化工安全生产标准化（化工过程控制和检测技术）

仪表

1.化工过程控制系统的工作原理

当控制系统受到扰动作用后，被控变量（如温度、压力、液位）发生变化，通过检测变送仪表得到其测量值；控制器接受被控变量（如温度、压力、液位）测量变送器送来的测量信号，与设定值相比较得出偏差，按某种运算规律进行运算并输出控制信号；控制阀接受控 制器的控制信号，按其大小改变阀门的开度，调整被控变量的数值，以克服扰动的影响，使 被控变量回到设定值，最终达到控制被控变量（如温度、压力、液位）稳定的目的，这样就完成了所要求的控制任务。这些自动控制装置和被控工艺设备组成了一个没有人直接参与的 自动控制系统。

自动控制系统最主要的特点：有反馈存在，按偏差进行控制。

2.化工过程检测

在化工生产，需对压力、料位、流量、温度等参数和产品的成分及物性进行自动检测。应采用相应的检测方法、测量误差分析与处理方法来获得被测参数的真实值。

3.化工仪表的类型

化工企业仪表设备一般分为常规仪表、仪表控制系统、仪表联锁保护系统、分析仪表、安全环保仪表及其他仪表。常规仪表包括检测仪表、显示或报字号仪表、控制仪表、辅助单元、执行器及其附件等。

仪表控制系统包括集散控制系统（DCS）、可编程控制系统（PLC）、机组控制系统（CCS）、工业控制计算机系统（IPC）、监控和数据采集系统（SCADA）等。

仪表联锁保护系统包括紧急停车系统（ESD）、安全仪表系统（SIS）、安全停车系统（SSD）、安全保护系统（SPS）、逻辑运算器、继电器等。

分析仪表包括在线分析仪表、化验室分析仪器。安全环保仪表包括可燃气体检测报警器，

有毒气体检测报警器，氨氮分析仪，化学需氧量（COD）分析仪，烟气排放二氧化硫分析仪， 外排废水、废气流量计等；此外，还有振动/位移检测仪表、调速器、标准仪器、工业电视监控系统等。

（1） 常规仪表：常规仪表主要是指通过被测量与标准量相比较得到结果的原理制造的仪表。通过常规仪表可以对工艺生产过程中的温度、压力、流量、液位四大参数进行检测。

（2） 仪表控制系统：一般情况下，仪表控制系统至少要完成三个任务：

①实时数据处理。②实时监督决策。对系统中的各种数据进行超限报警、事故预报与处理，根据需要进行设备启停，对整个系统进行诊断与管理等。③实时控制及输出。根据生产过程的特点和控制要求，选择合适的规律，包括复杂的先进控制策略，然后按照给定的控制策略和实时的生产情况，实现在线、实时控制。

（3） 仪表联锁保护系统：仪表联锁保护系统用于监视生产装置或独立单元的操作，如果生产过程超出安全操作范围，可以使其进入安全状态，确保装置或独立单元具有一定的安全度。

安全仪表系统不同于批量控制、顺序控制及过程控制的工艺联锁，当过程变量（温度、压力、流量、液位等）超限，机械设备故障，系统本身故障或能源中断时，安全仪表系统能自动（必要时可手动）地完成预先设定的动作，使操作人员、工艺装置处于安全状态。

（4） 分析仪表：分析仪表是指对物质的组成和性质进行分析和测量，并直接指示物质的成分及含量的仪表。实验室仪表是由人工现场采样，然后由人工进行分析，分析结果一般较为准确；在线分析仪表用于连续生产过程，能自动采样，自动分析，自动指示、记录、打印分析结果。

（5） 安全环保仪表：安全环保仪表可对生产过程中可能产生的废弃物或异常情况下可能泄漏或外排的气体、液体的成分进行分析及检测，以便于进行生产调整，减少影响环境的事件发生。

4.仪表设备易发生的事故类型及影响

（1） 常规仪表故障及其影响：多数仪表故障出现在与被测量介质相接触的传感器和调节阀上，这类故障占 60%以上；这类故障出现在一般检测回路上，对生产装置不会有太大的影响。

（2） 仪表系统性故障及其影响：仪表机柜电源是控制系统的命脉。当仪表机柜电源发生不输出的故障时，操作人员对所有的监控数据无法把握，必定会造成所控制的装置生产波 动，引发装置停车。

（3） 当仪表气源发生停气或压力下降的故障时，装置所有的控制阀门将回到自然状态， 也就是设计时所选择的安全状态，这种情况下生产装置的介质及设备会处于“保险”状态， 不会引起超温、超压，但会引起装置的停车。

（4） 当控制系统发生死机时，一般情况下所有的操作失去控制，也会造成装置停车。当安全仪表系统中联锁回路的检测、控制设备及相关附件发生故障时，都会引起生产波动，关键参数还可能互相影响而导致全装置停车。

5.仪表的设计、选型和安装的总体要求

仪表的选型遵循安全可靠、技术成熟、经济合理的原则，仪表设备施工单位必须具有相应的施工资质、施工能力，并具有健全的工程质量保证体系。

工程项目竣工验收资料应齐全完整，主要包括：工程竣工图（包括装置整套仪表自控设计图纸及竣工图），设计修改文件和材料代用文件，隐蔽工程资料和记录，仪表安装及质量检查记录，电缆绝缘测试记录，接地电阻测试记录，仪表风管和导压管等扫线、试压、试漏记录，仪表设备和材料的产品质量合格证明，仪表校准和试验记录，回路试验和系统试验记录，报警、联锁系统调试记录，智能仪表、DCS、ESD（SIS）、PLC、CCS、SCADA 等组态记录工作单及相关软件版本记录、用户应用软件备份，仪表设备交接清单，仪表回路图，联锁接线图、逻辑图，仪表设备说明书，未完工程项目明细表。

6.检测报警设施安全技术

检测报警设施包括：压力、温度、液位、组分等报警设施，可燃气体和有毒气体检测报警系统，便携式可燃气体和有毒气体检测报警器，火灾报警系统，氧气检测报警器，放射源检测报警器，静电测试仪器（电荷密度计、静电电压表），漏油检测报警器，对讲机，报警电话，电视监视系统等。

6.1 可燃气体和有毒气体检测报警系统

设置可燃气体和有毒气体检测报警系统的目的是检测泄漏的可燃气体和有毒气体的浓度并及时报警，预防人身伤害以及火灾与爆炸事故的发生，根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》（GB50493）规定，可燃气体是指甲类可燃气体或甲、乙A 类可燃液体汽化后形成的可燃气体，有毒气体是指《高毒物品目录》中所列的有毒蒸气或有毒气体， 常见的有二氧化氮、硫化氢、苯、氧化氢、氨、氯气、一氧化碳、丙烯腈、氯乙烯、光气等。

《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》（GBZ/T223）则明确了有毒气体检测报警装置的设置要求。

（1） 在生产或使用可燃气体及有毒气体的工艺装置和储运设施的区域内，对可能发生可燃气体和有毒气体的泄漏进行探测时，应按下列规定设置可燃气体和有毒气体检（探）测 器。

①可燃气体或含有毒气体的可燃气体泄漏时，可燃气体浓度可能达到25%爆炸下限， 当有毒气体不能达到最高容许浓度时，应设置可燃气体检（探）测器。②有毒气体或含有可燃气体的有毒气体泄漏时，有毒气体浓度可能达到最高容许浓度， 当可燃气体浓度不能达到25%爆炸下限时，应该设置有毒气体（探）检测器。③可燃气体与有毒气体同时存在的场所，可燃气体浓度可能达到25%爆炸下限，有毒气体的浓度也可能达到最高容许浓度时，应分别设置可燃气体和有毒气体检（探）测器。④同一种气体，既属可燃气体又属有毒气体时，应只设置有毒气体检（探）测器。

（2） 可燃气体和有毒气体的检测系统应采用两级报警。

可燃气体和有毒气体检测的一级报警为常规的气体泄漏警示报警，提示操作人员及时到现场巡检。当可燃气体和有毒气体浓度达到二级报警值时，提示操作人员应采用紧急处理措施。当需要采用联动保护时，二级报警的输出接点信号可供使用。现场发生可燃气体和有毒气体泄漏事故时，为了保护现场工作人员的身体健康，对同时发出的有毒气体和可燃气体的检测报警信号的处理，应遵循二级报警优先于一级报警；属同一报警级别时，有毒气体的报警级别优先的原则。

（3） 工艺有特殊需要或在正常运行时人员不得进入的危险场所，宜对可燃气体和有毒气体释放源进行连续检测、指示、报警，并对报警进行记录或打印，以便随时观察发展趋势 和留作档案资料。

（4） 通常情况下，工艺装置或储运设施的控制室、现场操作室是操作人员常驻和能够采取措施的场所。现场发生可燃气体和有毒气体泄漏事故时，报警信号应使现场报警器报警， 提示现场人员采取措施。同时，报警信号发送至操作人员常驻的控制室、现场操作室等进行报警，有利于控制室、现场操作室的操作人员及时采取措施。

（5） 装置区域内现场报警器的布置应根据装置区的面积、设备及建（构）筑物的布置、 释放源的理化性质和现场空气流动特点综合确定。当现场仅只需要布置数量有限的可燃气体 和有毒气体检（探）测器时，在不影响现场报警效果的条件下，现场报警器可与可燃气体和 有毒气体报警器探头合体设置。当现场需要布置数量众多的可燃气体和有毒气体检（探）测 器时，现场报警器应与可燃气体和有毒气体检（探）测器分离设置，并根据现场情况，提出声光警示要求，分区布置。为了提示现场工作人员，现场报警器常选用声级为105dB（A） 的音响器，在高噪声区［噪声超过85dB（A）］及生产现场主要出入口处，通常还设立旋光 报警灯。

（6） 可燃气体检（探）测器应采用经国家指定机构或其授权检验单位的计量器具制造认证、防爆性能认证和消防认证的产品。国家法规有要求的有毒气体检（探）测器应采用经 国家指定机构或其授权检验单位的计量器具制造认证的产品。其中，防爆型有毒气体检（探） 测器还应采用经国家指定机构或其授权检验单位的防爆性能认证的产品。目前，《强制检定 的工作计量器具目录》中所列的必须经国家计量器具制造认证的有毒气体检测器只有二氧化硫、硫化氢、一氧化碳等几种产品。对于国家法规要求进行检测的有毒气体而言，并非所有 的有毒气体检测器都须经国家指定机构及授权检验单位的计量器具制造认证。

（7） 可燃气体和有毒气体检（探）测器，应采用固定式。

固定式可燃气体和有毒气体报警器是指在现场长期固定安装的气体检测装置；移动式可燃气体和有毒气体报警器是指能从一处移动到另一处，并可以在现场短期固定安装的气体检测报警装置；便携式可燃气体和有毒气体报警器是指可以随身携带并在携带过程中完成检测报警任务的气体检测报警装置。对于一些不具备设置固定式可燃气体和有毒气体检（探）测器的场所，例如：环境温度 过高；环境温度过低；或在正常情况下视为非爆炸或无毒区，生产检修时可能为爆炸或有毒 危险区等，受检测产品的性能所限，通常可以安装移动式可燃气体和有毒气体检测报警器， 以确保生产和维护的安全需要。

（8） 可燃气体和有毒气体检测报警系统宜独立设置。独立设置是指可燃气体和有毒气体检测报警系统的检测与发出报警信号的功能，不受对应装置生产控制仪表系统故障的影 响。

（9） 便携式可燃气体和有毒气体检测报警器的配备，应根据生产装置的场地条件，工艺介质的易燃易爆特性及毒性，以及操作人员的数量等综合确定。受生产现场场地条件和气 象条件所限，可燃气体和有毒气体检（探）测器的设置常常难以反映出释放源的准确地点和方位，为保障人身安全，对于在现场巡检和操作的工作人员，配备便携式可燃气体和有毒气体检（探）测仪可提高安全工作效率。

（10） 现场固定安装的可燃气体和有毒气体检测报警系统，宜采用不间断电源（UPS） 供电。加油站、加气站、分散或独立的有毒及易燃易爆品的经营设施，其可燃气体和有毒气体检测报警系统可采用普通电源供电。

6.2 检（探）测点的确定

可燃气体和有毒气体检（探）测器的检（探）测点，应据气体的理化性质、释放源的特性、生产场地布置、地理条件、环境气候、操作巡检路线等条件，选择气体易于积聚和便于采样检测之处布置。对于工艺装置、储运设施、其他有可燃气体、有毒气体的扩散与积聚场所可燃气体与有毒气体检（探）测点的确定，《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范（》GB50493）都给了明确的规定，具体可参考该标准。

6.3 检（探）测器和指示报警设备的选用

（1） 一般规定:可燃气体和有毒气体检（探）测器是常用的精密检测分析仪表，为了保证现场检测数据 的可靠性，设计选型时，应根据现场的环境条件提出对产品的技术性能要求。检（探）测器的选用，应考虑使用环境温度，以及被检测的气体同安装环境中可能存在的其他气体的交叉 影响，并结合现场环境特征，考虑检（探）测器的防水、防腐、防潮、防尘、防爆和抗防电磁干扰等要求。

（2） 选用要求:指示报警设备能为可燃气体和有毒气体检（探）测器及所连接的其他部件供电，能直接或间接地接收可燃气体和有毒气体检（探）测器及其他报警触发部件的报警信号，发出声光报警信号，并予以保持。声光报警信号应能手动消除，再次有报警信号输入时仍能发出报警。

6.4 检（探）测器和指示报警设备的安装

（1） 检测比空气重的可燃气体检（探）测器，其安装高度应距地坪（或楼地板）0.3～ 0.6m。检测比空气重的有毒气体的检（探）测器，应靠近、泄漏点，其安装高度应距地坪（或 楼地板）0.3～0.6m。过低易造成因雨水淋、溅，对检（探）测器的损害；过高则超出了比空气重的气体易于积聚的高度。相对气体密度大于 0.97kg/m3（标准状态下）的即认为比空气重，相对气体密度小于 0.97kg/m3（标准状态下）的即认为比空气轻。

（2） 检测比空气轻的可燃气体（如甲烷和城市煤气时），检（探）测器高出释放源所在高度 0.5～2m，且与释放源的水平距离适当减小至 5m 以内，可以尽快地检测到可燃气体。当检测指定部位的氢气泄漏时，检（探）测器宜安装在释放源周围及上方1m 的范围内，太远则由于氢气的迅速扩散上升，起不到检测效果。检测与空气相对分子质量接近且极易与空 气混合的有毒气体（如一氧化碳和氰化氢）时，检（探）测器应安装在距释放源上下1m 的高度范围内；有毒气体比空气稍轻时，检（探）测器安装在释放源上方，有毒气体比空气稍重时，检（探）测器安装在释放源下方；检（探）测器距释放源的水平距离不超过1m 为宜。

（3） 检（探）测器应安装在无冲击、无振动、无强电磁场干扰、易于检修的场所，安 装探头的地点与周边管线或设备之间应留有不小于0.5m 的净空和出入通道。检（探）测器的安装与接线技术要求应符合制造厂的规定，并应符合《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058）的规定。

（4） 指示报警设备应安装在有人值守的控制室、现场操作室等内部，现场报警器应就近安装在检（探）测器所在的区域。

6.5 气体报警器的维护及注意事项

（1） 使用可燃气体和有毒气体检测报警器的企业，应配备必要的标定设备及标准气体。

（2） 采用多点式指示报警器或信号引入系统时，应具有相对独立、互不影响的报警功能，并能区分和识别报警场所的位号。

（3） 日常巡回检查时，要检查指示、报警是否工作正常，检查检测器是否意外进水。

（4） 根据环境条件和仪表工作状况，定期通气，检查和试验检测报警器是否正常。

（5） 可燃气体和有毒气体检测报警器的检定按照《可燃气体检测报警器》（JJG693）、

《硫化氢气体检测仪检定规程》（JJG695）等的要求进行。可燃气体和有毒气体检测报警器检查校准每季度一次。可燃气体和有毒气体检测报警器的检定由有资质单位按国家强检规定每年进行一次。检查、检定人员应取得有效的资格证书。

（6） 可燃气体和有毒气体检测报警器的移位、停运、拆除、停用，必须由相应主管部门审批后方可实施。维护单位拆修在用可燃气体和有毒气体检测报警器时，必须通知使用单位，应在 24h 内修复；若不能修复，必须通知使用单位，并上报相关部门备案。

7.安全仪表系统

安全仪表系统（safety instrumented system，SIS）包括仪表保护系统（instrument protection system，IPS）、安全联锁系统（safety interlocking system，SIS）、紧急停车系统（emergency shut-down system，ESD）。

控制系统

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