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SIS常见故障及处理方法培训讲义

一、系统概念

安全仪表系统(Safetyinstrumentedsystems,SIS)是一种自动安全

保护系统,它是保证正常生产和人身、设备安全的必不可少的措施,它

已发展成为工业自动化的重要组成部分。在过程工业中,安全仪表系

统的安全性对于事故的影响十分巨大,由于过程工业中的安全事故通

常会造成人员伤亡和巨额财产损失,因此开展过程工业安全仪表系统

安全评定对于确保过程工业安全具有重要意义。统计资料表明,过程

工业中,由于对安全仪表系统的安全要求不合理以及投产后的项目改

造过程中对安全仪表系统的改建不恰当所造成的安全事故在全部事

故中所占的比重最大。安全仪表系统设计不当一种可能的后果是该跳

车时不跳造成拒动作;另一种可能的后果是不该跳车时跳车,造成误动

作。拒动作会造成严重甚至灾难性的后果,误动作的直接后果是装置

停车,造成巨额的经济损失。

根据IEC61511中的定义,安全仪表系统是由传感器、逻辑控制

器、执行器组成的,能够行使一项或多项安全仪表功能

(Safetyinstrumentedfunction,SIF)的系统。每一个安全仪表功能针对特

定的风险对生产过程进行保护。评估一个装置或单元是否应使用安全

仪表系统时,最简单的一个方法就是计算其事故发生的可能性(ESD系

统可使得该可能性降低)乘上事故发生的后果(FGS系统可使得事故后

果最小化)。在国外大多数炼油和化工厂在实施安全仪表系统时,均使

用SIL2/3等级的安全仪表系统来实现ESD和FGS的功能。过程控制
安全仪表系统可能存在的问题

安全仪表系统在整个石油、化工行业都有着广泛的运用,其正常

运行可大大降低装置的风险,降低经济损失,保障人员安全等。但安全

仪表系统也存在一些问题,主要包括:安全不足、误跳车、故障率过高

和缺乏合理的维护手段。根据国外公司的数据统计显示所有的安全仪

表系统中,联锁合理的仅占40%~45%。

联锁拒动作

所谓联锁拒动作,就是在装置需要联锁进行动作以降低风险或保

障安全的时候,联锁功能失效,导致在需要时无法执行指定的安全功能,

引发重大的事故发生,是最危险的一种情况。如果联锁的拒动作概率

过高,那么可以认为联锁无法适应装置的工艺及操作条件对安全的要

求。前面已经介绍过整个联锁功能要动作要通过三个组成部分,即传

感器、逻辑控制器、执行器。为了减少系统拒动作的概率,除了要选

择可靠性较高的元器件以外,还可以适当地增加系统的冗余,比如本来

传感器是1oo1的,即根据一个传感器的情况来确定是否进行联锁动作,

现改为1oo2,即只要2个传感器中有一个报警或正常发出信号,联锁即

动作,这样就可以提高系统的可靠性。对于执行器也是一样,以阀门为

例,如果需要截止阀切断给料,如果只有一个阀门,阀门由于长时间没

有动作,很有可能会拒动,但如果有两个阀门,同时拒动的可能性就会

大幅下降。增加系统的冗余可以明显减小联锁拒动作的概率,但同时

也会提高误动作的概率。

所谓联锁误动作就是实际整个装置运行正常,而由于安全仪表

系统本身元器件失效而导致不必要的非计划停车损失。频繁的误动作

会导致对联锁可靠性信心的降低,有些企业会为了保证生产而拆除一

些联锁,有可能埋下隐患;频繁停车与启动增加了对设备的冲击及风险,

而且许多装置的开车物料损失、停产损失都是非常大的。与联锁拒动

作相同,也可以通过改变传感器和执行机构的布置和取法来减少误动

作的次数。例如原本传感器是1oo2方式,即只要两个中一个触发信号

即动作,如果改为2oo2的话,则变为必须两个同时触发才会动作。这样

就可以避免传感器故障引起的误动作。同时,也可以对传感器的失效

状态进行设定,可以设定为非故障安全,这样也可降低误跳车的概率。

总之,一个安全仪表系统必须要根据实际情况和各种失效后果,对联锁

拒动作和误动作的概率进行定量计算,如果还不能满足公司的各类风

险等级要求,必须对联锁进行重新设计或修改。

二、安全仪表系统与过程控制系统的区别

20世纪50年代,过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保

持不变,从而保证产量和质量稳定。60年代,随着各种组合仪表和巡回

检测装置的出现,过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70

年代,出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机

控制系统。80年代,过程控制系统开始与过程信息系统相结合,具有更

多的功能。而在今天,过程控制系统开始与安全仪表系统更多地结合

在一起,即:对于操作监视层,如安全仪表系统的过程变量值、报警和事
记录、以及故障诊断信息等集中在

DCS(Dis-tributedContr