安全仪表系统
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◆ IEC61511 《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》 在安全仪表领域，IEC 61508，IEC61511提供了很好的国际通用技
术规范和参考。IEC于2000年5月发布了IEC 61508标准，2003年1月
颁布IEC61511标准。这两个标准有很密切的关系，IEC 61508标准是 综合性基础标准，主要为装置的制造商和使用，IEC 61511可以说是 IEC 61508的延续，主要针对具体的仪器仪表设计者和使用者。
7
二、行业现状及发展趋势
2、发展趋势 ◆输油管道安全仪表系统独立于过程控制系统，单独设置； ◆输油管道安全仪表系统与过程控制系统合并设计，提高过程控制系 统PLC安全完整性等级，满足安全仪表系统的安全完整性等级要求。
8
安全仪表系统
基本概念介绍
9
一、系统的定义
1、基本过程控制系统（BPCS，basic process control system） 不执行任何SIL≥1以上的安全仪表功能，响应过程测量以及其它相 关设备、其它仪表、控制系统或操作员的输入信号，按过程控制规律、 算法、方式，产生输出信号实现过程控制及其相关设备运行的系统。 2、安全仪表系统（SIS，safety instrumented system） 用来实现一个或多个安全仪表功能的仪表系统。 3、紧急停车系统 （ESD，emergency shutdown system） 当生产过程出现紧急情况时，应在允许的时间内做出响应，及时地 发出保护信号，对管道或现场设备进行安全保护的系统。
29
四、执行元件
4、仪九线ESD阀介绍： 仪九线干线进出站采用34”CL600开维喜球阀，配套德国法奥克电 液联动执行机构SEHAZ-E-1-125-KSP
30
四、执行元件
31
四、执行元件
技术特点：FAHLKE电液联动执行机构为一体化（电动液压与手动 液压独立配置）、模块化、高集成化装置。其中包括集成型电液动力 装置、活塞式蓄能器、联轴器、独立的手动泵、电磁阀、集成安全阀 和单向阀、按钮、接线盒、电控箱以及其它附属设备。 ESD通道的电磁阀采用长期励磁型，断电时关阀，ESD电磁阀供电 由安全仪表系统单独提供。 带储能器，在阀门掉电情况下，可满足三个行程的动作。
34
五、安全仪表PLC
◆ 1oo2D 使用两重1oo1D（一个带有诊断功能的控制器通道，一个诊断通 道利用串行连接构成输出回路）结构，并有额外的控制线路。既有较 高的可用性，又有较高的安全性。
输油管道安全仪表系统
雍永鹏
华东管道设计研究院
2015.05.26
0
目 录
一、输油管道安全仪表系统提出的背景
二、安全仪表系统基本概念介绍
三、输油管道安全仪表系统设计方案
四、主流安全仪表系统介绍
1
1
输油管道安全仪表系统
提出的背景
2
2
一、标准规范及法律法规 1、国际标准
◆ IEC61508 《电气、电子、可编程电子安全相关系统的功能安全》
23
三、检测仪表
2、检测仪表设置原则： ◆独立设置原则：对于SIL1安全仪表功能回路，其检测元件可与基本过 程控制回路共用；对于SIL2以上安全仪表功能回路，其检测元件应独 立设置。 ◆冗余设置原则： 对于SIL1安全仪表功能回路，可采用单一的检测元件。 对于SIL2安全仪表功能回路，宜采用冗余的检测元件。 对于SIL3安全仪表功能回路，应采用冗余的检测元件。
12
二、系统间相互关系
13
二、系统间相互关系
14
三、术语及定义
1、安全完整性等级（SIL，safety integrity level） 用来规定分配给安全仪表系统的仪表安全功能的安全完整性要求的 离散等级（4个等级中的一个）。SIL 4是安全完整性的最高等级，SIL 1为最低等级。 2、安全仪表功能 （SIF, safety instrumented function） 具有某个特定SIL等级，用以达到功能安全的安全功能。它既可以 是一个仪表安全保护功能，也可以是仪表安全控制功能。
建涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施，要按照
本指导意见的要求设计符合相关标准规定的安全仪表系统。” “从2018年1月1日起，所有新建涉及“两重点一重大”的化工装置和
危险化学品储存设施要设计符合要求的安全仪表系统。其他新建化工
装置、危险化学品储存设施安全仪表系统，从2020年1月1日起，应执 行功能安全相关标准要求，设计符合要求的安全仪表系统。 ”
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四、安全仪表系统基本原则
3、优先原则 安全仪表系统的动作应优先于基本过程控制系统；执行元件应无条 件的接受和执行安全仪表系统的逻辑控制单元的命令。 4、最简原则 应减少安全仪表系统的中间环节；逻辑控制单元与检测元件、执行 元件间均应采用硬线方式直接连接。
19
输油管道安全仪表系统
设计方案
20
下面简要介绍仪长复线仪征至九江段（下面简称仪九线）安全仪表
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一、系统的定义
3、火灾及可燃气体报警系统（FGS，fire & gas alarm System） 能够检测到工艺装置区火灾及可燃气体泄漏并发出报警的系统。 4、消防控制系统 接收火灾信号，并按预设逻辑完成各项消防功能的控制系统。
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二、系统间相互关系
站控制系统宜由基本过程控制系统、安全仪表系统和消 防控制系统组成。 1、未设置消防控制系统的站场，火灾和可燃气体报警系统 报警信号应引入安全仪表系统。 2、 设置消防控制系统的站场，火灾和可燃气体报警系统应 纳入消防控制系统。消防控制系统启动信号、报警信号引入安 全仪表系统，由安全仪表系统完成相关的联锁保护。
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五、安全仪表PLC
3、安全仪表 PLC 的冗余结构 在构建一个安全系统时，可以有很多方式来安排安全系统部件，主 要考虑系统的可用性和安全性，侧重点不同则冗余结构的选择不同。 ◆ 1oo2 两个控制器并行处理和连线可以降低单个PLC危险失效的影响，两 个输出电路采用串行连接，以防止任何一个控制器在危险的方式下失 效。1oo2 结构具有高安全性，但降低了可靠性。
系统的设计方案。 一、仪九线安全仪表系统提出的背景 2014年年初，国家安监总局先后组织西气东输三线和仪九线的安全 评价报告的验收会，这是在中石化青岛11.22事故后国家安监局组织的 首批油气管道的安全评价报告的验收。在此背景下，与会专家提出明 确仪九线安全仪表系统的设计原则和主要回路的安全完整性等级。 为提高仪九线运行的安全性，在经过广泛调研和深入讨论后，仪九
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一、标准规范及法律法规
2、国标及行标 ◆ GB/T 20438《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》( 等同采用IEC 61508) ◆ GB/T 21109《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》（等同采
用IEC 61511 ）
◆ GB/T 50770-2013石油化工安全仪表系统设计规范（针对石油化工 厂或装置）
线独立设置安全仪表系统，主要回路SIL等级定为2级，设置独立的安
全仪表PLC，进出站ESD阀门执行机构由电动改为电液联动。
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二、安全仪表系统的设计原则
安全完整性原则：对每项安全仪表回路确定适当的安全完整性等级； 独立设置原则：当安全完整性等级为SIL2及以上时，SIS与过程控
制系统从功能和结构上分离设置；当安全完整性等级为SIL1时，SIS与
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四、安全仪表系统基本原则
1、独立设置原则 当安全完整性等级为SIL2及以上时，安全仪表系统与基本过程控制 系统应分开设置；安全仪表系统与基本过程控制系统合用时，共用部 分应与安全完整性等级相适应。 独立设置包括三个方面：检测元件、执行元件、逻辑控制器等。 2、故障安全原则 执行元件电磁阀应为励磁回路；开关量检测元件应为常闭或带诊断 功能的接点。
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四、执行元件
3、执行机构的冗余设置原则： SIL 2安全仪表回路，宜采用冗余控制阀。如采用单一的控制阀，冗余方式 宜采用1oo2逻辑结构。 但在实际工程中为了节省建设和维护成本，大多不会采用执行机 构串、并联的方式，那么在这种情况下，如何满足功能回路的SIL等级 要求呢？解决方案：在执行机构回路中串、并联电磁阀。
过程控制系统合用，共用设备有SIL认证并应满足SIL1要求。 主要回路的SIL等级：
给油泵入口管线压力超低、输油泵入口汇管压力超低、输油泵出口
汇管压力超高、出站压力超高等安全仪表回路为SIL2。 泵机组停车、液位超限联锁等安全仪表回路的安全完整性等级为 SIL1，安全仪表系统与过程控制系统合用, 共用设备满足SIL1要求。
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三、检测仪表
检测仪表的冗余设置方式有以下三种： 当系统要求高安全性时，应采用1oo2； 当系统要求高可用性时，应采用2oo2； 当系统的安全性和可用性均需保障时，宜采用2oo3。
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三、检测仪表
26
四、执行元件
1、执行元件主要包括： ◆输油管道进、出站管线应设置紧急关断阀（ESDV）； ◆输油管道储油罐区的进、出汇管宜设置紧急关断阀（ESDV）； ◆输油管道燃料油（气）的入口管线应设置紧急关断阀（ESDV）；
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三、术语及定义
3、危险与可操作性分析（HAZOP, hazard and operability study） 由有经验的多专业的专家小组对工艺装置的设计和操作提出有关安 全上的问题，共同讨论解决问题的方法。 4、故障安全 fail safe 安全仪表系统发生故障时，被控制过程将转入预定安全状态。
22
三、检测仪表
1、检测仪表主要包括： ◆压力检测仪表：给油泵入口管线、输油泵入口汇管、输油泵出口 汇管、出站压力设置压力变送器。 ◆可燃气体探测器及火焰探测器：在阀组区、泵区、计量区、罐区 等应设置可燃气体探测器；在泵区、储罐区宜设置火焰探测器。 ◆ ESD按钮：站控制室操作台应设置ESD按钮；站场的工艺设备区 通道旁应设置ESD按钮。
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五、安全仪表PLC
1、安全仪表PLC应与SIL等级相适应； 2、安全仪表PLC冗余设置原则： ◆对于SIL 2安全仪表功能回路，宜采用冗余的逻辑控制单元。其中 央处理单元、电源模块、通讯网络与接口等应冗余配置，输入、输出 模块宜冗余配置。 ◆对于SIL 3安全仪表功能回路，应采用冗余的逻辑控制单元。其中 央处理单元、电源模块、输入、输出模块及通讯网络与接口等均应冗 余配置。
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三、术语及定义
IEC61508中对安全完整性等级SIL的定义为：在一定时间，一定 条件下，安全相关系统执行其所规定的安全功能的可能性。选择安全 完整性等级的目的是通过降低风险发生的概率把系统的风险降低到一 个可以接受的等级。 安全仪表功能就是当潜在危险发生时安全仪表系统为了整个过程 的安全所采取的动作。安全仪表功能要做的第一件事判别危险的出现。 接下来考虑安全仪表功能动作后要将过程带入什么样的安全状态。最 后安全仪表功能具体应该做什么才能使过程进入安全状态
6
二、行业现状及发展趋势
1、行业现状 中石油西气东输、西部原油成品油管道、兰郑长成品油管道、 中缅油气管道等国内重点长输管道工程已设置独立的安全仪表系统。 中石化川气东送管道、涪陵-王场页岩气管道等输气管道已设置独 立的安全仪表系统；仪长复线仪征至九江段是管道公司第一条独立设 置安全仪表系统的管道，目前正在建设中。
◆SY/T6966-2013《输油气管道工程安全仪表系统设计规范》（2014
年4月1日实施，适用于陆上原油、成品油和天然气管道）
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一、标准规范及法律法规
3、法律法规
5
一、标准规范及法律法规
3、法律法规 ◆ 国家安全监管总局关于 加强化工安全仪表系统管理的指导意见 （安监总管三〔2014〕116号） “从2016年1月1日起，大型和外商独资合资等具备条件的化工企业新
◆输油泵；
◆ 加热炉 。 对于仪九线来说，安全仪表系统的执行元件主要为进、出站紧急
关断阀（ESD阀）。
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四、执行元件
2、执行元件的设置原则： ◆ SIL 1安全仪表功能回路，阀门可与基本过程控制系统共用。 ◆ SIL 2安全仪表功能回路，阀门宜与基本过程控制系统分开。当阀门 与基本过程控制系统共用时，配套的电磁阀应分别设置。 ◆ SIL 3安全仪表功能回路，阀门应与基本过程控制系统分开。
术规范和参考。IEC于2000年5月发布了IEC 61508标准，2003年1月
颁布IEC61511标准。这两个标准有很密切的关系，IEC 61508标准是 综合性基础标准，主要为装置的制造商和使用，IEC 61511可以说是 IEC 61508的延续，主要针对具体的仪器仪表设计者和使用者。
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二、行业现状及发展趋势
2、发展趋势 ◆输油管道安全仪表系统独立于过程控制系统，单独设置； ◆输油管道安全仪表系统与过程控制系统合并设计，提高过程控制系 统PLC安全完整性等级，满足安全仪表系统的安全完整性等级要求。
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安全仪表系统
基本概念介绍
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一、系统的定义
1、基本过程控制系统（BPCS，basic process control system） 不执行任何SIL≥1以上的安全仪表功能，响应过程测量以及其它相 关设备、其它仪表、控制系统或操作员的输入信号，按过程控制规律、 算法、方式，产生输出信号实现过程控制及其相关设备运行的系统。 2、安全仪表系统（SIS，safety instrumented system） 用来实现一个或多个安全仪表功能的仪表系统。 3、紧急停车系统 （ESD，emergency shutdown system） 当生产过程出现紧急情况时，应在允许的时间内做出响应，及时地 发出保护信号，对管道或现场设备进行安全保护的系统。
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四、执行元件
4、仪九线ESD阀介绍： 仪九线干线进出站采用34”CL600开维喜球阀，配套德国法奥克电 液联动执行机构SEHAZ-E-1-125-KSP
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四、执行元件
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四、执行元件
技术特点：FAHLKE电液联动执行机构为一体化（电动液压与手动 液压独立配置）、模块化、高集成化装置。其中包括集成型电液动力 装置、活塞式蓄能器、联轴器、独立的手动泵、电磁阀、集成安全阀 和单向阀、按钮、接线盒、电控箱以及其它附属设备。 ESD通道的电磁阀采用长期励磁型，断电时关阀，ESD电磁阀供电 由安全仪表系统单独提供。 带储能器，在阀门掉电情况下，可满足三个行程的动作。
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五、安全仪表PLC
◆ 1oo2D 使用两重1oo1D（一个带有诊断功能的控制器通道，一个诊断通 道利用串行连接构成输出回路）结构，并有额外的控制线路。既有较 高的可用性，又有较高的安全性。
输油管道安全仪表系统
雍永鹏
华东管道设计研究院
2015.05.26
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目 录
一、输油管道安全仪表系统提出的背景
二、安全仪表系统基本概念介绍
三、输油管道安全仪表系统设计方案
四、主流安全仪表系统介绍
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1
输油管道安全仪表系统
提出的背景
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一、标准规范及法律法规 1、国际标准
◆ IEC61508 《电气、电子、可编程电子安全相关系统的功能安全》
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三、检测仪表
2、检测仪表设置原则： ◆独立设置原则：对于SIL1安全仪表功能回路，其检测元件可与基本过 程控制回路共用；对于SIL2以上安全仪表功能回路，其检测元件应独 立设置。 ◆冗余设置原则： 对于SIL1安全仪表功能回路，可采用单一的检测元件。 对于SIL2安全仪表功能回路，宜采用冗余的检测元件。 对于SIL3安全仪表功能回路，应采用冗余的检测元件。
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二、系统间相互关系
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二、系统间相互关系
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三、术语及定义
1、安全完整性等级（SIL，safety integrity level） 用来规定分配给安全仪表系统的仪表安全功能的安全完整性要求的 离散等级（4个等级中的一个）。SIL 4是安全完整性的最高等级，SIL 1为最低等级。 2、安全仪表功能 （SIF, safety instrumented function） 具有某个特定SIL等级，用以达到功能安全的安全功能。它既可以 是一个仪表安全保护功能，也可以是仪表安全控制功能。
建涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施，要按照
本指导意见的要求设计符合相关标准规定的安全仪表系统。” “从2018年1月1日起，所有新建涉及“两重点一重大”的化工装置和
危险化学品储存设施要设计符合要求的安全仪表系统。其他新建化工
装置、危险化学品储存设施安全仪表系统，从2020年1月1日起，应执 行功能安全相关标准要求，设计符合要求的安全仪表系统。 ”
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四、安全仪表系统基本原则
3、优先原则 安全仪表系统的动作应优先于基本过程控制系统；执行元件应无条 件的接受和执行安全仪表系统的逻辑控制单元的命令。 4、最简原则 应减少安全仪表系统的中间环节；逻辑控制单元与检测元件、执行 元件间均应采用硬线方式直接连接。
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输油管道安全仪表系统
设计方案
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下面简要介绍仪长复线仪征至九江段（下面简称仪九线）安全仪表
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一、系统的定义
3、火灾及可燃气体报警系统（FGS，fire & gas alarm System） 能够检测到工艺装置区火灾及可燃气体泄漏并发出报警的系统。 4、消防控制系统 接收火灾信号，并按预设逻辑完成各项消防功能的控制系统。
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二、系统间相互关系
站控制系统宜由基本过程控制系统、安全仪表系统和消 防控制系统组成。 1、未设置消防控制系统的站场，火灾和可燃气体报警系统 报警信号应引入安全仪表系统。 2、 设置消防控制系统的站场，火灾和可燃气体报警系统应 纳入消防控制系统。消防控制系统启动信号、报警信号引入安 全仪表系统，由安全仪表系统完成相关的联锁保护。
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五、安全仪表PLC
3、安全仪表 PLC 的冗余结构 在构建一个安全系统时，可以有很多方式来安排安全系统部件，主 要考虑系统的可用性和安全性，侧重点不同则冗余结构的选择不同。 ◆ 1oo2 两个控制器并行处理和连线可以降低单个PLC危险失效的影响，两 个输出电路采用串行连接，以防止任何一个控制器在危险的方式下失 效。1oo2 结构具有高安全性，但降低了可靠性。
系统的设计方案。 一、仪九线安全仪表系统提出的背景 2014年年初，国家安监总局先后组织西气东输三线和仪九线的安全 评价报告的验收会，这是在中石化青岛11.22事故后国家安监局组织的 首批油气管道的安全评价报告的验收。在此背景下，与会专家提出明 确仪九线安全仪表系统的设计原则和主要回路的安全完整性等级。 为提高仪九线运行的安全性，在经过广泛调研和深入讨论后，仪九
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一、标准规范及法律法规
2、国标及行标 ◆ GB/T 20438《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》( 等同采用IEC 61508) ◆ GB/T 21109《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》（等同采
用IEC 61511 ）
◆ GB/T 50770-2013石油化工安全仪表系统设计规范（针对石油化工 厂或装置）
线独立设置安全仪表系统，主要回路SIL等级定为2级，设置独立的安
全仪表PLC，进出站ESD阀门执行机构由电动改为电液联动。
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二、安全仪表系统的设计原则
安全完整性原则：对每项安全仪表回路确定适当的安全完整性等级； 独立设置原则：当安全完整性等级为SIL2及以上时，SIS与过程控
制系统从功能和结构上分离设置；当安全完整性等级为SIL1时，SIS与
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四、安全仪表系统基本原则
1、独立设置原则 当安全完整性等级为SIL2及以上时，安全仪表系统与基本过程控制 系统应分开设置；安全仪表系统与基本过程控制系统合用时，共用部 分应与安全完整性等级相适应。 独立设置包括三个方面：检测元件、执行元件、逻辑控制器等。 2、故障安全原则 执行元件电磁阀应为励磁回路；开关量检测元件应为常闭或带诊断 功能的接点。
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四、执行元件
3、执行机构的冗余设置原则： SIL 2安全仪表回路，宜采用冗余控制阀。如采用单一的控制阀，冗余方式 宜采用1oo2逻辑结构。 但在实际工程中为了节省建设和维护成本，大多不会采用执行机 构串、并联的方式，那么在这种情况下，如何满足功能回路的SIL等级 要求呢？解决方案：在执行机构回路中串、并联电磁阀。
过程控制系统合用，共用设备有SIL认证并应满足SIL1要求。 主要回路的SIL等级：
给油泵入口管线压力超低、输油泵入口汇管压力超低、输油泵出口
汇管压力超高、出站压力超高等安全仪表回路为SIL2。 泵机组停车、液位超限联锁等安全仪表回路的安全完整性等级为 SIL1，安全仪表系统与过程控制系统合用, 共用设备满足SIL1要求。
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三、检测仪表
检测仪表的冗余设置方式有以下三种： 当系统要求高安全性时，应采用1oo2； 当系统要求高可用性时，应采用2oo2； 当系统的安全性和可用性均需保障时，宜采用2oo3。
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三、检测仪表
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四、执行元件
1、执行元件主要包括： ◆输油管道进、出站管线应设置紧急关断阀（ESDV）； ◆输油管道储油罐区的进、出汇管宜设置紧急关断阀（ESDV）； ◆输油管道燃料油（气）的入口管线应设置紧急关断阀（ESDV）；
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三、术语及定义
3、危险与可操作性分析（HAZOP, hazard and operability study） 由有经验的多专业的专家小组对工艺装置的设计和操作提出有关安 全上的问题，共同讨论解决问题的方法。 4、故障安全 fail safe 安全仪表系统发生故障时，被控制过程将转入预定安全状态。
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三、检测仪表
1、检测仪表主要包括： ◆压力检测仪表：给油泵入口管线、输油泵入口汇管、输油泵出口 汇管、出站压力设置压力变送器。 ◆可燃气体探测器及火焰探测器：在阀组区、泵区、计量区、罐区 等应设置可燃气体探测器；在泵区、储罐区宜设置火焰探测器。 ◆ ESD按钮：站控制室操作台应设置ESD按钮；站场的工艺设备区 通道旁应设置ESD按钮。
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五、安全仪表PLC
1、安全仪表PLC应与SIL等级相适应； 2、安全仪表PLC冗余设置原则： ◆对于SIL 2安全仪表功能回路，宜采用冗余的逻辑控制单元。其中 央处理单元、电源模块、通讯网络与接口等应冗余配置，输入、输出 模块宜冗余配置。 ◆对于SIL 3安全仪表功能回路，应采用冗余的逻辑控制单元。其中 央处理单元、电源模块、输入、输出模块及通讯网络与接口等均应冗 余配置。
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三、术语及定义
IEC61508中对安全完整性等级SIL的定义为：在一定时间，一定 条件下，安全相关系统执行其所规定的安全功能的可能性。选择安全 完整性等级的目的是通过降低风险发生的概率把系统的风险降低到一 个可以接受的等级。 安全仪表功能就是当潜在危险发生时安全仪表系统为了整个过程 的安全所采取的动作。安全仪表功能要做的第一件事判别危险的出现。 接下来考虑安全仪表功能动作后要将过程带入什么样的安全状态。最 后安全仪表功能具体应该做什么才能使过程进入安全状态
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二、行业现状及发展趋势
1、行业现状 中石油西气东输、西部原油成品油管道、兰郑长成品油管道、 中缅油气管道等国内重点长输管道工程已设置独立的安全仪表系统。 中石化川气东送管道、涪陵-王场页岩气管道等输气管道已设置独 立的安全仪表系统；仪长复线仪征至九江段是管道公司第一条独立设 置安全仪表系统的管道，目前正在建设中。
◆SY/T6966-2013《输油气管道工程安全仪表系统设计规范》（2014
年4月1日实施，适用于陆上原油、成品油和天然气管道）
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一、标准规范及法律法规
3、法律法规
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一、标准规范及法律法规
3、法律法规 ◆ 国家安全监管总局关于 加强化工安全仪表系统管理的指导意见 （安监总管三〔2014〕116号） “从2016年1月1日起，大型和外商独资合资等具备条件的化工企业新
◆输油泵；
◆ 加热炉 。 对于仪九线来说，安全仪表系统的执行元件主要为进、出站紧急
关断阀（ESD阀）。
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四、执行元件
2、执行元件的设置原则： ◆ SIL 1安全仪表功能回路，阀门可与基本过程控制系统共用。 ◆ SIL 2安全仪表功能回路，阀门宜与基本过程控制系统分开。当阀门 与基本过程控制系统共用时，配套的电磁阀应分别设置。 ◆ SIL 3安全仪表功能回路，阀门应与基本过程控制系统分开。