摘要：本文对安全仪表系统（SIS）概念进行了基本描述，并从安全仪表系统的设计原则、设计安全完整性等级的确认、选型及选用注意事项、关断级别的设置四个方面简述了海洋石油平台安全仪表系统的设计，并对其目前应用进行了简单陈述与思考，为之后的相关工作者提供参考。
关键词：海洋石油平台；安全仪表系统；设计与应用
引言
Safety instrumentation System是安全仪表系统的英文，简称SIS，它是各企业和工厂自动控制的重要组成部分。其功能是对运行过程中的各种意外事故进行不间断的监测与保护，此系统是一个安全保护联锁系统，并且独立于过程控制系统。在海洋石油的众多平台保护中，安全仪表系统是最重要的，因此其科学合理的设计及应用对海洋石油平台的整体安全至关重要。
1海上平台安全仪表系统的具体概念
安全仪表系统是一种自我保护系统，它应用于生产过程中，对海洋石油平台的一系列生产过程进行监测和保护，当生产过程中出现危险或超出安全设定情况发生时，该系统会及时进行保护和作出应对响应，使得生产过程恢复到预定的安全停车状态，以此来确保生产人员、装置和各设备的安全，因此，安全仪表系统也叫做紧急关断系统。其组成部分包括逻辑控制器、传感器、最终执行元件以及一些相关软件。
如图1为一典型的安全仪表功能, 它的功能是为了防止压力容器 V100中压力过高而发生爆炸等危险事故。
2安全仪表系统的设计
2.1安全仪表系统的设计原则
安全仪表系统的设计原则一般包括四个方面：第一，独立设置的原则。在进行SIS的设计时，应该使其独立于过程控制系统，以此来保证安全功能和控制功能不会同时失效，降低危险发生的概率。独立设置的部分一般包括逻辑控制器、执行元件、安全仪表系统、检测元件以及过程控制系统与其它设备建的通信；第二，中间环节最小化原则。SIS的中间环节越多就会越影响故障发生的概率，系统的可用性也会越低，因此应该尽量减少中间环节，切记设计华而不实；第三，选择采用技术的原则。在SIS采用任何技术时，都应保证系统的可靠性，可采用可编程电子系统技术或者电气、电子的混合技术等；第四，故障安全型原则。SIS的设计应该是故障安全型，设计应该以故障出现时，系统自动转入安全状态为目标，以此来避免由于其自身的故障或者突然断电、断气而导致装置产生危险。
2.2设计安全完整性等级的确认
在海上石油平台的的目前设计中，增加了危险和可操作性(hazardand operability，HAZOP)研究和仪表保护功能(instrument protect function，IPF)研究，其中包括仪表安全度等级SIL确定。这使得仪表安全保护系统的设计更加科学与完善。在IEC 61508规范中，推荐的SIL的确定方法有定量法、风险图定性法、危险事件严重性矩阵图定性法等。用户可以根据不同的情况采用不同的方法进行确定。用定性法来确定SIL的根据是应用经验，在以往经验的前提下，通过查询资料中的各种图表来确定；用定量法则来确定SIL的根据是所获得各种数据的分析，通过对数据的精确分析与研究，最终计算出SIL。
2.3选型及选用注意事项
确定系统的安全度等级后，设计人员应根据装置的具体特点、危险性和危害性等确定PLC采用何种结构(如二重化、三重化、四重化等)，并确定系统现场仪表的设置。在选型和选用上应对以下方面进行注意。
2.3.1检测、执行元件
在进行检测、执行元件的设计时，要充分考虑其可靠性和可用性。高质量的检测、执行元件可以减少元件自身的故障率，在进行SIL2以上等级的安全仪表系统的检测、执行元件选择时，宜采用独立或冗余配置的检测元件。传感器的冗余配置能够极大地降低系统的故障率，提高系统的可用性。
2.3.2逻辑控制器PLC
作为安全仪表系统的核心，逻辑控制器PLC的设计是整体设计的重中之重，既要兼顾其可靠性和可用性，也要考虑其结构设计，在符合安全仪表系统的安全度等级（一般SIL1～4）的要求下，对PLC进行不同结构的设计。提高系统可用性的重要前提是PLC具有容错能力，这需要系统配置过程具有一定的冗余，I／0模块、电源和通信模块等冗余配置是实施容错的基本条件。在安全仪表系统设计时，任何可靠性和可用性的定性分析结果都不能简单地作为认定某种结构的PLC可靠性及可用性高或低的依据，应仔细分析装置对安全仪表系统可用性和可靠性的要求，综合考虑各种因素，选择结构合适的PLC，并合理进行系统配置。
2.3.3诊断软件
在安全仪表体统的设计中，强大的自诊断能力是非常重要的，在系统故障发生时，快速自诊断找出故障点，是缩短系统维修和恢复时间的重要手段。在设备运行中，控制系统本身是具备自诊功能的，但是系统中其他的大量设备却不具备此功能，因此，提高系统性能的关键在于解决现场仪表的诊断和校正。在系统中配置诊断软件，控制器通过与现场智能仪表的数字通信，可以给出清楚和详细的关于故障的描述，在系统跳车之前提醒操作员或者维护人员来自于现场设备的问题或者故障，从而优化操作和维护。通过系统诊断，可有效地对现场智能仪表潜在的故障作出诊断及校正，提高系统的可用性和可靠性。
2.4关断级别的设置
根据平台的工艺流程和平台功能，应合理地设计紧急关断系统的关断级别。对于有油气海底平台事故引发相关平台的事故，应合理设计与平台群的接口。一般紧急关断系统的关断级别设置为4级，从高到低依次为ESD—l，平台关断(最终关断)；ESD．2，火灾(ESD-2A)或者天然气泄漏(ESD．2B)关断；ESD-3，工艺／公用系统关断；EsD4，单元关断。
3安全仪表系统（SIS）的应用
海洋石油平台安全仪表系统通常包括紧急关断系统和火气探测系统2部分。紧急关断系统能够连续监测工艺过程中的工艺参数，一旦主要工艺参数出现异常或超过设定值，则启动相应的联锁逻辑保护功能和报警，使其进入预定的安全停车状态。火气探测系统全天候不间断地对平台各区域进行监测，当平台上任意区域出现火情或气体泄露时，该系统可触发平台报警装置(报警灯、铃等)。同时，按照系统预定设计的逻辑进行表决，触发信号至紧急关断系统，以便通过紧急关断系统关断该险情区域内的已知助燃设备，并激活平台消防系统。
4结束语
对海洋石油平台安全仪表系统的设计是保证石油业安全健康发展的重要手段，在设计的过程中要考虑其设计原则与工艺要求，对设计进行不断创新与改进，高质量的SIS设计可以从很多程度上减少人力以及经济的损失，为海洋石油工业提供更安全的保障。
参考文献
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望,2015,35:129.
[2]刘宇,王惠平.海洋石油平台安全仪表系统的功能安全评估技术[J].自动化应用,2016,03:33-35+45.
[3]张双亮,李小瑞.SIS在海洋石油平台中的应用[J].石油化工自动化,2011,01:17-19.
作者简介
张磊（1987-）男，天津塘沽人，助理工程师，从事海洋工程仪讯设计。
王成磊（1991-）男，天津塘沽人，助理工程师，从事海洋工程仪讯设计。
张祝鹏（1992-）男，天津塘沽人，助理工程师，从事海洋工程仪讯设计。
袁培树（1990-）男，天津塘沽人，助理工程师，从事海洋工程仪讯设计。
刘懿萱（1996-）男，天津塘沽人，工程管理，湖南长沙理工大学城南学院。
论文作者:张磊,王成磊,张祝鹏,袁培树,刘懿萱
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/9
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