天然气液化工厂安全仪表系统的分析与研究

李鱼鱼

陕西液化天然气投资发展有限公司  陕西省 杨凌示范区  712100

摘要：安全仪表系统是一种专门用于监视生产装置或独立单元操作的仪表系统，它能够实现一个或多个安全功能，当生产过程超出安全操作范围时，能够使其进入安全状态，从而确保装置或独立单元具有一定的安全性。随着我国经济的不断发展，天然气作为一种清洁能源越来越受到人们的重视，天然气在使用时需要经过严格地检验和控制才能保证安全性，因此，做好天然气安全仪表系统非常必要。鉴于此，本文主要分析天然气液化工厂安全仪表系统。

关键词：天然气液化工厂；安全仪表系统；SIS

中图分类号：TP2106   文献标识码：A

1、引言

在天然气液化工厂中，危险化学品的生产、储存和运输融为一体，因此安全工作显得尤为至关重要。安全仪表是保障装置安全运行最有效的手段之一，它对保证装置长周期稳定运行和降低安全事故发生率具有重要意义。LNG生产过程中，安全仪表系统的作用体现在三个方面：监测生产状态，识别潜在危险条件，以确保生产过程的安全；在出现某些危险条件时，系统会自动执行其规定的安全仪表功能，以确保在发生危险事件时能够自动防范；根据现场实际情况对各种可能发生的危险事件做出正确的反应和决策。

2、概述

随着清洁能源的迅猛发展，液化天然气（LNG）因其高热值、低排碳量和高气化率等多种优点而被广泛采用，成为近年来备受青睐的能源之一。由于其巨大的经济效益与环境效益，越来越多的国家开始大力发展这一项目，并将其作为未来能源供应领域的重要组成部分之一。LNG在国内的来源主要包括LNG接收码头所接收的进口LNG以及由天然气液化工厂所生产的LNG。在运输过程中，由于各种原因会发生泄漏事故，造成了严重的后果。LNG工厂的工艺流程涵盖了天然气的净化、液化、LNG的储存以及装车等环节。

尽管LNG生产装置在能耗低、运行稳定、操作便捷以及自动化水平高等方面具有显著优势，但其处理量巨大、生产设备密集程度高，同时还存在生产介质易燃易爆等危险因素。由于生产过程中存在许多不确定因素和干扰，使得系统很容易出现各种故障甚至事故。一旦工厂发生安全事故，其所带来的人员伤亡、经济损失以及社会影响将是极其巨大的，这是由于其所具备的特性所决定。因此，确保装置在生产过程中保持持续的安全性、平稳性和长周期，是至关重要的。为确保装置操作和维护的安全性，必须设计一套安全仪表系统SIS，该系统应用于工业过程中的安全联锁保护，能够在紧急情况下安全有序地停车、切断物料并防止潜在泄漏，以快速响应和保护生产过程中可能出现的危险或不采取措施可能导致进一步恶化的情况。

3、安全仪表系统可能失效的情形

为了规避上述严重后果并降低风险，除了固有保护层之外，为实现预定的风险可容忍目标，在分析评估中，若出现后果严重的情况，必须按照规定设置安全仪表系统，该系统具有预防事故发生或减轻事故影响的功能。随着我国油气勘探开发向深部和复杂油气藏发展，对天然气液化厂提出了更高的安全性需求。然而，在安全仪表系统的现状管理中，存在着风险分析不足、仪表设计选型不当、安全完整性等级（SIL）定级不准、系统功能不完善、管理制度缺失、维护保养不到位以及在役安全仪表系统功能安全评估不全面等一系列问题。随着天然气工业的快速发展，天然气液化装置已成为国内各大石油公司重点开发的领域之一。在天然气液化工厂中，安全仪表系统扮演着至关重要的角色，作为一道保护屏障，其功能失效可能引发严重灾难，因此对其有效性和有效性进行评估显得尤为紧迫。

4、天然气液化工厂安全仪表系统的实现方式

4.1、安全仪表系统选型管理

天然气液化工厂产品的生产和运行过程中要对安全仪表系统的类型进行合理的选择，并通过细致的检查了解整个系统的质量情况，对系统的工作方式，技术参数等进行充分的考虑、安全完整等级，诊断覆盖率，自动诊断功能和可用性，综合考虑安全仪表系统的各种性能和特点，对控制器，传感器和执行机构进行了科学的选择，延长了系统的使用周期。同时，工作人员应严格按照安全仪表系统等级要求，合理选用经过SGS、TUV、UL等权威机构安全测评，符合IEC 61508C相应SIL等级标准的安全仪表系统。

4.2、仪表安全系统的设置指标应满足设备安全的需要

某些建立设备安全仪表系统的地方，因设备及工艺运行复杂，安全仪表系统将发生在设备尚未发生危险状态时，安全保护动作多次重复或者频繁地发出，这一现象一方面可能是因为安全仪表系统对设备操作抗扰性较差，同时也是因为安全仪表系统所设指标太“灵敏”，所以在安全仪表系统监测数据中适当设置数值滤波以减小扰动非常有必要，并在必要情况下引入较多准则来判断稳定性，同样是较正确的方法，它要求所涉有关专业的专业人士共同讨论，形成“专家规则”,然后仿真测试并付诸实践为好。例如某大型烟机—鼓风机/电动机\发电机组联合机组安全保护系统，早期往往由于某些单个轴位移，轴振动等原因造成机组停运，经过一段时期的观测后发现，短时间内的轴位移超限及轴位振动过大并未给机组造成伤害，故对轴位移及轴位振动数据做了合适的数值滤波处理，并且同时以轴瓦温度，油封温度和机组各部位的振动频率为辅助准则，有效地解决了以往频繁误停问题，使得机组在更平稳和更安全地工作。

4.3、安全仪表系统规格化管理

（1）避免安全仪表周围环境的温度超限

化工安全仪表系统处于高温天气运行的过程中，系统不能得到有效的散热，易导致仪表读数异常，不仅影响到系统的正常工作状态，同时也降低天然气液化工厂的产品生产效率。所以技术人员应严格根据系统规格说明书中环境温度实际需求来合理地选择合适的安装地点。例如：通常安全仪表系统的周围环境温度应保持在40℃左右，高温天气时为了避免系统环境温度超标，工作人员可利用遮挡棚对仪表周边的温度进行降低，有效的避免了由于温度过高导致安全仪表出现故障的现象发生。

（2）避免台风和暴雨天气影响安全仪表

化工安全仪表系统一旦遭遇台风，暴雨等恶劣气候，内部的结构很容易出现水汽渗透的情况，从而使安全仪表出现故障问题的情况经常出现。在此背景下天然气液化工厂应加大全生命周期的管理，并采取为安全仪表表层罩上防雨罩等防护措施，以有效规避台风和暴雨等气候对安全仪表系统带来的不利影响。此外，企业应把管理责任落实在个人身上，坚持“由谁来管”发展理念，对仪表检修进行合理配置，一旦由此发现进水，应及时采取有效的处理措施，以确保安全仪表系统的可靠、稳定地运行。

（3）防止冰冻极端天气对安全仪表的影响

冰冻天气条件下化工安全仪表系统易发生管线冰裂，启动困难，仪表失灵等问题，严重影响了系统的运行安全与稳定。所以，为了有效地解决这一难题，天然气液化工厂应该不断地完善全生命周期的管理制度，采取保温和加热的方式来保持安全仪表系统的温度平衡，以免由于天气太冷而造成系统出现故障。此外，技术人员还应日常对仪表温度的状况进行安全管理，如果发现仪表的温度过低，应立即采取相应的措施来提高仪表的温度。

5、结束语

安全是天然气液化工厂一个永恒的主题，而安全仪表系统作为保证工艺装置安全生产、避免重大人身伤害和重大设备损坏事故发生的自动化保护系统发挥着至关重要的作用。作为企业安全工程用户，需要对安全仪表系统原理，机制，结构，使用和维护等方面进行深入研究，真正使其发挥出相应保护功能。还应对国家制订的安全法律，法规，标准，规范进行相应地理解和研究，以促进企业安全意识的增强和安全管理水平的提高。还要清醒地看到，安全仪表系统仅是企业安全生产过程中的保护层，不应视为单纯用保养安全仪表系统达到安全目的，应在保护模型上实施各级安全保护措施，不断提升化工企业的安全生产水平。

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