安全仪表系统的应用问题及解决方案

安全仪表系统的应用问题及解决方案
摘要：系统地介绍了安全仪表系统、安全仪表功能、安全完整性等级的基本概念，以及安全仪表系统在实际应用中的一些具体方法，指出了国内在安全仪表系
统应用方面存在的问题及解决方案。

对分析判断和解决工业装置的生产，设计的
安全仪表系统难题具有指导意义。

关键词：安全仪表系统安全仪表功能安全完整性等级
安全仪表系统（Safety Instrumented System，SIS）是石油化工装置中独立于基本过程控
制学院（Basic Process Control System，BPCS）的安全保护系统，对石油化工装置的安全保护
起着十分重要的作用。

目前我国在安全仪表的设计和采用中基本上是根据以往的经验，在认
为较危险的关键部位设安全仪表系统或紧急停车系统，基本上没有对联锁回路进行安全分析
及评价，采用仪表系统后也基本上没有对整个安全仪表系统进行验证。

由于 SIS 回路组件配置是否满足要求不能明确界定，因此会出现 SIS 系统设计不足或是过
度设计的不合理情况，从而造成系统设置存在安全风险或投资的浪费。

即使一些大型国有化
企业的使用和管理也没有达到标准化，设计单位关于安全仪表系统的设计也存在一些问题。

本文归纳总结了安全仪表系统在工程上应用遇到的问题及解决办法，希望能为安全仪表系统
在工程上应用提供一些有益帮助。

1 安全仪表功能的介绍
1. 1 安全仪表功能的概念
安全仪表功能（Safety Instrumented Functions，SIF）是为了防止、减少危险事件发生或保持过程安全状态，用测量仪表、逻辑控制器、最终元件及相关软件等实现的安全保护功能或
安全控制功能。

安全仪表系统是实现一个或多个安全仪表功能的仪表系统。

SIF 功能是众多风险降低手段之一，是通过仪表设施来实现的一种安全保护功能。

既然是
一种安全保护功能，则应保证当需要这种安全功能时，必须有足够的可靠性能保证这种功能
能够启动。

衡量这种“可靠性”则用安全完整性等级（Safety Integrity Level，SIL）来表示。

安
全完整水平是 IEC61511 中非常重要的一个概念，它通过对安全功能的失败概率进行目标化的
方法来定义安全完整水平 SIL。

1. 2 安全仪表系统与基本过程控制系统的区别
基本过程控制系统（BPCS）对来自过程的、系统相关设备的、其它可编程系统的和/或某
个操作员的输入信号进行响应，并产生使过程和系统相关设备要求方式运行的系统，但它并
不执行任何SIL≥1 的仪表安全功能。

BPCS 是活动的、动态的，需要人工干预。

使生产工艺参
数维持在规定的范围内，以保证产品的产量与质量。

SIS 是静态的、被动的，不需要人为干预。

在危险情况出现时必须由静变动，正确完成功能。

2 安全仪表系统的应用
进行过程工艺系统 HAZOP 分析时，如果发现了现有安全措施不足以防范的严重的风险隐患，采用安全仪表系统是常见的一种手段。

安全仪表系统的应用主要分两个步骤：步骤 1：
根据风险分析确定必要的风险降低指标，采用不同安全完整性等级的安全仪表系统，实现控
制风险的目的，根据风险降低要求确定 SIL 等级。

步骤 2：综合考虑系统的安全性与可靠性，对系统的结构进行合理配置。

确定 SIL 等级主要解决两个问题：1），确定什么地方采用 SIF；2），采用几级的 SIL。

即
通过工艺过程风险分析，确定某个工艺过程存在的风险及风险等级，采用必要的风险降低手
段保证特定情况下不超过允许风险。

确定风险降低要求是制定 SIL 等级的重要因素，对于一个特定应用允许风险可综合考虑以下因素，例如国家法律法规、国行标要求，专利商、风险分析专家建议，同行业著名企业的
成功经验，企业风险接受能力等。

在满足国行标和风险评估的基础上，业主可根据企业的风
险接受程度和自身的管理水平、企业形象、社会责任道德操守等相关政策规定适当提高 SIL
等级要求。

SIL 确定的方法较多，有定性法、半定量法和定量法，企业可根据自身的特点选择适合的一种。

一般来讲，涉及参数较多的定量分析方法，考虑问题较全面，使用较为复杂；
涉及参数较少的半定量分析方法，应用较为简便。

不论何种方法均需要有丰富工程经验的资
深人员来判定。

影响安全仪表系统的因素较多，过程工业安全仪表系统的配置多为传感器及最终元件的
设计配置，因为逻辑控制器作为 SIS 的核心设备一般采用三重冗余或四重冗余的 IEC 认证产品，具有较高的可靠性，可是影响安全仪表功能回路的传感器及最终元件为满足特定工艺过程的
要求，具有复杂性、多样性和不确定性，传感器及最终元件的设计配置是 SIS 系统工程应用
的重点。

对于不满足 SIL 要求的回路，可采取以下手段提高回路的可靠性。

1）选择高可靠性的传感器和最终元件；尽量采购有 IEC 认证的产品。

2）对传感器和最终元件进行冗余配置，传感器的配置可采取 2oo3 冗余设置；最终元件
的配置可考虑双切断阀设置或为每个切断阀提供双电磁设置。

3）设置仪表自动检测功能，扩大诊断覆盖率。

4）加强生产管理，缩短人工检测时间间隔。

不论采取哪种方式方法提高安全仪表系统的可靠性，都要增加一定的资源投入，如选择
高可靠性设备元件，采取冗余配置或设置仪表自动检测功能将产生设备费用的投入；缩短人
工检测时间间隔，需要人力资源的投入。

不同的设计方案产生的资源投入不同，企业可根据
自身的情况来制定适合的配置方案。

3 行业内安全仪表系统工程应用问题及原因分析
相对于国外而言，安全仪表系统在国内石化行业的应用起步较晚，推广程度相对不足，
因此，行业安全仪表系统的设计评估工作还存在着一定的问题，针对存在的问题分析如下：
1）跨专业工程技术人员短缺
由于专业跨度过大，能够同时具备工艺风险评估、仪表配置、生产管理的综合型技术人
才较为稀缺，导致安全仪表功能设置的技术问题不能有效解决。

安全仪表的设置应该在了解
生产工艺和装置关键风险点以后，组建综合技术团队根据企业风险策略，提出针对性方案，
综合技术团队也应了解设备采购、生产管理，并能够进行资源投入对比平衡，并对系统维护
管理提出要求并且进行实施性监督。

2）安全仪表系统的应用与生产管理结合
过程安全管理体系的建立亟待加强，应加快建立企业过程安全管理体系，制定企业风险
目标，将安全仪表系统 SIL 分级，安全仪表系统设备采购和安全仪表系统生产维护管理一体化，有效降低工程建设费用。

现阶段由于仪表元件故障率和诊断覆盖率数据的缺失，安全仪
表系统的配置多采取冗余设计，这将造成工程建设的投资增加，强化管理是降低工程投入的
一种手段。

加强过程安全管理，积累企业内部设备失效的数据，同时加强非安全仪表功能的风险降
低程度，也可在一定程度上分担安全仪表功能风险降低的要求。

只有企业自身将风险管理与
关键的安全监控点结合起来才能解决安全仪表的设计和使用中存在的问题。

3）安全仪表系统的应用与产品生产厂商的结合不到位
加强产品标准化建设，扩大安全联锁仪表设备的取证，市场上能够提供可靠性数据的产
品有限，同质量的仪表元件价格，若是进行安全认证，就要增加相当的费用，仪表设备出厂
可靠性数据缺失，这也是安全仪表系统标准化的一大障碍。

4 安全仪表系统工程应用问题的解决方案
根据多年工程实践中遇到的具体问题及解决办法，总结出安全仪表系统技术工程应用推
广方案：
1）加强企业自身的风险管理，制定企业标准，大型国有企业应率先开展企业安全仪表管
理标准化，根据企业情况，制定有针对性的 SIL 评定原则，选择合适的 SIL 审查、SIL 验证方法。

2）加强跨专业的安全技术人员的培养，开展技术培训，使安全专业人员或安全管理人员
尽快了解安全仪表功能的作用。

工程投入与装置安全关键环节的关系，并能够应用到实际生
产过程中。

3）结合企业自身的 PSM 过程安全管理体系，将设备的采购、维修、检验方案与设备安
全管理相结合，从管理维护方面加强并维护安全仪表系统的可靠性。

4）加强安全仪表功能应用性推荐标准的编制，强化对安全仪表功能的认识。

随着企业过程安全管理体系的建立，设备失效率等基础资料的累积，存在的问题会逐步
解决，国内安全仪表系统的应用环境会很快得到改善。

参考文献
［1］GB/T 20438. 5—2006 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全第5部分：确定安全完整性等级的方法示例［S］．。