這是「流程工業」發布的第 8049 篇文章
安全儀表系統在「兩重點一重大」裝置中的SIL定級與驗證——根據國家安全監管總局的要求，老舊裝置及新建項目如未配套安全儀表系統、未進行SIL的定級與驗證，將不再核發新的《安全生產許可證》，因此如何借鑑已經成功開展SIL評估工作企業的相關經驗，未來的發展趨勢如何，將是化工企業重點關注的問題。
本文刊登於PROCESS《流程工業》2022年第04期
《安全儀表系統的升級改造及應用》
文/程書華
作者任職于山東華魯恆升化工股份有限公司
根據《國家安全監管總局關於加強化工安全儀表系統管理的指導意見》安監總管三【2014】116號要求：「對於新建裝置自2018年1月1日起，各地的安監局逐步對於『兩重點一重大項目』要求新項目進行SIL定級與驗證，對於在役裝置應在2019年底之前，完成安全儀表系統的評估工作，並進行整改。」老舊裝置及新建項目如未配套安全儀表系統、未進行SIL的定級與驗證，將不再核發新的《安全生產許可證》，這將進一步加強對企業的安全生產的管理與要求。因此如何借鑑已經成功開展SIL評估工作企業的相關經驗，未來的發展趨勢如何，將是化工企業重點關注的問題。
安全儀表系統
安全儀表系統（SafetyInstru-mentedSystems，簡稱SIS）是實現一個和多個安全儀表功能的儀表系統，是一種自動安全保護系統，它是保證正常生產和人身、設備安全的必不可少的措施，已發展成為工業自動化的重要組成部分。SIS由傳感器、邏輯控制器以及最終元件的任何組合構成，SIS可以包括軟體，可以包括人員動作作為安全儀表功能的一部分。安全儀表系統獨立於過程控制系統BPCS（例如分散控制系統等），生產正常時處於休眠或靜止狀態，一旦生產裝置或設施出現可能導致安全事故的情況時，能夠瞬間準確動作，使生產過程安全停止運行或自動導入預定的安全狀態。SIS必須有很高的可靠性（即功能安全）和規範的維護管理，如果安全儀表系統失效，往往會導致嚴重的安全事故，近年來發生的重大化工（危險化學品）事故大都與安全儀表缺失、失效或設置不當有關。根據安全儀表功能失效產生的後果及風險，將安全儀表功能劃分為不同的安全完整性等級。不同等級安全儀表迴路在設計、製造、安裝調試和操作維護方面都有著不同技術要求。
通過對在役的「兩重點一重大」裝置進行SIL評估，明確對危險與風險分析不足、設計選型不當、冗餘容錯結構不合理、缺乏明確的檢驗測試周期、預防性維護策略針對性不強及部分老舊生產裝置甚至沒有或不具備配備安全儀表系統等各類問題。針對在役裝置安全儀表系統不滿足功能安全要求的，例如未配備SIS系統及控制儀表與安全儀表不獨立等問題進行系統的整改及改造，切實提升企業本質安全水平，滿足國家標準要求。
SIL定級與驗證及SIS系統的整改
某化工公司一、二期化工生產裝置分別在2004年、2006年建成開車，已經分別運行17年，15年的時間。建設期間，緊急停車系統僅用於氣化爐裝置，其他重點監管危險化工裝置沒有進行SIL定級與驗證，不符合安監總局116號文的要求，2018年開始對其公司內在役的「兩重點一重大」裝置進行了SIL評估（定級與驗證），原則為：一級、二級重大危險源必須做SIL評估，三級、四級重大危險源建議考慮。重點監管危險化工工藝必須做SIL評估，重點監管的危險化學品達到一定量需進行SIL評估。
通過招標方式，涉及「兩重點一重大」裝置由工業安全技術有限公司完成安全儀表系統評估工作。SIL定級運用保護層分析（LOPA）技術確定生產裝置對SIS系統SIF迴路配置的實際需求以及SIF迴路所需的安全完整性等級（SIL）要求，並分別從人員安全、環境影響和財產損失三個方面來綜合考慮安全儀表系統的配置需求；SIL驗算根據SIF迴路的結構組成，對每一SIF迴路進行計算並進一步審查硬體結構約束特性，同時參考IEC61511和IEC61598
對安全儀表迴路的結構約束，得出是否滿足目標SIL等級的可靠性的要求。根據公司「兩重點一重大」裝置劃分共涉及裝置進行SIL評估定級工作，見表1。
SIL定級評估工作由工業安全技術有限公司完成在役「兩重點一重大」裝置HAZOP分析工作，根據分析結果以下裝置存在中、低風險：
（1）大氮肥30萬t/a合成、大氮肥硫回收裝置、大氮肥液氮洗裝置。
（2）5#合成裝置、碳一硫回收裝置、碳一液氮洗裝置。
（3）北區硫回收裝置、北區液氮洗裝置、6#合成裝置。
對存在風險的裝置進行LOPA保護層分析方面，儀表技術人員對需要驗證迴路進行現場資料收集，經過評估後，目前硫回收、氨合成、液氮洗等裝置聯鎖迴路定級在SIL1以上，根據SIL1要求需要提高現場儀表和現場執行機構的等級、準確性。
根據工業安全技術有限公司完成裝置定級結果進行迴路驗算，驗算結果：現場部分聯鎖與控制儀表不獨立情況需要進行整改，聯鎖條件需要調整，使整個聯鎖迴路具備SIS安全功能。
根據整改建議對裝置進行安全儀表系統的升級改造，以硫回收裝置廢熱鍋爐液位為例，具體介紹SIS系統的升級改造過程。LOPA保護層分析見表2。
硫回收評級估定結果
裝置中有1條聯鎖分析結果在SIL1以上，同時這條聯鎖需要獨立設置，需要分離出DCS系統見表3。
改造方案
將原現場兩台液位變送器LT1301/LT1303二取二聯鎖引至SIS系統中，同時增加一台液位變送器LT1302，新液位計在DCS控制LV1302，實現DCS的自動調節，實現SIS與DCS系統迴路的獨立控制。現場在燃料氣總管上增加一台兩位閥XV1305，風機出口管道上增加一台閥門XV1306，在酸性氣體管道上增加一台閥門XV1307，有SIS實現聯鎖控制，聯鎖時直接關閉XV1305、XV1306、XV1307
和SIS把數據通信傳輸到DCS系統顯示。通過增設安全儀表系統，實現了SIS儀表與DCS儀表迴路的獨立性，SIS系統用於非安全狀態下的緊急停車控制，DCS系統對生產裝置進行實時控制，達到了SIS系統與DCS系統的分離控制。改造方案見表4。
表4改造方案
硫回收SIS系統在2019年10月完成安裝調試投運工作，裝置完成了安全儀表系統的評估，整改工作。
未來發展趨勢
國家安監總局在2014年11月發布的116號文「加強化工安全儀表系統管理的指導意見」中對新建裝置及在役裝置設計建立安全儀表系統的相關要求中也提到，DCS的聯鎖投用管理、報警管理（AlarmManagement）、火災報警及可燃氣檢測系統（FireandGasDetectionSystem，FGS）的可靠性及布局合理性分析等方面的分析應參照安全儀表功能進行管理和檢驗測試。
因此如何對DCS/FGS/SIS進行維護管理、故障數據統計、儀表准入制度管理等將是企業未來面對的挑戰與難題。
在「流程工業」推出的 工業知識圈小程序上，雜誌已更新至最新一期~歡迎閱讀 ！全彩印刷，圖文並茂，您將獲得和翻閱紙質雜誌一樣的體驗。
了解更多技術資料，請點擊下方小程序
本文系「流程工業」首發，未經授權不得轉載。版權所有，轉載請聯繫小編授權（id：msprocess）。
本文系「流程工業」首發，未經授權不得轉載。版權所有，轉載請聯繫小編授權（id：msprocess）。
點擊下方圖片查看更多精彩文章
差壓流量計選型與應用探討！ABB差壓流量計在石化和化工行業的應用，線上課程歡迎預約 2022-06-02
中石油、中石化、斯爾邦石化布局POE產業！關於POE材料你想知道的，都在這裡 2022-06-02
總投資超113億元，中石化鎮海煉化高端合成新材料項目環評公示 2022-06-01
點擊原文，免費閱讀流程工業雜誌電子版