石油化工行业的 紧急停车及安全联锁系统（ESD/SIS） 设计，核心遵循 SHB-Z06-1999《石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则》，同时需结合 GB/T 50770、IEC 61508/61511 等现行国标与国际标准。以下为该导则的核心内容与设计要点的深度解析：
一、标准概况
标准编号：SHB-Z06-1999
发布 / 实施：1999-10-12 发布，2000-01-01 实施
适用范围：石油化工装置 / 工厂的 ESD/SIS 设计，公用 / 辅助设施可参照；不适用于气动 / 液压逻辑系统
核心目标：防止恶性事故、保护人身 / 设备安全、减少非计划停车
二、核心设计原则
独立设置原则
SIS 必须完全独立于 BPCS（DCS/PLC）：传感器、控制器、执行器、电源、布线均独立。
目的：防止控制系统故障或误操作影响安全功能。
故障安全（Fail-safe）原则
系统任何部件故障时，自动导向安全状态（如阀门关断、机组停机）。
例：失电 / 失气时，切断阀自动关闭（FC），放空阀自动打开（FO）。
中间环节最少原则
信号路径最简，减少继电器、隔离器、转接件，降低失效点。
优先直接进 SIS 控制器，减少中间环节。
冗余 / 容错原则（高安全要求）
关键部件（控制器、I/O、电源、关键传感器）采用 1oo2、2oo3（三取二）、冗余 配置。
SIL2 及以上必须冗余。
可用性原则
安全与可用平衡：不误动、不拒动，便于在线测试与维护。
三、系统组成（SIS 三要素）
1. 现场传感器（检测元件）
独立性：SIS 仪表专用，不与 BPCS 共用（SIL2 + 必须独立）。
冗余配置：
关键参数（如液位、压力、火焰检测）：2oo2 或 3oo2（三取二）。
取源点、引压管、一次阀完全独立，防止共因失效。
故障安全：变送器故障时输出超量程信号（如低于 3.8mA 或高于 21mA），SIS 识别为故障并导向安全。
2. 逻辑控制器（ESD 系统）
硬件：SIS 专用 PLC（如 Triconex、HIMA、ICS、西门子 S7-400F/FH）。
冗余：控制器、I/O、通讯总线三重化（TMR）或双重冗余。
软件：
程序简单、固化、防误改，仅授权人员可修改。
逻辑：纯联锁，无复杂控制、无动态修改。
必须在线测试功能（旁路、部分行程测试）。
3. 最终执行元件（阀门 / 停机机构）
专用切断阀：不与调节共用，快开 / 快关（通常≤1~3 秒）。
故障安全：
进料阀：FC（故障关）
放空 / 泄压阀：FO（故障开）
配置：单 / 双电磁阀、气动带手动、阻火器、限位开关。
可靠性：关键阀冗余配置或可在线部分行程测试（PST）。
四、硬件设计要点
1. 电源（最关键）
独立双冗余 UPS：SIS 专用，与 BPCS 完全分开。
电池后备时间 ≥ 30 分钟。
配电回路：双路独立供电，自动切换。
2. 接地与布线
屏蔽电缆，单端接地，与动力线分离敷设（≥30cm）。
严禁与 DCS 信号线共管、共槽。
接地：独立安全接地网，电阻 ≤4Ω。
3. 人机接口（HMI）
独立操作站（辅操台）：带急停按钮、声光报警、状态显示。
报警：分级（预警 / 报警 / 联锁），事件顺序记录（SOE）分辨率 ≤1ms。
五、联锁逻辑设计规范
1. 逻辑结构
分级动作：
报警（Annunciation）
预联锁 / 减负荷
局部停车
装置紧急停车（ESD）
全厂停车 / 紧急泄压
逻辑表达式：清晰、标准、可审查。
例：
(PTLL 三取二) OR (LTLL 三取二) OR (手动急停) → 关XV101、XV102，停P101
2. 典型联锁场景
工艺联锁：超温 / 超压 / 液位低低、流量中断、火灾 / 气体泄漏（FGS）。
设备联锁：压缩机 / 泵轴温 / 振动 / 油压低、密封泄漏。
手动联锁：现场 / 中控紧急停车按钮。
3. 旁路与测试
关键回路设旁路开关（带授权、带锁、带记录）。
允许在线测试，不影响正常运行。
六、安装与施工要求
仪表位置：远离振动、高温、腐蚀；符合故障安全（如压力变送器 ** 下倾 45°** 排液）。
阀门安装：
切断阀靠近设备、垂直安装，便于操作。
电磁阀常带电（失电动作，故障安全）。
气源：独立、干燥、无油，双路供气，故障安全。
七、SIL 等级与导则关系
SHB-Z06-1999 为基础设计要求。
GB/T 50770-2013/2025、IEC 61511 为SIL 定级、验证、全生命周期规范。
设计流程：风险分析 → SIL 定级 → 按导则 + SIL 要求设计 → 验证 → 投用 → 维护。
八、常见故障与设计禁忌
❌ 共用传感器 / 阀门 → ✅ 必须独立
❌ 电源共 UPS → ✅ 独立双 UPS
❌ 逻辑复杂、频繁修改 → ✅ 最简逻辑、固化
❌ 无冗余、无可测试 → ✅ 冗余 + 在线测试
❌ 接地混接、干扰 → ✅ 独立接地、屏蔽分离
九、标准体系对照
行业导则：SHB-Z06-1999（ESD/SIS 设计）
国家标准：GB/T 50770（SIS 规范）
国际标准：IEC 61508/61511（SIL 功能安全）
工程规范：SH/T 3018/3019（仪表配线、接地）
总结
SHB-Z06-1999 核心一句话：独立设置、故障安全、环节最少、冗余容错、在线可测。
