安全仪表系统安全完整性等级的评估技术

安全仪表系统安全完整性等级的评估技术
李玉明姜巍巍李荣强庄腾宇
中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院青岛市
【摘要】介绍了安全仪
表系统在现代过程工业中的作用和地位以及功能安全的特点和标准体系重点阐述了
安全完整性等级的划分和评估过程以及等级的确定和计算方法为安全仪表系统等级
评估提供依据。

【关键词】安全仪表系统功能安全安全完整性等级独立保护层
前言安全仪表系统
也称为安全联锁系统
、紧急停车系统
、安全相关系统
、安全停车系统
等由国际电工委员会标准及 定义的专门用
于安全的控制系统 。

】是用于对设备可能出现的故障进行保护动作的控制系统
它必须能够迅速、正确的对故障做出响应最终能够完全避免事故的发生或者至少能
减少事故给设备、环境和人员造成的危害。

随着经济的飞速发展石化装置越来越大
型化工艺过程越来越复杂对环境保护和人身安全的要求也越来越高等原因安全性变
的尤为重要。

因此为了防止事故的发生减少由此带来的损失保证企业的安全稳定运
转一套能够检测装置的异常并对可能发生的潜在危害作出相应动作的系统是必不可
少的。

安全仪表系统正是基于该目的被提出来的。

年发生的印度博帕尔农药厂毒气
泄漏事件年前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事件年北海阿尔法油田爆炸事件发生的吉
化双苯厂爆炸事件等等至今还让人们心有余悸。

以上重大事故的发生都与安全仪表
系统在危险工况下未能发挥作用有直接或间接的关系。

因此如何确保安全仪表系统
能够正确行使其功能安全保障石化装置长周期牧稿日期作者简介李玉明高级工程师
功能安全工程师叫 年毕业于南京化工学院自动化专业从事功能安全评估方面的
工作。

安全稳定运行已经成为目前迫切需要解决的问题。

的作用及在保护层中的位
置安全仪表系统是用仪表实现安全功能的系统包括传感器、逻辑控制器和最终执行
元件及相应软件等川。

图 所示为典型系统的构成。

图典型的构成传感器检测过程
中的异常并将之送到逻辑运算器吲逻辑运算器按照设定的逻辑产生控制信号最终执
行元件得到从逻辑运算器来的控制信号并产生相应的动作从而达到消除过程隐患的
目的。

的作用监视生产过程的状态在事故和故障状态下能够迅速、正确的做出响应
使生产装置在安全模式下停车避免灾难事故的发生减少事故给设备、环境和人员造
成的危害。

正常情况下安全仪表系统不产生任何动作只有当安全回路的传感器的测
最值达到设定的工作条件时才能激活回路动作发挥作用。

相对基本控制系统是被动
的、静态的。

在保护层中的位置一个典型的化。

装置的保护包括丁艺过程设计基
本过程控制系统区别于的重要报警安全仪表系统物理防护层一物理防护层二工厂内
部紧急应对计划周边区域防鳢隧鲢型与计 盟万方数据灾计划。

由此可见从第二层
到第四层都是由仪表及白控系统来实现。

而仪表系统的最后一层保护一或更是至关
重要。

在第四层如表 所示。

表独立保护层
概念层次名称说明第一层工艺
过程设计过程设计中实现本质安全工厂第二层基本过程控制系女以正常运行的监控
为统目的第 层区别于的操作员介入需要有一定的必要重要报警余度时。

第四层安
全仪表系统系统自动地使工厂安全停车第五层物理防护层一安全阀泄压、过压保护
系统第六层物理防护层将泄漏液体局限在局部区域的防护堤第七层工厂内部紧急工
厂内部的应急计划应对计划第八层周边区域防灾周边居民、公共设施的应急计计划
划功能安全功能安全是指与过程和基本过程控制系统有关的整体安全的组成部分它
取决于安全仪表系统和其他保护层的正确行使职能而安全功能是指针对特定的危险
事件为达到或保持过程的安全状态由安全仪表系统、其他技术安全相关系统或外部
风险降低设施实现的功能。

如果本身的随机、公共原因和系统故障没有使其所执行
的安全功能失效没有造成人员伤亡未引起外溢污染环境没有毁坏关键设备就做到了
功能安全。

国内外功能安全体系现状制定该系列标准的目的是规范领域内功能安全
技术和管理以保证人身财产的安全。

以为基础不同的应用领域及子系统产品部件的
功能安伞标准陆续出台已经形成的功能安全标准体系如图所示。

核电铁路电 设备
正 医药熔炉 过程工业 机械一功能安全标准体系随着的发布我国有关功能安
全的标准等同采用 标准在年。

倥■仪表雠熊与计■■—— 面——月正式发布等同
采用的国家标准 于年月日实施。

功能安全特点安全仪表系统功能安全的特点主要
有以下四个方面功能安全是以基于风险的方法用安全系统功能的可靠执行来保证安
全。

功能安全技术标准研究的对象是安全系统。

功能安全是通过合适的技术与管理
措施把安全系统的整体风险控制在要求的目标之内。

功能安全是安全科学与工程、
控制科学与工程的交叉学科。

安全完整性等级确定与评估安全完整性等级的划分安
指在规定的条件下规定的时间
全完整性等级
内安全相关系统成功完成所要求的安全功能的概率。

也就是在要求安全系统动作时
其功能失效概率的倒数等级划分见表。

表安全完整性等级划分表安伞完整性低要求
操作高要求或连续等级模式操作模式。

且。

且。

≥且。

…且。

…且‟三。

且击 。

且。

且。

针对不同情况划分安全完整性水平的指标低要求操作模式是以平均失效概率
来划分高要求或连续操作
等
模式采用每小时失效概率 级评估过程同当美国决定放弃一转而采纳时引入了的“宗亲条款
使之成为一—。

详见一条款 。

宗亲条款解决
”
了功能安全标准从向过渡遇到的问题即对于已经存在的如何满足或遵循新的标准宗
亲条款的中心含义是对于按照以前的标准规范和工程实践设计、建造的、已经存在
的系统业主或操作者应论证“设备是以安全的方式设计、维护、检验、测试和操作”。

有两个基本的评判步骤确认进行了危险和风险分析以定量的或定性的方式确定中的
每个所应具有的风险降低水平要求确认对已经存在的进行了评估确定它们万方数据
满足了所需要的风险降低要求。

遵循“宗亲条款”这一原则表系统评估的过程搜集
艺流程过程危险分析风险分析平。

图给出了安全仪风险图风险图方法也是定量和基
于分类的。

风险的允许水平蕴含在风险图的结构中风险图分析使用个参数来确定安
全完整性水平后果、处于危险区域的时间、避开危险的概率和要求率 。

等级计
算方法概率计算法《剐竺夕否上是确定和的标一利用工业产品可靠性数据库获得设
备、仪器仪结束表的失效概率依据联锁回路中的设备和仪表对系—统发生失效的概
率进行计算从而获得的安全完事故树分析法一茎也瑟 釉等少刨普保护层分析法保
护层分析法利用危险和可操作性分析辨识的数据量化原因和后果的等级通过风险图
计算危险。

这样就能确定风险降低的总量以及是否需要进步降低所分析的风险。

如
需附加的风险降低以一个安全仪表功能的形式提供这种降低可以确定所需的安全完
整性等级风险矩阵法风险矩阵是基于分类的方法。

首先应该为风险的后果和可能性
制定分类。

如后果可分为“较轻”、“严重”和“重大”可能性分为“低”、“中等”和“高”。

后果和可能性分别构成矩阵的一个坐标行、列同时每一个矩阵元素为一个安全完整
性水采用自上而下的方法识别系统故障借助概率计算法可获得系统的失效概率。

马
尔科夫过程分析利用马尔科夫过程分析安全仪表系统安全性随时间的发展关系判断
安全仪表系统的可靠性及寿命。

结论安全仪表系统作为现代过程工业在降低风险和
保障装置长周期安全稳定运行方面发挥着越来越重要的作用而对现有安全仪表系统
安全完整性等级的评估尚属起步阶段这就需要控制、仪表、设备和安全等专业的技
术人员共同努力推动安全仪表系统功能安全评估的开展为过程工业的安全生产提供
更安全的保障。

参考文献 石油化工安全仪表系统设计规范】
—
】【】
】 王红望安全仪表系统的实
施及应用】石油化工自动化 刘太元俞曼丽郑利军安全仪表系统的应用及发展】中
国安全科学学报—【】姜巍巍李玉明等安全仪表系统安全完整性等级一 习 估技
术应用】中国仪器仪表口倥■仪表葺准化与计一一面 一万方数据。