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化工装置联锁系统的关键管理要点

来源:作本化工视界 发布时间:2025/12/26

在化工生产的高温、高压、易燃易爆等复杂工况下,联锁系统是保障设备安全、人员健康、环境合规的 “最后一道防线”。它通过实时监测工艺参数、自动执行联锁动作,避免工艺指标超限引发的火灾、爆炸、中毒等恶性事故。据行业统计,规范运行的联锁系统可降低 80% 以上的工艺安全事故风险,但实际运维中,联锁失效、逻辑缺陷、人为干预等问题仍屡见不鲜。本文结合《石油化工安全仪表系统设计规范》(SH/T 3018-2019)及行业实践,解析联锁系统的核心价值、常见隐患与全周期管理要点。

一、联锁系统的核心安全价值:不止于 “自动停机”

联锁系统的本质是 “预设逻辑 + 联动执行” 的安全保障体系,其核心作用贯穿化工生产全流程,远超单纯的 “超限停机”:

1. 工艺参数超限保护:实时监测温度、压力、液位、流量等关键指标,当参数超出安全阈值时,自动触发联锁动作 —— 如超压时开启泄压阀、超温时切断加热源、液位过低时停止进料,从源头阻断危险工况升级。

2. 设备联锁防护:针对压缩机、反应器、换热器等核心设备,设置设备间的联动保护逻辑。例如,泵体轴承温度超限后,自动切断泵的动力源并关闭进出口阀门,避免设备烧毁或介质泄漏。

3. 人员安全隔离:在检修、清罐等作业场景中,联锁系统可实现 “作业许可 + 安全隔离” 联动,未完成盲板隔离、气体检测合格等前置条件时,禁止启动相关设备,杜绝 “误操作” 引发的人身伤害。

4. 合规性保障:根据《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》(GB/T 21109-2021)要求,涉及重大危险源的化工装置必须配置满足 SIL(安全完整性等级)要求的联锁系统,这是企业取得安全生产许可的核心条件之一。

二、联锁系统常见失效风险:隐蔽性与危害性并存

联锁系统的失效往往不是单一环节问题,而是 “设计 - 安装 - 运维 - 管理” 全链条的漏洞叠加,常见风险主要集中在四类:

(一)人为干预不当:最易忽视的 “致命漏洞”

1. 联锁旁路滥用:为应对生产波动、临时检修等情况,部分运维人员违规启用联锁旁路后未及时恢复,或旁路操作无记录、无监护。某化肥厂曾因液位联锁旁路长期未关闭,导致反应釜液位失控溢出,引发氨气泄漏事故。

2. 强制解除联锁:为追求 “连续生产”,擅自修改 DCS 逻辑、短接联锁信号,使联锁系统形同虚设。这类行为直接违背《危险化学品安全管理条例》,一旦发生事故,将构成重大责任违规。

(二)设故障:硬件失效导致联锁 “失灵”

1. 传感器漂移或损坏:温度变送器、压力开关、液位计等检测元件长期处于腐蚀、振动环境中,易出现测量精度下降、信号中断。某炼油厂催化裂化装置因温度传感器漂移,导致联锁延迟动作,险些引发反应器超温结焦。

2. 执行机构卡涩:电磁阀、切断阀、泄压阀等执行部件缺乏维护,阀杆锈蚀、密封老化会导致联锁动作响应迟缓或无法到位。例如,紧急切断阀卡涩可能导致 “该关不关”,使危险介质持续泄漏。

3. 通信链路中断:DCS 与 PLC 之间、控制器与现场设备之间的通信线路故障,会导致信号丢失或延迟,破坏联锁逻辑的连贯性。

(三)逻辑设计缺陷:先天不足的 “安全隐患”

1. 联锁逻辑不完整:设计时未充分考虑极端工况,如未设置 “停电应急联锁”“介质互窜防护逻辑”,导致特殊场景下无联锁保护。

2. 阈值设定不合理:安全阈值过高(无法及时触发保护)或过低(频繁联锁停机影响生产),均会降低联锁系统的有效性。例如,某化工厂反应器压力联锁阈值设定高于设备设计压力,导致超压时联锁未动作,设备出现塑性变形。

3. 未考虑冗余设计:关键联锁回路未采用 “二取一”“三取二” 等冗余配置,单一设备故障直接导致联锁失效。

(四)运维管理缺失:长期忽视的 “慢性损耗”

1. 缺乏定期测试:未按规范开展联锁回路测试,部分企业甚至数年不进行联锁动作试验,导致潜在故障无法及时发现。

2. 文档资料不全:联锁逻辑图、阈值设定依据、旁路操作记录、故障处理台账等资料缺失,导致运维人员无法快速排查问题。

3. 人员能力不足:运维人员不熟悉联锁逻辑、不会操作测试工具,或应急处置时误操作,加剧故障影响。

三、联锁系统安全运行的关键维护要点

(一)规范联锁旁路管理:杜绝 “无序操作”

1. 建立联锁旁路分级审批制度:一般旁路需车间技术负责人审批,关键联锁(如反应器超压联锁)需企业安全管理部门备案,明确旁路启用条件、时限及恢复责任人。

2. 旁路操作全程留痕:通过 DCS 系统记录旁路启用时间、操作人员、原因及恢复时间,同时现场悬挂 “旁路启用警示牌”,防止遗漏恢复。

3. 严格限制旁路时长:临时旁路启用时间不得超过 24 小时,特殊情况需延长时,需重新履行审批手续并制定专项安全措施。

(二)强化设备全生命周期维护

1. 检测元件定期校准:按 SH/T 3018-2019 要求,温度、压力等传感器每 6-12 个月校准一次,腐蚀、振动工况下缩短至 3-6 个月,确保测量精度。

2. 执行机构常态化保养:每季度检查切断阀、电磁阀的动作灵活性,定期清理阀杆、更换密封件和润滑油;每年进行一次全行程动作试验,验证响应时间是否符合要求。

3. 冗余回路专项检查:对 “三取二” 等冗余联锁回路,定期开展 “单回路故障模拟测试”,确保冗余逻辑有效。

(三)定期开展联锁逻辑验证与测试

1. 联锁逻辑静态验证:每年对照工艺规程、设备参数,复核联锁逻辑图、安全阈值的合理性,更新逻辑变更记录。

2. 联锁回路动态测试:每 1-2 年开展一次联锁动作试验,模拟传感器超限、执行机构故障等场景,验证联锁动作的准确性和响应速度;涉及重大危险源的装置,需按 SIL 等级要求每 3-5 年进行一次安全完整性评估。

3. 应急演练联动测试:将联锁系统测试融入应急演练,检验故障发生时,联锁动作与现场处置的协调性。

(四)完善文档与数据管理

1. 建立联锁系统全生命周期档案:包含设计方案、逻辑图、阈值计算书、校准记录、测试报告、故障处理台账等,确保可追溯。

2. 数字化监控联锁状态:通过 DCS 系统实时监测联锁回路运行状态,设置 “联锁旁路报警”“传感器故障报警”,确保异常情况及时发现。

四、联锁系统的全周期规范管理措施

1. 制度先行:构建闭环管理体系:制定《联锁系统管理办法》《联锁旁路操作规程》《联锁测试管理制度》等文件,明确设计、安装、调试、运维、变更等各环节的责任部门和工作要求。

2. 人员赋能:提升专业能力:定期开展联锁系统知识培训,内容涵盖逻辑原理、操作流程、故障排查、应急处置等;对运维人员进行持证上岗考核,杜绝 “不懂就操作”。

3. 变更管控:严防 “随意修改”:联锁逻辑、安全阈值等需变更时,必须履行 “变更申请 - 风险评估 - 审批 - 实施 - 验证” 流程,变更后及时更新逻辑图和操作手册。

4. 应急处置:快速响应故障:制定联锁系统失效应急预案,明确故障排查流程、应急替代措施(如手动操作泄压阀);配备便携式测试工具,确保故障发生后 30 分钟内启动排查。

五、结语

联锁系统是化工装置的 “安全神经中枢”,其可靠性直接决定了生产安全的底线。企业绝不能将联锁系统视为 “可有可无的辅助设施”,而应将其纳入核心设备管理范畴,通过 “规范设计、严格运维、科学管理”,确保联锁系统始终处于有效运行状态。唯有守住这道 “最后防线”,才能从根本上防范恶性安全事故,实现化工生产的安全、稳定、可持续发展。