叶向东老师细说安全仪表系统（中）

仪表专业与安全完整性等级（SIL）在SIS工程设计中的深思与解析


引言：安全仪表系统（SIS）的设计核心与挑战

在化工、石油、电力等领域，工程设计中涉及的安全因素不容忽视。安全仪表系统（SIS）作为生产安全的关键组成部分，其设计与实施不仅关乎技术的专业性，还体现了对风险控制的精细管理。本文以工程设计的实际操作为主线，解析仪表专业在SIS设计中面临的挑战和应用导向，旨在深入讨论与SIS设计相关的理念、原则、技术层面的细节与迷思，以及关键概念的精确界定与误区的澄清。




SIS设计的基本原则与挑战


1.1 SIS设计的角色与责任

设计院的安全专业在SIS设计中扮演着至关重要的角色。他们负责工艺安全设计、危险与危害分析（HAZOP）、向其他专业提交安全设计资料，并解答技术问题。随着自动化系统应用的普及，SIS的重要性日益凸显，但安全专业的输出资料提供不及时或质量不足，常导致仪表专业在没有完整资料的情况下面对复杂的SIS设计任务，这无疑增加了后续工作的难度和不确定性。

1.2 安全仪表系统概念的混淆

早期在普及与推广SIS概念时，其核心作用被简单比喻为“静止”，如“狗熊冬眠”，这种比喻在技术层面上不仅误导人，也未能传达SIS动态本质：时刻监控过程变量，准备在特定条件下行动。安监部门的指导意见虽覆盖广泛，但对SIS的深层次理解还需深入探讨，当面对理论原则与实际操作之间的偏差时，技术人员和专家们经常感到困惑。

1.3 安全完整性等级（SIL）的误解与误区

安全完整性等级（SIL）是用来衡量控制系统的安全可靠度，但并不意味着SIL越高就越好。过高SIL可能造成过度设计，增加经济负担且未必能显著增强系统安全性。此外，SIL设定背后的数学模型在理论与实际应用中的匹配度受到质疑，例如SIL等级中的平均失效概率数值，并非直接与工艺过程相关联或是电气、电子设备的故障率为基础。

SIS的构成与运算特性解析


2.1 SIS的构成与定义

安全仪表系统（SIS）并非单一元素集合的简单命名，而是在不同场合与语境中有不同的答案。作为冗余故障安全系统的代表，SIS通常由检测元件（传感器）、逻辑控制器和执行机构组成，需实现特定的安全功能。尽管在IEC标准中提及“元件”包括测量仪表、安全控制器和最终元件，但这一定义因上下文不同而有所变化。

2.2 运算逻辑与功能特性

SIS的核心运算逻辑基于开关信号的变化，通过逻辑解算器（计数器）驱动执行机构（如开关阀）完成特定的操作或响应动作。SIS是一个具有独立运算逻辑能力的控制器，其特性在于不依赖人工操作，一旦触发安全逻辑即自动执行预设安全操作。整体上，SIS作为实现故障安全控制的系统，每时每刻都在运行，通过实时监测与自动响应，确保关键装置处于安全状态。

SIS的独立设置与供电问题探究


3.1 独立设置的理论与实际问题

SIS的独立设置趋势与理念，源于将仪表控制系统与操作控制系统（BPCS）相隔离，减少“共因失效”的可能性，从而增强整体系统的可靠性与安全性。然而，这一概念的实践过程中存在歧义，例如在术语应用中忽视了软件功能的完整性，以及各个系统与组件间的相互依赖。此外，关于UPS与SIS供电的独立性，需明确两者的目的与要求，规避不必要设计冗余，确保在不同工况下的设备安全性与稳定运行。