安全仪表系统及其功能安全

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• 安全系统已经发现泄漏，提示停
• 影响后续电厂，当地市区30%电力 • 坚持运转，七人一组寻找漏点
• 一组找到漏点，恰逢燃爆，当场全部死亡
仅有安全系统是不够的
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2005年10月10日
英国Buncefield储油终端爆炸和火灾事故
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• 相关信息
– 位置: 吉林市 – 日期: 2005年11月 13日
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– 因操作工违反操作规程在预热器停止进料后没关闭加热蒸汽阀门、重新 进料时又先打开蒸汽阀门而引发的一起爆炸事故。 – 后果: 8 死 1重伤 59轻伤 直接经济损失6908万 松花江水污染
第六层
第七层 第八层
物理防护层（二）
工厂内部紧急应对计划 周边区域防灾计划
将泄漏液体局限在局部区域的防护堤
工厂内部的应急计划 周边居民、公共设施的应急计划
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保护层模型 （洋葱模型）
LOPA
Layer of protection analysis
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工艺技术规范
更改 44.1%
20.6 %
操作 & 维护 14.7%
安装 &开车 5.9%
设计 & 工程实施 14.7 %
基于英国调查的34起事故, HSE
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典型事故表明：几乎所有事故都与安全 仪表系统有关，必须重视安全仪表系统的设 计，并保证其安全功能的可靠执行。仅有安 全仪表系统是不够的，要有正确的理念和管 理。
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一、安全仪表系统
（一）相关概念
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安全相关系统（SRS） Safety Related System 用于安全目的的系统称之为安全相关系统。安全相关系统的作用是监 视生产过程的状态，在出现危险条件时采取相应措施，防止危险发生或者 减轻危险造成的后果，避免潜在风险对人身、设备、环境造成伤害。安全 相关系统在工业生产和日常生活中随处可见，如安全帽、安全阀、紧急停 车系统、汽车的安全气囊等等。
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2004年7月30日 GAS transport（气体输送）- 比利时
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气体管线爆炸
Gellingen-比利时 2004.07.30
24 人死亡
132 人受伤
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安全仪表功能SIF Safety Instrumented Function
--每个SIF针对特定的风险
--每套SIS可以执行多个SIF
• 从1988年到1990年，通过对事故的调查和研究，给出了106条建议， 改进生产的操作规程和安全管理程序。
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2005年12月13日 中国石油吉林石化分公司双苯厂爆炸
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联碳(印度)有限公司
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2005年8月, >+20,000 人因此死亡
泄漏气体：异氰酸甲酯 Methyl Isocyanate 6套安全系统无一起作用 > 3000 人因吸入剧毒气体死亡(41吨) > 500,000 人受到影响 没有逃生计划 由于没有察觉和准备、没有接受培训，应急响应失效
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• 平台上有2-G-100A和2-G-100B两台LPG凝液泵，在泵的 出口各装 有一个安全阀，PSV504和PSV505。 对A泵进行检修， B泵维持生 产。另一张检修工作票－对PSV504安全进行校验 。 • 发生爆炸时，因防火墙当初按照火灾而非爆炸设计，碎片又摧毁了一 些凝液管道，引发火灾。 • 自动灭火系统正处于手动启动状态。 • 控制室失去功能，广播系统不能发布撤退指令；大火阻止了前往救生 艇的通路。 • Piper Alpha处于灾难之中时，Claymore和Tartan仍通过海管向其泵 入油气。操作规程不允许轻易地停产，停车成本非常高。
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安全仪表系统（SIS） Safety Instrumented System
--紧急停车系统（ESD） --火/气保护系统（F&G） --安全联锁系统（SIS） --燃烧炉控制系统（BMS） --高压保护系统（HIPPS） -安全仪表系统是静态的、被动的，不需要人为干预。在危险情况 出现时必须能够由静变动，正确完成其功能。 安全仪表系统设计目标—正确的功能和良好的可靠性。
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1988年7月6日 Piper Alpha采油平台意外事故 （西方石油Occidental Petroleum）
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Piper Alpha采油平台投产于1976年，起初只生产石油。到 1980年代，增加了天然气开采。通过海管将油气输送Flotta石油 终端。在Piper Alpha平台的周围，还有Claymore平台、Tartan平 台，以及天然气处理平台MCP-01。Piper Alpha平台日产原油 12.5万桶，是北海油田生产量最大的平台，油气产量占北海油 田的10％左右。爆炸和火灾意外事故时，共有226人在平台上 。Piper Alpha平台被爆炸和大火摧毁，共导致167人丧生，合计 保险损失34亿美元。
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安全仪表系统在保护层中的位置
层次 第一层 第二层
过程设计 基本过程控制系统（BPCS）
名称
说明
过程设计中实现本质安全工厂 如DCS，以正常运行的监控为目的
第三层
第四层 第五层
区别于BPCS的重要报警
安全仪表系统 （SIS） 物理防护层（一）
操作员介入需要有一定的必要余度时。
系统自动地使工厂安全停车。 安全阀泄压、过压保护系统
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爆炸和大火从2005年12月11日早6点开始，直至13日的下午才完全扑灭。 共有8人遇难和43人受到严重伤害。
希思罗机场（Heathrow Airport）30％的航空用油由该油库供应。 由于其中通讯公司设施的损坏，影响了大范围互联网用户的业务。 由于大量泡沫灭火剂的使用，对地下水构成了威胁。 由于对公众的伤害，导致了大量的法律诉讼，即使到2009年6月，仍有与该事故有关 的诉讼案件在法院开庭。 2005年10月10日晚7时，开始向912＃储油罐输入无铅汽油。午夜时分，对储罐的液位 进行检查，没有发现异常。11日凌晨3时左右，912＃罐的液位不再变化，但此时仍在 以550m3/h的流量泵入汽油。计算表明，在5时20分储罐冒顶并开始溢出，到6时爆炸 发生前的40分钟，大约有300吨汽油从罐壁流向地面。在罐的周围有半封闭的围堰，溢 流出的汽油拦在了围堰内，但在油面形成了1到2米厚的油气云团，并向四周扩散。没 有证据找出准确的点火源，不排除应急发电机和消防泵系统。
技术措施+管理措施
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--安全功能和安全仪表功能
--危险出现时，要求SIS正确执行对应的SIF
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（二）作用
监视生产过程的状态，在出现危险的条件时，自动执 行其规定的安全仪表功能，防止危险事件发生，或减轻危 险事件造成的影响。
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20吨可燃气体泄漏（从火炬放空罐） 爆炸相当于4吨烈性炸药
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26 人伤亡
$75 00万重建 $320,000 罚金和 $200,000 诉讼费
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基本过程控制系统（BPCS） Basic Process Control System
--基于DCS --基于PLC的监控系统 --基于SCADA --基于常规仪表控制系统 -基本过程控制系统是活动的、动态的，需要人工频繁的干预。使生产过程的温 度、压力、液位、流量等工艺参数维持在规定的范围之内，以保证产品的产量与质 量。
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安全仪表系统及其功能安全
中国石化青岛安全工程研究院
储运及安控技术研究室
二〇〇九年九月
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一、安全仪表系统
二、功能安全
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三、国内外进展
四、SIL等级确定与评估 五、前期工作 六、石油化工行业功能安全现状 七、下一步计划
社区紧急响应 全厂紧急响应 物理防护(防护堤)
物理防护(释放设备)
SIS自动动作
关键报警, 操作员监控, 人工干预
基本控制, 工艺报警, 操作员监控
I
工艺 设计
LAH 1
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减轻
预防
SIS
BPCS
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（三）标准定义 关键词：安全功能 传感器 逻辑运算器 执行元件
ANSI／ISA S84.01—1996 Application of safety instrumented systems for the process industries 由传感器、逻辑控制器及终端元件组成的系统，其目的是出现故障 时，将过程处于安全状态。 SH/T 3018-2003石油化工安全仪表系统设计规范 用仪表实现安全功能的系统。系统包括传感器，逻辑运算器，最终 执行元件及相应软件等。 IEC 61511 （GB/T20119） Functionalsafety: safety instrumente d systems for the process industry sector 用来完成一个或多个安全仪表功能的仪表系统。安全仪表系统由传 感器，运算器和最终元件组合而成。
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二、功能安全
（一）典型事故
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印度—博帕尔(BHOPAL) 1984年12月3日 剧毒气体泄漏:异氰酸甲酯 Methyl Isocyanate
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> 20,000 人死亡
> 120,000 人仍然遭受疾病困扰 化工厂最为严重的事故
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1994年7月 英国Millford炼厂（Shell）
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