化工安全仪表系统SIS的工程设计分析

化工安全仪表系统SIS的工程设计分析
摘要：本文对化工安全仪表系统SIS工程设计进行了分析，文中先对化工安全仪
表系统进行概括性的分析，主要阐述安全仪表应用优势以及安全仪表系统工程设
计中的原则，其后详实的分析了化工安全仪表系统SIS的工程设计，主要包含工
程安全完整性等级确定、安全仪表系统设计、安全仪表系统选型和控制及监测设
备四个部分。

关键词：化工；安全仪表系统；工程设计
安全仪表系统（SIS）指的就是能够保障仪表运行的系统。

在进行工业生产时
参数异常可能会使安全事故发生，尤其是化工工业生产中，因其生产中含有大量
腐蚀性、易燃易爆的材料，更容易发生安全事故[1]。

通过安全仪表系统能够有效
改善这一问题，自动进行参数监测，发生异常情况可自动进行控制操作，进而避
免事故发生。

一、化工安全仪表系统概述
1、安全仪表系统优势
SIS是安全仪表系统的简称，也被称为安全联锁系统，在整体化工控制系统中，是警报、联锁两个部分，主要作用是根据控制系统监测情况实施调节、报警、停
机等操作，是化工工业自动化控制体系中极为关键的组成，以动态稳定控制器、
安全仪表控制器两个调节回路构成（如图1）。

安全仪表系统是以相关规范为标准，在应用达成恶劣安全性、覆盖性、诊断性的要求，可以为化工工业隐患监测
与控制提供支持。

另一方面，安全仪表系统具有较高的容错率，在系统中设置有
一定冗余度，为硬件单一故障下能够提供安全保障。

另一方面，安全仪表系统在
程序修改上较为便利，可以按照化工工业实际情况进行软件控制程序修改，从而
使系统达成可靠要求。

安全仪表系统具有良好的诊断覆盖性，需要人工进行检查、维修的点位相对较少，系统使用中自动化效果良好。

图1 仪表安全系统
2、安全仪表系统工程设计原则
在进行安全仪表系统的设计过程中，主要考量的方面有成本、可靠性、售后
服务、维护便利性等，再这样的基础上根据化工项目自动化、介质特性等进行设计。

比如某化工厂罐区中含有危险介质有氯乙烷、氨在进行安全仪表系统的设计
过程中，就要根据防爆仪表进行。

在进行安全仪表系统的设计中，主要目的是减
少安全风险问题，在对化工工厂控制中心是否需要配备安全仪表系统考量中，要
先进行安全仪表系统完整性等级评价。

评价从危险性、可操作性、效应分析、失
效模式等展开，分析得到安全仪表系统功能，也即是特定的安全联锁仪表回路，
再按照特定安全联锁仪表回路风险发生频率、风险发生后果等，进行安全仪表系
统功能的完整性等级评价。

安全完整性等级本质是指在同等操作的情况下，控制
系统、仪表设备发生安全事故失效的概率。

安全完整等级越高则代表着安全仪表系统要求越高，一般化工项目中安全等
级最高为第三级。

安全完整性等级是安全仪系统核心，等级对于整体风险程度有
直观的反映，安全仪表系统在进行评估、验收、安装、设计、维护的各个阶段都
是以安全完整性等级为基础的。

但在现阶段化工工程安全仪表设计中，相关标准
对于安全完整性等级计算并没有明确的规定，同时广泛存在设计院难以达成安全
完整性计算能力及资质的要求，因此在进行安全仪表系统的设计过程中会直接按
照经验进行，或者直接按照最高等级来执行。

若是业主需要有明确的安全完整性
等级，则多数是由第三方专业机构实施计算工作。

因此，兼顾时间成本与资金成本，最终也只有很少一部分的化工项目会进行安全完整性等级计算，这使得安全
仪表系统的设计取法设计依据，在化工工程安全仪表系统设计中要对此进行重视。

二、化工安全仪表系统SIS的工程设计
1、安全完整性等级确定
进行安全完整性等级确认一般有两类方法，分别为定量和定性。

定性分级法
一般有校正风险图、风险矩阵法、经验法等，使用过风险后果、风险分类进行风
险描述，具有一定模式性，不能明确的给出等级计算值，虽然使用简单，但对于
判定人的知识水平、实践要求较高。

定量分级法一般为安全保护层法，该方法的
应用中先将可容忍分析等级划分作为目标，该目标也一般用风险发生概率进行表示，之后运用概率计算法，该方法能够准确得到安全完整性等级值，具有良好的
一致性，但应用中往往存在数据可靠性差的问题，进而导致安全完整性等级计算
效果一般。

在进行安全完整性等级的划分过程中，并不是对整体装置作为划分单位，而是将各工艺控制回路作为划分单位，风险分析完成之后要提前进行联锁、
报警的所有回路设置，对危险发生可能性及其后果进行分析，得出回路需要多大
程度的风险降低水平，才能保证回路处于平稳状态，以此为基础选择对应安全完
整性等级值。

2、安全仪表系统设计
在进行安全仪表系统进行设计的过程中，要保证系统含有的安全功能为：进
行生产状态监控，并对生产中潜在危险因素进行判断；风险隐患发生，可自动执
行规定限制操作，从而使风险事故得到遏制；使风险事故发生带来的影响减小，
即是损失、风险、后果得到减小。

3、安全仪表系统选型
进行产品选择中，不仅要关注企业资质，同时也要关注到：系统得到TUVAK
或者是IEC61508SIL认证，最高等级达到安全完整性等级第三级别，进行级别选
择要按照控制对象的安全完整性等级要求；软件及硬件要具有测试、自诊断的能力，可以达成顺序时间记录、报警功能的要求；是与BPCS相对独立的系统，具
有独立实现安全保护的能力，同时可以进过数据通讯接口实现和BPCS通信的功能；控制器要保证冗余容错机构为双重化或三重化、四重化。

4、控制及监测设备配置
监测设备通常指传感器，控制设备通常为最终执行元件，是安全仪表系统安
全功能回路中重要的构成。

在进行配置时要达成以下条件：一般在安全仪表系统中，进行传感器以及最终执行元件的设置时要保证相对独立；传感器进行配置时
要采取冗余配置的方式，一般根据等级可以分类进行配置，一级选择可以选择为
单一传感器，二级与三级则要选择冗余传感器，冗余所设定的安全完整性仪表逻
辑要保证有信号误差报警这一项；阀门冗余也是根据安全完整性等级选取的，以
及选取可选取单一阀门，二级若是计算值允许也能选取单一阀门，但最好要保证
配套电磁阀具有冗余值，三级则要使用冗余阀门，若是计算允许可以选择冗余电
磁阀；传感器要选择变送器，避免使用开关类仪表，以此能够保证监测信号的精
密性，能够实现实时监控的效果。

结束语
随着现代工业自动化、智能化的快速发展，对于工业生产中的自动化控制系
统的设计要求也越来越高，一方面要保证整体控制系统的安全性与经济性，另一
方面也要实现控制系统的自动化与智能化要求。

安全仪表系统的建设，能够为工业自动化的发展提供基础，尤其是危险性较高化工工业生产活动。

参考文献:
[1]刘咏.石油化工仪表安装过程HSE风险分析与应对[J].石油化工安全环保技术,2018,34(05):5-14.。