为了有效预防和大幅降低危险化学品事故发生的可能性和严重程度，针对那些涉及到“两重点一重大”的新建项目，以及那些已经投入使用的装置和罐区等设施，都明确要求必须配备具备全生命周期管理功能的安全仪表系统（SIS），并且要对这些系统的安全完整性等级（SIL）进行专业的评估。联锁控制逻辑作为安全仪表功能（SIF）回路的关键组成部分，不仅对SIF回路的整体架构有着至关重要的影响，同时也是决定整个系统安全性的核心要素。
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这里以某个原油常减压装置加热炉进料安全联锁控制回路作为实例，来验证在满足SIL等级要求的前提下，测量元件的配置是否科学合理。
当燃料气进气管线压力出现高高报警，或者炉膛温度出现高高报警的情况时，需要立即通过联锁控制关闭燃料气管线进口阀门，要求这个回路必须达到SIL2等级的安全联锁标准。在SIL低需求的情况下，假设燃料气进口阀门和炉膛内的温度检测元件都具备SIL2等级，那么需要计算SIF回路中压力变送器的PFDavg值，并且要在压力变送器不同配置的情况下，对SIF回路的安全性和可用性进行对比分析。加热炉进料联锁逻辑控制PID流程以及压力变送器的配置情况如图1所示。
图1 加热炉进料联锁逻辑控制PID流程及压力变送器配置示意图
单台压力变送器的配置（1oo1）
在燃料气进气管线压力高高超限的安全联锁SIF回路中，需要设置一台SIL2等级的压力变送器（B型）作为安全联锁触发的条件，加热炉进料联锁逻辑控制逻辑（1oo1）如图2所示，其PID控制流程参见图1中的a部分；SIL2压力变送器（B型）的相关安全参数如表1所列，其中，FIT代表单个失效发生的时间（10-9小时），TS为检验周期，TI为修复时间，TR为从联锁触发停车到重启开车的时间。
表1 SIL2压力变送器（B型）的相关安全参数
图2 加热炉进料联锁逻辑控制逻辑（1oo1）示意图
依据ISA-TR84.002：2015《安全仪表功能（SIF）的安全完整性等级（SIL）验证》中的简化公式进行计算，可以得到（针对变送器1oo1）：PFDavg=4.2×10-4；STR=8.4×10-8。
两台压力变送器的安全联锁配置（1oo2）
在燃料气进气管线压力高高超限的安全联锁SIF回路中，需要设置两台SIL1等级的压力变送器“1oo2”（B型，HFT=1）作为安全联锁触发的条件，加热炉进料联锁控制逻辑（1oo2）如图3所示，其PID控制流程参见图1中的b部分；SIL1压力变送器（B型）的相关安全参数如表2所列。
表2 SIL1压力变送器（B型）的相关安全参数
图3 加热炉进料联锁控制逻辑（1oo2）示意图
根据ISA-TR84.002：2015中的简化公式进行计算，可以得到：PFDavg=6.975×10-6；STR=1.68×10-7。
三台压力变送器的安全联锁配置（2oo3）
在燃料气进气管线压力高高超限的安全联锁SIF回路中，需要设置三台SIL1等级的压力变送器“2oo3”（HFT=1）作为安全联锁触发的条件，加热炉进料联锁控制逻辑（2oo3）如图4所示，其PID控制流程参见图1中的c部分。
图4 加热炉进料联锁控制逻辑（2oo3）示意图
根据ISA-TR84.002：2015中的简化公式进行计算，可以得到：PFDavg=2.0925×10-5；STR=5.568×10-10。
对于同一SIL等级但不同配置的压力变送器SIF回路，其计算结果如表3所列。根据表3中的数据可以得出以下结论：“1oo2”的配置在安全性能方面表现最好，但STR值最高，这意味着在实际操作过程中其可用性相对较差；“2oo3”的STR值最低，表明在实际生产中其可用性非常可靠，更有利于日常的生产运营，其安全性能也达到了要求；“1oo1”的配置在安全性能方面表现最差，STR值介于其他两种配置之间。因此，在确保SIF回路达到SIL2等级的前提下，变送器“2oo3”的配置是最为理想的选择，因为它能够同时兼顾安全性和实用性。
表3 同一SIL等级下不同配置的压力变送器SIF回路计算结果
在SIL低需求模式下，即使采用单台具备SIL2等级的压力变送器，与通过特定的HFT方式使得单台SIL1压力变送器满足SIF回路为SIL2的配置模式相比，前者的安全性和STR表现都要略逊一筹。因此，在某些对安全要求较高的模式下，保留一定的HFT是有其必要性的。
在实际的SIS工程设计或验证过程中，具备SIL2等级的压力变送器已经成为一种常见的配置。在某些联锁回路中，通过增加HFT的方式可以使变送器部分的配置达到SIL3等级，或者要求压力变送器必须具备自检测功能，通过提升SIF回路中部分回路的安全等级，可以有效避免误停车的发生，从而提高SIF回路的实用性。
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本文内容节选自：自控中心站，《石油化工自动化》杂志2022年第3期，《工程设计中SIS执行及SIL验证》，作者：中海油石化工程有限公司 伊飞