【正文】 題目： 安全儀表系統(tǒng)（ SIS） 主講人： 第一節(jié) 概述 隨著大型石化裝置的發(fā)展 ， 生產(chǎn)產(chǎn)品多樣化 、 控制工程越趨復(fù)雜 ， 安全保護(hù)越來(lái)越被重視 。 安全保護(hù)在石化生產(chǎn)過(guò)程中的表現(xiàn)形式是逐級(jí)上升的 ， 即生產(chǎn)中使控制參數(shù)在正常范圍內(nèi)時(shí)使用的儀表調(diào)節(jié)系統(tǒng)；當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)不及時(shí)或出現(xiàn)干擾等異常 ， 控制參數(shù)超出正常范圍時(shí)使用報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng) ， 此時(shí)需要采取手動(dòng)或自動(dòng)措施使生產(chǎn)恢復(fù)到正常狀態(tài)上去；當(dāng)情況進(jìn)一步惡化達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)使用緊急停車(chē)系統(tǒng) ， 即 ESD系統(tǒng) ， 按照預(yù)先設(shè)定的程序 ， 包括緊急放空 、 儀表的選用事故狀態(tài) 、動(dòng)設(shè)備停止運(yùn)行等等措施 ， 通過(guò)局部或整體停車(chē)方式消除危險(xiǎn)；當(dāng)事故已經(jīng)出現(xiàn) ，包括可燃?xì)怏w泄漏 、 火災(zāi)等形成時(shí)采用火氣消防系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)救；對(duì)特殊場(chǎng)所 ， 火氣消防系統(tǒng)不能徹底消除事故時(shí) ， 采用物理防爆措施 ， 即使用防爆墻等；物理防爆無(wú)法徹底消除災(zāi)害時(shí)采取最后一項(xiàng)措施時(shí)緊急疏散撤離 。 IEC61511對(duì)安全防護(hù)的分層描述見(jiàn)下圖所示 。 在工藝生產(chǎn)過(guò)程中 ， 存在各種各樣的工藝參數(shù)和工藝設(shè)備狀態(tài) ， 這些參數(shù)和狀態(tài)被檢測(cè)出來(lái)就是過(guò)程信號(hào) 。 生產(chǎn)中當(dāng)這些參數(shù)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí) ， 說(shuō)明生產(chǎn)過(guò)程處于正常狀態(tài)；超出這個(gè)范圍說(shuō)明出現(xiàn)異常 ， 要求以聲光形式提醒操作者采取調(diào)節(jié)措施 （ 參數(shù)調(diào)整或設(shè)備適當(dāng)操作 ） 或者通過(guò)預(yù)定的程序使其恢復(fù)到正常值范圍內(nèi) ， 這個(gè)聲光表現(xiàn)形式稱(chēng)為報(bào)警 ， 根據(jù)預(yù)定程序的操作就是聯(lián)鎖；如果異常進(jìn)一步擴(kuò)大 ， 為防止事故發(fā)生而采取的局部或整體生產(chǎn)裝置停車(chē)的儀表系統(tǒng) ， 稱(chēng)為安全儀表系統(tǒng) （ SIS） ， 或緊急停車(chē)系統(tǒng) （ ESD） ， 它是生產(chǎn)過(guò)程中的一種自動(dòng)安全保護(hù)系統(tǒng) ， 能對(duì)石油化工等生產(chǎn)過(guò)程中可能發(fā)生的危險(xiǎn) （ 超出安全限定 ） 及不采取措施而繼續(xù)惡化的狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)地響應(yīng)和保護(hù) ， 使其進(jìn)入預(yù)定的安全停車(chē)狀態(tài) ， 從而保證人員 、 設(shè)備 、 生產(chǎn)和裝置的安全 。 從正常生產(chǎn)到危險(xiǎn)發(fā)生過(guò)程不同階段示意如圖 2—4—1所示。 安全儀表系統(tǒng)的基本功能結(jié)構(gòu)示意如圖 2—4—2所示。 一、通用安全標(biāo)準(zhǔn) 由于 SIS屬于保護(hù)裝置的安全儀表系統(tǒng)，所以對(duì) SIS控制器本身安全要求很高，有關(guān)國(guó)際機(jī)構(gòu)對(duì)控制器的可靠性、安全性制定了相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)相關(guān)控制器產(chǎn)品和使用的編程軟件平臺(tái)、應(yīng)用于 SIS程序的標(biāo)準(zhǔn)功能塊等進(jìn)行等級(jí)認(rèn)證。 DIN V19250德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等級(jí)必須符合生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)性等級(jí) AK1～ AK8(1～ 8級(jí) )。 IEC61508國(guó)際電工組織制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，用于確定過(guò)程、交通、醫(yī)藥工業(yè)等的安全周期 (Safety life cycle)，對(duì)設(shè)備的完整性、設(shè)計(jì)、操作、測(cè)試和維護(hù)提出要求，主要針對(duì)制造商和設(shè)備供應(yīng)商。標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)發(fā)生故障的可能性分成四個(gè) SIL等級(jí)，即 等級(jí) 表示符號(hào) 描述 一級(jí) SIL1 每年故障危險(xiǎn)的平均概率為 ～ 二級(jí) SIL2 每年故障危險(xiǎn)的平均概率為 ～ 三級(jí) SIL3 每年故障危險(xiǎn)的平均概率為 ～ 四級(jí) SIL4 每年故障危險(xiǎn)的平均概率為 ～ ANSI/SIA ，是 IEC61508和 DIN V 19250的結(jié)合，但去除了 SIL4這個(gè)最高級(jí)別。 Draft IEC 61511第 1～ 4部分，適用于工藝過(guò)程工業(yè)的安全儀表系統(tǒng)（包括 SIS設(shè)計(jì)者、系統(tǒng)集成商和最終用戶）的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)，是 IEC61508的補(bǔ)充。 EN54的第三部分適用于火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)， NFPA72則是美國(guó)“國(guó)家火災(zāi)報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)”等。 二、聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置 ： 根據(jù) 《 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 SH/T30182022有關(guān)要求，安全儀表系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)定。 獨(dú)立 安全聯(lián)鎖保護(hù)和停車(chē)系統(tǒng)獨(dú)立于過(guò)程控制系統(tǒng)，以降低控制功能和安全功能同時(shí)失效的概率，使聯(lián)鎖和停車(chē)系統(tǒng)不依附于過(guò)程控制系統(tǒng)就能獨(dú)立完成自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖的安全功能。見(jiàn)圖 2—4—3 “獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)”。 安全儀表系統(tǒng) (Safety Instrumented System SIS)包括傳感器（ Sensor）、邏輯運(yùn)算器（ Logic solver) 和最終執(zhí)行元件 (Final element) 。 SIS傳感器選用： 獨(dú)立設(shè)置原則： 1級(jí) SIS傳感器可與 DCS共用； 2級(jí) SIS傳感器宜與 DCS分開(kāi)； 3級(jí) SIS傳感器應(yīng)與 DCS分開(kāi)； 冗余設(shè)置原則： 1級(jí) SIS傳感器可采用單一的傳感器； 2級(jí) SIS傳感器宜采用冗余的傳感器； 3級(jí) SIS傳感器應(yīng)采用冗余的傳感器； 冗余選擇原則：保證系統(tǒng)的安全性時(shí)，采用“或”邏輯結(jié)構(gòu)； 保證系統(tǒng)的可用性時(shí)，采用“與”邏輯結(jié)構(gòu)；當(dāng)系統(tǒng)的安全性和可用性均需保證時(shí)，采用“三取二”邏輯結(jié)構(gòu)； 傳感器宜采用隔爆型的變送器（壓力、差壓、差壓流量、差壓液位、溫度），不宜采用開(kāi)關(guān)型傳感器；傳感器由 SIS系統(tǒng)供電。 SIS邏輯運(yùn)算器選用： SIS邏輯運(yùn)算器：繼電器系統(tǒng)，可編程序電子系統(tǒng)，混合系統(tǒng)三種； 繼電器用于 I/O點(diǎn)較少 ,邏輯功能簡(jiǎn)單的場(chǎng)合； 可編程電子系統(tǒng)用于 I/O點(diǎn)較多 ,邏輯功能復(fù)雜，與 DCS、 MES通信等場(chǎng)合； 可編程電子系統(tǒng)可以是經(jīng) TUV認(rèn)證的 PLC系統(tǒng)，也可是 DCS和其他專(zhuān)用系統(tǒng)； 獨(dú)立設(shè)置原則： 1級(jí) SIS邏輯運(yùn)算器宜與 DCS分開(kāi)； 2級(jí) SIS邏輯運(yùn)算器應(yīng)與 DCS分開(kāi)； 3級(jí) SIS邏輯運(yùn)算器必須與 DCS分開(kāi)； 冗余設(shè)置原則： 1級(jí) SIS可采用單一的邏輯運(yùn)算器； 2級(jí) SIS宜采用冗余或容錯(cuò)邏輯運(yùn)算器； 3級(jí) SIS應(yīng)采用冗余容錯(cuò)邏輯運(yùn)算器； SIS執(zhí)行元件選用： 執(zhí)行元件： 氣動(dòng)切斷閥（帶電磁閥），氣動(dòng)控制閥（帶電磁閥），電動(dòng)閥或液動(dòng)閥等。 獨(dú)立設(shè)置原則： 1級(jí) SIS 閥門(mén)可與 DCS共用，應(yīng)確保 SIS優(yōu)先于 DCS動(dòng)作； 2級(jí) SIS閥門(mén)宜于 DCS分開(kāi)； 3級(jí) SIS閥門(mén)宜于 DCS分開(kāi)； 冗余設(shè)置原則： 1級(jí) SIS 可采用單一閥門(mén)； 2級(jí)宜采用冗余閥門(mén)；如采用單一閥門(mén)，電磁閥宜冗余配置； 3級(jí)宜采用冗余閥門(mén)；可采用一個(gè)控制閥和一個(gè)切斷閥； 電磁閥設(shè)置原則：電磁閥應(yīng)采用長(zhǎng)期帶電，低功耗，隔爆型；由 SIS系統(tǒng)供電。 獨(dú)立設(shè)置的目的 降低控制功能和安全功能同時(shí)失效概率，當(dāng)維護(hù) DCS部分故障時(shí)也不會(huì)危及安全保護(hù)系統(tǒng)； 對(duì)于大型裝置或旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，緊急停車(chē)系統(tǒng)響應(yīng)速度越快越好，這有利于保護(hù)設(shè)備，避免事故擴(kuò)大和分析事故原因記錄， DCS處理大量過(guò)程監(jiān)測(cè)信息，因此其響應(yīng)速度難以作得很快； DCS系統(tǒng)是過(guò)程控制系統(tǒng)，是動(dòng)態(tài)的，需要人工頻繁的干預(yù)，這有可能引起人為誤動(dòng)作；而 SIS是靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)，這樣設(shè)置 SIS可以避免人為誤動(dòng)作。 冗余（用多個(gè)相同的模塊或部件實(shí)現(xiàn)特定功能或數(shù)據(jù)處理） 元件冗余：具有指定的獨(dú)立的 N： 1重元件，并且自動(dòng)檢測(cè)故障，切換到后備設(shè)備上； 表決（用多數(shù)原則確定結(jié)論）結(jié)構(gòu)：如三取二表決電路，排除由于元件故障而出現(xiàn)的虛假動(dòng)作，避免不應(yīng)有的停車(chē)事故。 故障安全（安全儀表系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，使被控制過(guò)程轉(zhuǎn)入預(yù)定安全狀態(tài)） 報(bào)警、聯(lián)鎖的檢測(cè)元件接點(diǎn)采用正常時(shí)閉合，越限時(shí)斷開(kāi)； 執(zhí)行元件在系統(tǒng)正常時(shí)應(yīng)是勵(lì)磁（帶電）狀態(tài)，非正常時(shí)應(yīng)是非勵(lì)磁（不帶電）狀態(tài)，重要聯(lián)鎖電磁閥采用雙三通電磁閥，即兩個(gè)電磁閥并聯(lián)運(yùn)行，防止電磁閥出故障； 調(diào)節(jié)閥選擇是事故狀態(tài)下，工藝裝置處于安全狀態(tài)分別選用氣開(kāi)式和氣關(guān)式（保證在起源終端是裝置處于安全狀態(tài)）。 人機(jī)接口 操作站可以采用過(guò)程控制系統(tǒng)操作站，但操作站不能修改安全儀表系統(tǒng)的編程軟件； 工程師站完成安全儀表系統(tǒng)編程組態(tài)和維護(hù)，可采用臺(tái)式 PC機(jī)或便攜式 PC機(jī)； 輔助操作臺(tái)：在 CCR輔助操作臺(tái)上安裝的硬件，包括緊急停車(chē)按鈕、開(kāi)關(guān)、選擇器、旁路開(kāi)關(guān)和信號(hào)報(bào)警器等用硬線接到 CCR的 SIS控制器，通過(guò)冗余安全以太網(wǎng)通信接到現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室 SIS控制器邏輯運(yùn)算。 手動(dòng)復(fù)位：當(dāng)工藝參數(shù)由非正常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，由操作人員有步驟地進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，重要的聯(lián)鎖系統(tǒng)和工藝變量一般采用手動(dòng)復(fù)位，避免自動(dòng)復(fù)位的缺陷； 手動(dòng)旁路：人為切除和投入，在兩種情況下使用，一是解除某些變量的聯(lián)鎖，為動(dòng)設(shè)備的啟動(dòng)創(chuàng)造條件；二是用于檢修事故開(kāi)關(guān)； 延時(shí)電路：使用時(shí)間繼電器過(guò)濾脈沖干擾或瞬間突發(fā)事件引起的停機(jī)動(dòng)