀況下關閉安全裝置。在正常工況下，采用原電磁閥來控制閥門的更換。新的電磁閥輸出信號是從安全控制系統輸出，而原始電磁閥輸出輸出信號則是從SCADA系統輸出。當安全系統接通后，將氣動開關閥的閥重置信號發送給SCADA系統，并將其顯示出來。圖6.2電磁閥配置示意圖6.3效果評估一般石化企業大修為4年1次，這樣，傳感子系統對試驗周期TI1為48個月，對邏輯控制器子系統進行檢測，TI2為48個月，對執行器子系統進行檢測，TI3為48個月；汽油組分罐回路組件MTTR＝8h；傳感器使用壽命為10a、邏輯控制器使用壽命為15a、執行元件使用壽命為10a。汽油組分罐回路子系統各元件的失效率數據選用PHAMS平臺中相應元件對應的通用失效率數據，對比改造前與改造后的系統可靠性與可用性。表6.4PHAMS平臺驗證結果SIF回路信號SIL定級SIL驗證PFDavg誤跳車率MTTF/a是否滿足需求SIL需求RRF驗證SIL結構約束驗證RRFSIF01SIL2120SIL1SIL161.501.63×10-25.60否從以上結果可以看出，閥門的PFDavg占PFDSYS比重最高，約98.8%，是系統中最薄弱的環節。表6.5改進方案PHAMS平臺驗證結果SIF回路信號SIL定級SIL驗證PFDavg誤跳車率MTTF/a是否滿足需求SIL需求RRF驗證SIL結構約束驗證RRFSIF1001SIL2120SIL2SIL2793.501.26×10-25.23是通過以上SIL驗證分析可以看出，并不是設置冗余結構就能使SIS滿足目標SIl，為確保SIS系統的安全性和可靠性，必須對SIF環的各個子系統進行合理的設計，從而避免過多的設計；同時，在安裝、調試、運行維護中應嚴格執行IEC611511功能安全管理的相關規定，做好各個階段的功能安全評估工作。由于污油罐的安裝沒有預留接口，并且考慮到成本和施工時間控制因素，安全連鎖中包含的液位開關被外部SIL認證的測試裝置所取代。用戶重新配置的設備安全電路符合SIL2要求，減少儲罐區的危險，提高了儲罐區的安全。7.總結現代石油工業的生產技術克服了傳統生產技術的缺點。隨著信息技術的進步，自動化生產非常普遍。此外，中國使用相關技術的石化產品自動化生產也越來越先進。在工業自動化中，加強石化設備的管理十分重要。為了確保整個石化行業的發展，我們需要更