安全保护自动控制系统.ppt

安全保护自动控制系统 提纲 一 背景及引言二 安全 风险及安全技术三 安全保护自动控制系统四 功能安全及安全完整性等级五 安全生命周期管理与安全评估六 存在的问题及进一步工作 自动化能为安全做些什么 一 背景及引言 自动化与安全重庆开县井喷开始思考自动化能为安全做点什么从自动化角度对事故案例进行分析事故原因 大多伴随着高温高压自动技术的应用可以避免很多事故的发生安全监测与控制系统早已有之自动化技术应用重视不够 使用和管理不规范 事故原因分布 自动化与安全工业测控系统中仪表阀门控制器 本质安全防爆防辐射等工业测控系统中其他与安全有关的内容测量信号的报警故障诊断与报警计算机控制系统集中 分散结构冗余快稳准调节阀的选择风开 风关阀位限制控制系统中的低选 高选控制 连锁逻辑控制安全相关测量控制系统 暂时记为SrCS 很早就存在 使用得越来越多渐渐地形成一个独立的专用的SrCS如 ESDSIS随着对安全的重视 对SrCS要求越来越高 一 背景及引言 自动控制系统的分类 按功能分类方法之一 生产运行控制系统 生产功能基本过程控制系统BPCS BasicProcessControlSystem 过程控制系统PCS ProcessControlSystem 生产运行控制系统PCS ProductionControlSystem 安全保护控制系统 安全功能安全仪表系统SIS SafetyInstrumentedSystem 安全控制系统SCS SafetyControlSystem 安全保护控制系统SGCS SafeguardControlSystem 安全监测与控制系统SrCS SafetyRelatedControlSystem 问题 如何命名 SIS不够贴切比较通用 一 背景及引言 SrCS存在的问题对安全发挥作用认识和重视程度不够已经设计和使用的SIS系统合理性经济性有效性新的标准GB T21109 GB T20438如何执行安全相关测量控制系统有关标准1994年 德国标准DINV192501996年 美国标准ISA84 011998年 国际标准IEC61508 1 1998 IEC61508 7 20002003年 国际标准IEC61511 1 2003 IEC61511 3 20032006年前中国标准SH T3018 2003 SY T10045 2003 2006年 中国标准GB T20438 2006 2007年1月1日实施2007年 中国标准GB T21109 2007 2007年12月1日实施 一 背景及引言 IEC615081998年发布GB T204382007 01 01实施 IEC615112003年发布GB T211092007 12 01实施 二 安全 风险及安全技术 安全的定义 定义 不存在不可接受的风险GB T21109 1 p13绝对安全不存在不可控 安全与风险并存风险的定义 定义 出现伤害的概率与该伤害严重性的组合GB T21109 1 p13风险 发生概率 造成后果允许风险 根据当前社会水准 在给定的环境内能够接受风险风险标准 装置车间分厂公司企业国际过程风险 由于过程 BPCS系统和相关人员因素而存在的发生特定危险事件的风险 GB T21109 3 p3 残余风险 增加安全保护功能 如SIS 后发生特定危险事件的风险 二 安全与风险及安全技术 GB T2110920438风险降低 通用概念 二 安全与风险及安全技术 如何降低风险 安全保护层 二 安全与风险及安全技术 安全保护层 自动化 ZX 二 安全 风险及安全技术 风险降低与安全技术按照专业领域从四个方面做工作ZX 1 工艺原料 产品等的毒性 爆性 生产工艺的安全性协调性等 2 设备机械强度 耐压 磨损 腐蚀等 3 电控BPCS系统的可靠性 专门的安全保护自动控制系统 4 管理法规的制定与执行人员的培训等 三 安全保护自动控制系统 安全保护控制系统的内容ZX安全相关变量的测量显示与报警生产运行状态的故障诊断与预警执行安全保护功能的自动控制系统各级应急指挥调度中心自动化相关系统SGCS系统其功能的实现手段ZX 1 DCS SCADA PLC风险小 可靠性要求低时 2 SIS ESD F G风险大 可靠性要求高时 3 综合使用DCS SIS可降低总成本 三 安全保护自动控制系统 安全保护自动控制系统的特点ZX 1 目的是减少危险 而不是保证生产运行产品合格 2 对测量环节要求更多功能 更智能 更实时 长期不停运行状态 3 对控制器和执行单元要求更快 执行单元长期处在备用状态 5 对控制器 更多的是逻辑控制 也有连续控制 少 理论性少 4 对测量 控制 执行及辅助系统 通讯 供电等 可靠性要求更高 SGCS和BPCS的区别ZX 1 目的功能不同生产功能 安全功能 2 运行状态不同实时运行 功能长期备用 部分实时运行 3 可靠性要求不同SrCS要求更高的可靠性 4 控制方法不同连续控制为主 逻辑控制为主 5 使用和维护方法不同SrCS更严格安全保护控制系统的重要性 1 和其他安全措施技术相比的重要性 2 在自动化专业领域中的重要性 三 安全保护自动控制系统 安全功能SafetyFunction针对特点的危险事件 为达到和保持过程的安全状态 由SIS 其他技术安全相关系统或外部设施实现的功能 21109 1 p13 功能安全FunctionalSafetySrCS本身的安全性 如仪表的本质安全 无辐射等 SrCS的安全功能是完整的 可靠的 功能是安全的 21109 1 p8 安全仪表系统SIS SafetyInstrumentedSystem 用于实现一个或多个安全功能的仪表及仪表系统包括 传感器 逻辑解算器和最终单元 SIS广义 狭义安全仪表功能SIF SafetyInstrumentedFunction SIS系统所实现的安全功能 21109译为 仪表安全功能 ZX 存在 非 安全仪表的 非 安全功能 多种组合 四 功能安全及安全度等级 安全完整性SafetyIntegrity在规定的时间内 在所有规定的条件下 成功实现所要求的安全功能的平均概率 21109 1 p14 安全完整性等级 SIL SafetyIntegrityLevel 简称 安全度等级定义 一种离散的等级 用于规定分配给SIS的安全仪表功能的完整性要求 21109 4 p14 作为衡量安全功能重要因素 是安全系统的核心 ZX 可理解为整体可靠性代表着使过程风险降低的数量级SIS的操作模式 要求模式 连续模式要求操作模式 连续操作模式要求时平均失效概率 PFDavg averageProbabilityofFailureonDemand 注意 Fault Failure故障 失效用失效更好 故障了可能还可以用连续时危险失效概率 PDFperhour ProbabilityofDangerousFailure 四 功能安全及安全度等级 SIL等级与PFD PDF的关系 四 功能安全及安全度等级 安全生命周期SafetyLifeCycle安全仪表功能实现过程中所发生的所有的必要活动 21190 1p15 安全生命周期图GB T20438 包括了系统的概念 范围定义 风险分析 安全分配要求 计划编制 设计与实现 安装试运行 操作维护修改 停用等 安全生命周期图GB T21109 过程危险与风险分析 安全功能分配 安全要求规格确定 工程设计 安装调试确认 运行维护 修改和停用等 安全生命周期是用系统的方式建立的一个框架 用以指导安全仪表系统的需求分析 设计和评价等所有活动 五 安全生命周期管理及安全评估 GB T20438 1 p6安全生命周期框图 五 安全生命周期管理及安全评估 GB T21109 1 p20安全生命周期框图 五 安全生命周期管理及安全评估 GB T21109 1 p20安全生命周期框图 五 安全生命周期管理及安全评估 安全生命周期各阶段及工作内容 1 过程危险与风险评估 按GB T21109的要求至少进行一次 组织或参与进行PHA HAZOP分析确定生产过程及BPCS基本控制系统的危险事件及相关联的风险确定达到必要风险降低所需要的安全功能确定每个安全功能是否需要安全仪表功能2 安全功能保护层分析与功能分配进行LOPA保护层分析给保护层分配安全功能确定所需要的安全仪表功能 SIF 确定每个安全仪表功能所要求的安全度等级 五 安全生命周期管理及安全评估 安全生命周期各阶段及工作内容 3 确定SIS设计安全要求规格规定SIS设计应达到的安全要求及技术规格描述每个安全仪表功能及安全要求确定SIS运行模式 启用条件 停机复位 检验测试间隔等要求规格分析和识别失效模式 共因失效及相关要求4 SIS系统的设计及安全度等级验算SIS系统的工程设计SIS系统的设计及安全度等级验算5 SIS系统的安装运行和确认6 SIS系统的操作和维护7 SIS系统的修改或停用 五 安全生命周期管理及安全评估 整体安全生命周期也可以分为三个大阶段ZX 需求分析阶段21109规定的阶段1设计实现阶段21109规定的阶段2 3运行维护阶段21109规定的阶段4 5安全生命周期各阶段的风险分析与评估按GB T21109要求至少进行一次安全生命周期各阶段的SIS功能安全评估越早越好功能安全评估可能存在于安全生命周期的各阶段可以考虑5个阶段执行5次功能安全评估GB T21109要求系统投用前至少进行1次评估组织机构具有独立性 五 安全生命周期管理及安全评估 HAZOP分析分析小组组长记录员工艺设备仪表安全偏差引导词原因后果措施辅助软件很多如ISOgraphSIL需求分析LOPA分析SIF确定SIL定性分析定量计算SIS规格书确定SIFSILTITs SIL评估计算SIF回路构成系统结构 1oo11oo21oo2D2oo3 定量计算方法及公司GB20438 21109仅是推荐辅助软件Excel专用自己开发的 五 安全生命周期管理及安全评估 与安全仪表系统相关的事故统计图 五 安全生命周期管理及安全评估 自动化技术在安全工程中的作用及重