文海
（华润电力（仙桃）有限公司 湖北省仙桃市 433000）
摘要：随着锅炉安全标准的颁布，越来越多的国家要求在锅炉和汽机保护系统上要求采用功能安全系统。我国从2011年开始，在火电厂的保护系统中逐渐推广功能安全系统。在以往的工程中，也不乏有锅炉保护系统采用功能安全系统的案例。本文针对锅炉保护安全仪表系统设计展开讨论，并提出合理化建议。
关键词：锅炉保护；安全仪表系统；设计
引言
生产企业的健康、安全和环境（HSE）日益受到关注，火力发电厂的核心设备之一蒸汽锅炉的容量和参数也逐渐提高，其安全运行与发电厂的安全生产有关。因此，锅炉保护需要采用安全可靠的安全仪表系统。
1、概述
近年来，在火力发电领域，为了提高发电效率和减少排放，主机容量和参数越来越高，但潜在的HSE风险也在增加。正因为如此，2011年制定的《中大型火电厂设计规程》GB50660表示，火电厂锅炉和汽轮机的跳闸保护系统可以采用电子逻辑系统或继电器硬逻辑系统，系统必须采用认证、SIL3安全相关系统，并首次在火电发电领域正式制定安全系统。在此阶段，火力发电领域，无论是对安全系统的理论研究还是工程实践，都仍处于勘探阶段，在工程设计中，很容易对许多主要问题造成不一致和混乱。
2、火力发电厂安全仪表系统配置方案
火力发电厂安全监管系统的配置和安全完整性等级选择，需要识别工艺生产工序的风险和评估风险采用化工行业常用的HAZOP（风险和操作性分析）方法，通过对系统、流程和操作进行详细检查，确保工艺偏差会产生不希望的结果。安全完整性等级也必须通过SIL风险评估来确定，大多数是使用简单计算、故障树分析或Markov流程分析等方法来确定的，而目前火力发电厂工艺过程的安全需求、安全完整性等级分析等还基本处于刚起步状态，我们可以通过借鉴石化行业设计规范以及GB50660的规定，火力发电厂安全仪表系统安全完整性等级选择SIL3，同时配置原则如下：
2.1检测单元配置原则
安全仪表系统的检测装置和过程控制系统必须分离，并且必须冗余，不应使用开关仪表盘的独立设置。测试单元采用“或”或“和”逻辑结构，具体取决于安全性或可用性。如果需要确保系统的安全性和可用性，请使用三取二的逻辑结构。目前，火力发电厂工程设计中，检测器根据重要性考虑到双重或三重配置，构成了1oo2，2oo3结构，因此您只需选择满足相应SIL认证要求的传感器。例如，3个SIL2认证压力变送器三取一求中值或者三取二表决使得输入检测回路达到 SIL3 等级。
2.2执行单元配置原则
执行装置通常是与安全仪表系统专用的关闭阀或工艺控制系统共享的控制阀，SIL3安全仪表系统必须使用冗余阀（例如，串行安装的两个同类阀或者一个控制阀加一个关闭阀）。气动控制阀或气动关闭阀必须有接收安全仪表系统控制信号的电磁阀，电磁阀需要冗余配置（取决于其控制量的“与”或“或”逻辑），并且设计两路电源，在常用电源失去时操作由安全仪表系统供电。目前工程设计中的流程阀配置通常使用1oo1结构，但需要故障安全原则，即在执行装置发生特定故障时切换到预定义的安全状态（人员和流程安全的方向行为），其电磁阀配置也不考虑冗余。
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2.3逻辑解算单元配置原则
逻辑解算单元可以遵循以下基本原则：（1）保护系统独立于进程控制（IEC61508建议）。（2）使用冗余或容错结构。（3）系统采用故障安全类型。（4）不允许使用现场总线或其他通信方法作为安全仪表系统的输入信号。
2.4安全仪表系统的软件要求
安全仪表系统软件是安全完整性的组件，安装在安全工程师工作站上的安全配置软件必须符合流程的安全规则、经过安全认证，并且编程语言必须符合可编程控制器IEC6131-3标准要求。必须备份安全系统中的所有文档，包括软件、编程、升级或修改。
3、锅炉保护安全仪表系统的设计对策
3.1加强数据分析
从客观的角度来看，锅炉保护安全仪表系统的设计工作开展，目前存在的问题虽然不少，但是各项问题保持在可控范围内，采用正确的方法和手段，能够确保其良好解决。首先，锅炉保护安全仪表系统的数据搜集，必须通过一些新的手段和方法来完成，如大数据分析方法的应用，能够对锅炉保护安全仪表系统的冗杂数据，开展有效的分类处理，并且解决一些潜在性的问题，以及为各项工作的科学布置等提供较多的保障，整体上不会造成新的疏漏现象。其次，锅炉保护安全仪表系统的数据分析过程中，应加强云计算技术的有效应用，该项技术的优势在于，能够最大限度地促使锅炉保护安全仪表系统工作开展，得到足够的依据和基础数据，针对一些细节上的问题，可以选用正确的方法和手段来解决，基本上不会造成新的挑战。
3.2加强维护设计
现如今的工业项目不断增加，锅炉保护安全仪表系统的设计，不可能按照单一的模式来进行，应坚持在自身的可靠性、可行性方面不断加强。本文认为，维护设计的有效完善，可以促使锅炉保护安全仪表系统的综合效用更好提升。第一，锅炉保护安全仪表系统的维护工作，必须预留出一定的空间来完成。如有些设计单位对于系统的维护重视程度较低，因此，在预留空间上较少，一旦系统发生故障，维护工作的进行异常艰难，耗费较多时间的同时，难以在维护质量上大幅度提升，造成的潜在性损失较多。第二，锅炉保护安全仪表系统的维护设计，必须考虑到不同条件、不同方法维护的结果，一些特殊问题的发生，会导致锅炉保护安全仪表系统的维护工作无法按照预期设想的来完成，这就必须加强模拟分析，从而减少维护的缺失和疏漏。
3.3完善仿真模拟
对于锅炉保护安全仪表系统来讲，设计工作的进行，不可能总是按照理论的方法来开展，必须坚持在实践力度上大幅度提升，这是非常重要的组成部分，而且能够产生的影响力是非常突出的。仿真模拟的有效应用可以确保锅炉保护安全仪表系统的设计进一步提升安全性、稳定性。例如，当锅炉保护安全仪表系统完成以后，可以按照样品分析的方法，在实验室的不同条件下，结合国家的规范和标准，以及合作企业的要求，开展差异性的测试分析，并对相关的临界值数据开展搜集和分析，观察锅炉保护安全仪表系统的哪些地方需要继续修改，从而促使将来的工作顺利进行，能够得到更多的肯定与保障。从这一点来看，仿真模拟分析的有效应用，对于锅炉保护安全仪表系统的设计，能够提供较多帮助。
3.4加强备案
通过对锅炉保护安全仪表系统开展有效设计，很多工业项目的研发、运行等，都可以得到较多的帮助和指导，在问题的综合解决上，并没有表现出严重的疏漏现象。备案的有效加强，能够确保锅炉保护安全仪表系统的日后发展、进步，得到足够的依据。例如，当行业内研发出新的零部件，或者是提出新的理念后，可根据锅炉保护安全仪表系统的相关设计备案，观察是否能够进行相应的优化处理，从而促使锅炉保护安全仪表系统的设计工作能够得到较多的参考依据，在内部的优化和外部影响因素的应对、解决过程中，获得持续性的帮助和肯定。
结束语
锅炉产品不断发展和迭代，尤其是在细节工作上，正不断通过全新的模式来落实。一些老旧的标准和手段，很容易导致锅炉保护安全仪表系统的设计陷入较大的困境当中。部分单位在设计模式上，选用老旧思想完成，仪器和设备搭配不够协调，参数调整上存在较大的误差，直接导致锅炉保护安全仪表系统的稳定性持续降低，甚至表现为突发事故的现象。从这一点来看，今后的设计工作，必须做出良好改进，从而确保在工作的综合效用上，不断得到更好的提升。
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论文作者:文海
论文发表刊物:《河南电力》2019年2期
论文发表时间:2019/10/14
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