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安全儀表系統(tǒng)的實(shí)施及應(yīng)用

文檔作者：王紅望文檔來源：北京美盛沃利工程技術(shù)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月11日
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儀器儀表與應(yīng)用 石 油 化 工 自 動(dòng) 化，2009，1：72
A UT()M AT10N IN PETRO—CHEM ICAI INDUSTRY
安全儀表系統(tǒng)的實(shí)施及應(yīng)用
王紅望
(jE京美盛沃利工程技術(shù)有限公司南京分公司，南京 210029)
摘要：以石油化工過程工業(yè)中廣泛采用的安全儀表系統(tǒng)為對(duì)象，結(jié)合在南京揚(yáng)子石化一巴斯夫一體化石化基地的實(shí)施及
應(yīng)用，介紹安全儀表系統(tǒng)的基本概念、技術(shù)應(yīng)用、調(diào)試試驗(yàn)和定期驗(yàn)證試驗(yàn)方法等。以安全生命周期為主線，針對(duì)設(shè)計(jì)、實(shí)施、評(píng)
估、運(yùn)行、維護(hù)環(huán)節(jié)對(duì)安全儀表系統(tǒng)的安全性、可用性進(jìn)行闡述。
關(guān)鍵詞：安全儀表系統(tǒng)；安全度等級(jí)；安全評(píng)估；標(biāo)準(zhǔn)
中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1007—7324(2009)O1一O0—0072—03
1 引 言
安全儀表系統(tǒng)SIS(Safety Instrumented
System)也稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)(Safety Interlock
System)，緊急停車系統(tǒng)ESD (Emergency
Shutdown System)，安全關(guān)聯(lián)系統(tǒng)(Safety Related
System)，安全停車系統(tǒng)(Safety Shutdown
System)等u 。SIS是由國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)
準(zhǔn)IEC 61508及IEC 61511定義的專門用于安全
的控制系統(tǒng) 。
SIS在生產(chǎn)裝置的開車、停車階段，運(yùn)行以及
維護(hù)操作期間，對(duì)人員健康、裝置設(shè)備及環(huán)境提供
安全保護(hù)。無論是生產(chǎn)裝置本身出現(xiàn)的故障危險(xiǎn)，
還是人為因素導(dǎo)致的危險(xiǎn)以及一些不可抗因素引
發(fā)的危險(xiǎn)，SIS都應(yīng)按預(yù)先確定的程序立即做出正
確反應(yīng)并給出相應(yīng)的邏輯信號(hào)，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)
鎖或停車，阻止危險(xiǎn)的發(fā)生及擴(kuò)散，使危害減少到
最小 ]。
2 SIS構(gòu)成及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) “
SIS是用儀表實(shí)現(xiàn)安全功能的系統(tǒng)，包括傳感
器、邏輯運(yùn)算器和最終執(zhí)行元件及相應(yīng)軟件等。
圖1所示為典型的SIS構(gòu)成。
附屬系統(tǒng)(供電／供氣等)
圖1 典型的SIS構(gòu)成
2．1 傳感器
傳感器是用于測(cè)量過程變量的單一或組合設(shè)
備。用于SIS回路的傳感器通常需要獲得權(quán)威機(jī)
構(gòu)的認(rèn)證以符合相應(yīng)的安全SIL等級(jí)界定。
2．2 邏輯運(yùn)算器
邏輯運(yùn)算器是SIS或過程控制系統(tǒng)中完成一
個(gè)或多個(gè)邏輯功能的部件。實(shí)際選型中邏輯運(yùn)算
器通常采用三重化冗余的可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。
2．3 最終執(zhí)行元件
最終執(zhí)行元件是SIS的一部分，執(zhí)行必要的
動(dòng)作，使過程達(dá)到安全狀態(tài)。原則上最終執(zhí)行元
件亦需要獲得權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證以符合相應(yīng)的SIL
等級(jí)界定。某些大型石化企業(yè)有自己的一套經(jīng)
驗(yàn)性驗(yàn)證程序，以確定哪些最終執(zhí)行元件可應(yīng)用
于SIS回路。SIS的工程設(shè)計(jì)必須滿足石油化工
裝置SIL要求。SIL是根據(jù)危險(xiǎn)分析及安全評(píng)估
結(jié)果得到。
目前世界上廣泛采用的SIS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如文獻(xiàn)
[2—6]，中國(guó)在SIS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為SH3018—2003(石
油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》于2004年7月1
日正式實(shí)施 。
南京揚(yáng)子石化一巴斯夫公司在一體化石化基地
建設(shè)及運(yùn)營(yíng)過程中，嚴(yán)格按照SIS相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)
計(jì)、安裝和調(diào)試，預(yù)投運(yùn)檢查，投運(yùn)操作及維護(hù)，變
更及更新改造等，安全理念貫穿整個(gè)SIS生命周
期。SIS設(shè)計(jì)及實(shí)施同時(shí)遵循巴斯夫公司標(biāo)準(zhǔn)
G—P—EI 201((E&amp;amp;I Safety Concept} 。
3 SIS的設(shè)計(jì)及選型
巴斯夫公司在工程設(shè)計(jì)中采用一套嚴(yán)格的
收稿日期：2008—08—15(修改稿)。
作者簡(jiǎn)介：王紅望(1967一)，男，河南鄭州人，1990年畢業(yè)于
天津大學(xué)自動(dòng)化系工業(yè)自動(dòng)化儀表專業(yè)，2002年獲新加坡南洋理
工大學(xué)計(jì)算機(jī)控制及自動(dòng)化碩士學(xué)位，曾就職于揚(yáng)子石化一巴斯
夫有限責(zé)任公司工程規(guī)劃發(fā)展部，任電儀設(shè)計(jì)及文檔標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)理，現(xiàn)
就職于北京美盛沃利工程技術(shù)有限公司南京分公司。
第1期 王紅望．安全儀表系統(tǒng)的實(shí)施及應(yīng)用
安全評(píng)估程序，共分2步進(jìn)行。在第2步安全
評(píng)估中，確定設(shè)置SIS的必要性及相應(yīng)的SIL等
級(jí)要求。
3．1 BASF風(fēng)險(xiǎn)矩陣及SIL等級(jí)認(rèn)定
BASF系統(tǒng)利用風(fēng)險(xiǎn)矩陣作為半量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)
估工具。這種方法對(duì)可接受風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行最大化考慮
并允許采取額外措施以減少風(fēng)險(xiǎn)。最大可接受風(fēng)
險(xiǎn)是基于公共社會(huì)認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)。
采用BASF風(fēng)險(xiǎn)矩陣以確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。降低
風(fēng)險(xiǎn)所需要的最低要求是按照風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生幾率及其
后果嚴(yán)重程度確定。表1所示為BASF風(fēng)險(xiǎn)矩陣，
表2所列為BASF風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及降低風(fēng)險(xiǎn)措施。
表1 BASF風(fēng)險(xiǎn)矩陣
注：P?！?— 發(fā)生數(shù)次(每年一次或更頻繁)；P —— 發(fā)生一次(大約
每10a發(fā)生一次)；P2——幾乎發(fā)生，接近沒有(大約每100a
發(fā)生一次)；P —— 從沒發(fā)生，但不確定不發(fā)生(大約每1 000a
發(fā)生一次)；P4—— 沒理由發(fā)生(小于每10 000a發(fā)生一次)；S0
現(xiàn)場(chǎng)— —1人或多人死亡潛在危險(xiǎn)；S 現(xiàn)場(chǎng)—— 1人或多人
嚴(yán)重傷害潛在危險(xiǎn)；S 現(xiàn)場(chǎng)—— 1人或多人誤工傷害潛在危
險(xiǎn)；S?，F(xiàn)場(chǎng)—— 1人或多人輕微傷害潛在危險(xiǎn)
表2 BASF風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及降低風(fēng)險(xiǎn)措施
風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) 風(fēng)險(xiǎn)程度 降低風(fēng)險(xiǎn)措施
只有在SIL2及SIL3情況下才考慮增加安全
儀表功能。SIL2以下等級(jí)將考慮為檢測(cè)功能并由
基本過程控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
3．2 BASF系統(tǒng)SIS通用設(shè)計(jì)要求
以下強(qiáng)制性要求適用于所有新增加的安全儀
表功能以滿足IEC 61511的量化要求。
只有滿足BASF全球標(biāo)準(zhǔn)化清單(GSL)的現(xiàn)
場(chǎng)設(shè)備及邏輯運(yùn)算器才能用于新增加的安全儀表
功能；應(yīng)盡可能采用已獲批準(zhǔn)的簡(jiǎn)單化標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)并
同時(shí)滿足有關(guān)的安裝維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)；采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)以外
的任何結(jié)構(gòu)都必須進(jìn)行計(jì)算以驗(yàn)證設(shè)計(jì)滿足SIL
目標(biāo)；可編程電子系統(tǒng)用作邏輯運(yùn)算器時(shí)，只有通
過獨(dú)立的第三方認(rèn)證后才能應(yīng)用于SIS；安全儀表
功能不應(yīng)由基本過程控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)；安全儀表功
能不應(yīng)被任何非SIS超控；安全儀表功能應(yīng)設(shè)計(jì)為
故障安全型，安全儀表功能故障后不允許自動(dòng)復(fù)
位；可操作性、可維護(hù)性、可測(cè)試性要求應(yīng)在設(shè)計(jì)安
全儀表功能時(shí)統(tǒng)籌考慮；SIS設(shè)計(jì)應(yīng)考慮人類能力
及限度，以方便操作員及維護(hù)員工；SIS設(shè)計(jì)應(yīng)同
時(shí)考慮維護(hù)及開車要求；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的精度、測(cè)量范
圍、分辨率及相應(yīng)時(shí)間應(yīng)滿足確定的安全功能要
求；用于關(guān)斷功能的閥門應(yīng)帶有專用電磁閥；其他
附加設(shè)計(jì)要求等。
3．3 SIS設(shè)計(jì)及選型
BASF對(duì)SIS設(shè)計(jì)及選型的技術(shù)要求概括為
以下幾點(diǎn)：嚴(yán)格進(jìn)行過程安全評(píng)估，形成設(shè)計(jì)依據(jù)
性文件；嚴(yán)格執(zhí)行對(duì)SIS位號(hào)、標(biāo)識(shí)的規(guī)定及文檔
要求；嚴(yán)格選用全球標(biāo)準(zhǔn)化清單(GSL)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備
及邏輯運(yùn)算器；嚴(yán)格遵守SIS標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；采用
BASF標(biāo)準(zhǔn)軟件工具包；設(shè)計(jì)驗(yàn)證。
BASF通過一整套系統(tǒng)化的安全設(shè)計(jì)體系，確
保SIS設(shè)計(jì)的正確性和可實(shí)施性。
4 SIS的調(diào)試試驗(yàn)和定期驗(yàn)證試驗(yàn)
SIS須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效確認(rèn)(調(diào)試試驗(yàn))并定
期加以驗(yàn)證試驗(yàn)。這兩種試驗(yàn)均需要有書面的驗(yàn)
證程序。BASF工廠在安裝后開車前進(jìn)行調(diào)試測(cè)
試以驗(yàn)證SIS功能。
開車運(yùn)行后，必須進(jìn)行定期驗(yàn)證試驗(yàn)以檢測(cè)出
SIS的無源故障，無源故障將對(duì)裝置安全構(gòu)成危
險(xiǎn)。當(dāng)出現(xiàn)無源故障時(shí)，即使工藝生產(chǎn)進(jìn)入到了危
險(xiǎn)狀態(tài)，SIS也不跳閘。系統(tǒng)的自診斷功能無法檢
測(cè)出無源故障，只有進(jìn)行功能測(cè)試才能檢測(cè)出來。
隨后的定期驗(yàn)證試驗(yàn)的間隔時(shí)間取決于降低風(fēng)險(xiǎn)
的有關(guān)要求(SIL)以及SIS本身的設(shè)計(jì)。
4．1 測(cè)試結(jié)果的文件記錄
調(diào)試試驗(yàn)的結(jié)果將記錄在案，并在SIS整個(gè)使
用壽命期間加以保存。BASF—YPC使用專用表
格來記錄所有有關(guān)SIS的測(cè)試和維護(hù)，例如：調(diào)試
石油化工自動(dòng)化
試驗(yàn)；周期性驗(yàn)證測(cè)試；維護(hù)檢修工作。對(duì)于特殊
儀表，例如分析儀，其維護(hù)、檢修必須使用特殊表格
進(jìn)行記錄。
4．2 SIS的調(diào)試試驗(yàn)
正式運(yùn)行前的SIS調(diào)試試驗(yàn)包括：根據(jù)工藝
安全評(píng)估第2步中檢查表的要求，檢查文件(包括
調(diào)試試驗(yàn)步驟)的完整、一致性；檢查SIS的安裝，
SIS的安裝應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件要求(包括現(xiàn)場(chǎng)儀表的
編號(hào))；功能測(cè)試(傳感器一邏輯一執(zhí)行器)；書面記
錄測(cè)試結(jié)果；將SIS交付給裝置運(yùn)行部門。
調(diào)試試驗(yàn)必須反映出SIS各個(gè)部分的正確功
能：現(xiàn)場(chǎng)傳感器檢查(包括用于給儀表供電的電氣
系統(tǒng)，例如UPS或電池等)；邏輯作用(在硬接線系
統(tǒng)或可編程邏輯解算器中實(shí)現(xiàn))；DCS和／或操作
盤中的指示和報(bào)警；現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器。
5 SIS的標(biāo)記
SIS應(yīng)在文件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物上清楚地做出標(biāo)記。
應(yīng)最好用Z或(Z)標(biāo)在位號(hào)的功能描述中。個(gè)別裝
置的E&amp;amp;I文檔系統(tǒng)可能會(huì)遵循不同的命名和標(biāo)記
慣例。但是，必須能容易地確定文檔中SIS部分，如
邏輯圖、回路圖，儀表系統(tǒng)位號(hào)列表，布置圖和接線
圖，負(fù)荷列表(作為SIS的一部分的用電設(shè)備)。
此標(biāo)記可在做任何修改時(shí)提示工程師SIS設(shè)
計(jì)的特殊要求。在維修工作時(shí)，可做修改的SIS的
具體部件如：變送器、供電元件、AI信號(hào)硬件限位
開關(guān)、邏輯控制器(如果邏輯控制器不是為SIS專
用)的I／O卡件、閥驅(qū)動(dòng)器／安全柵、電磁閥、控制
閥和開／關(guān)閥，也應(yīng)在具體部件上清楚地標(biāo)記，最好
是使用“z”字。不直接屬于SIS的部件不需要有標(biāo)
記，如控制閥閥門定位器。同時(shí)，電纜、接線盒和端
子排也不需要標(biāo)記，因?yàn)镾IS的這些部件在工程設(shè)
計(jì)和維修上沒有特殊要求。
6 SIS的檢修
如有必要，SIS中的儀表只可以由以下相同型
號(hào)的儀表來替代：之前從未使用過的或已在有資
質(zhì)的權(quán)威校驗(yàn)工廠調(diào)校過的。如果SIS的儀表在
車間內(nèi)進(jìn)行了修理，應(yīng)出具一個(gè)報(bào)告。儀表所有的
檢修和維修記錄以及調(diào)校證書應(yīng)保存在SIS回路
文件夾內(nèi)。
7 結(jié)束語
SIS的嚴(yán)格實(shí)施對(duì)于保證化工過程裝置安全
運(yùn)行至關(guān)重要。南京揚(yáng)子石化一巴斯夫公司自
2005年正式商業(yè)運(yùn)行以來，所有裝置都保持著極
高的穩(wěn)定性和良好的安全紀(jì)錄，這與其嚴(yán)格的安全
理念是分不開的。目前國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)對(duì)工業(yè)
安全問題也日益重視，相信SIS的應(yīng)用及實(shí)施會(huì)更
加規(guī)范。
參考文獻(xiàn)：
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the Process Industry Sector Es]
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京：石油、石化、化工自動(dòng)化及儀表控制技術(shù)研討會(huì)論文集．2007
8 BASF．G—P—EI 201，E＆I Safetv Concept Is]
E+H中文網(wǎng)站全新改版
自2009年1月1日起，E+H 公司改版后的中文網(wǎng)站全新發(fā)布。新版網(wǎng)站(www．cn．endress．com)在界面友好性、網(wǎng)
絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能上都有了很大提高，相信可以為廣大用戶帶來更多的方便。具體特點(diǎn)如下：新網(wǎng)站增加了產(chǎn)品與行業(yè)的關(guān)聯(lián)
性，擴(kuò)充和細(xì)化了原有的“行業(yè)應(yīng)用”頻道的內(nèi)容，并新增加了“自動(dòng)化解決方案”頻道，集中介紹公司在罐區(qū)、儲(chǔ)運(yùn)、灌裝、裝
船等領(lǐng)域的解決方案；“服務(wù)中心”頻道中，現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)、送修服務(wù)和培訓(xùn)服務(wù)的要求都可以在線申請(qǐng)；通過“下載區(qū)”可以直接
下載所有產(chǎn)品中英文的技術(shù)資料和操作手冊(cè)，同時(shí)，點(diǎn)擊下載區(qū)產(chǎn)品名稱還可以進(jìn)入該產(chǎn)品頁面查看產(chǎn)品信息；“產(chǎn)品”頻
道，按照類別增加了所有產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)首頁，在產(chǎn)品頁面中，增加了資料下載連接；“搜索”頻道，可以通過產(chǎn)品名稱來直
接搜索(比如FMR230)，也可以通過產(chǎn)品類別來搜索(比如雷達(dá))。
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