安全仪表系统安全完整性评估文献综述-PPT课件

1、安全仪表系统安全完整性评估文献综述汇报中国石油大学（华东）安全环保与节能技术中心 Center for Safety, Environmental & Energy Conservation Technology姓名：李玉洁学号：Z14040385专业：安全工程导师：路 帅 副教授 2019年10月10日硕士学位论文答辩目 录1研究背景与意义2功能安全相关系统简介3安全完整性等级评估4研究方向构思1 研究背景与意义 随着石油化工行业进入规模化生产，生产装置积聚的能量越来越大，装置越来越连续化、大型化，工艺过程越来越复杂，具有高温、高压、易燃易爆、有毒等特点，造成重大工业事故的可能性也随之增大。

2、 如何来降低现场发生安全事故的概率、保护现场工作人员和环境的安全以及减少由于生产事故造成的经济损失，成为安全生产环节所关注的重点。1 研究背景与意义 安全仪表系统的出现，为石油化工行业的安全问题解决了一大难题。然而，安全仪表系统由于本身结构、硬件、软件及其周围环境等原因，不可避免的在运行过程当中会出现失效的问题。同时，也存在现有的安全保护装置及措施能否满足人员、设备以及环境对安全等级要求的问题。因此，研究生产流程当中存在风险较大环节、安全仪表系统可能存在失效状况以及其在实行保护措施时的可靠性，是保障安全仪表系统能够正常工作，从而为安全生产带来保障的关键。2.1 安全仪表系统安全仪表系统：由传感

3、器、逻辑控制器和执行器组成的、能够行使一项或多项安全仪表功能的仪表系统。概念：附属系统（供电/供气等）传感器逻辑控制器最终执行元件2.3 安全完整性水平 安全完整性水平：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。 安全完整性等级的划分是通过平均要求时失效概率PFDavg的大小来确定的。3.1 SIL定级时间机构发展状态2019美国 Triconex 公司在标准 ANSI/ISAS84.01-2019 颁布后，总结了确定 SIL 的六种方法：改良的 HAZOP、后果分析、风险矩阵、风险图、定量评估、企业授权的 SIL20192000国际电工委员会（IEC）IEC6150

4、8标准电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全，其中首次提出的安全完整性等级（SIL）将会成为安全控制领域内合同的必备条款。推荐算法：风险图法和危害事件严重性矩阵法2000美国工厂互惠研究公司结合实例对风险评估、仪表安全功能能评估的过程进行了总结2019国际电工委员会（IEC）IEC61511:2019过程工业领域安全仪表系统的功能安全。结合事故树和保护层的半定量方法，安全层矩阵法、风险图法，校正的风险图法，保护层分析法2019欧洲过程安全研究中心对保护层分析法（LOPA）的原理进行了充分的解释，同时将 LOPA 融入到欧洲的工业意外风险评估方法3.1 SIL定级IEC61511 (GB/

5、T 21109-2019)：ETA/FTA（定量）风险图法（定性）校正的风险图法（半定性）安全层矩阵法（半定量）保护层分析（定量）SIL定级方法: SIL定级是指依据当前的风险场景的风险状态，确定SIF应满足的SIL要求。3.1 SIL定级SIL定级中选用HAZOP与LOPA结合的方法3.1 SIL定级场景的发生频率计算见下式： 式中：MF 减轻后的事件频率；IEF初始事件频率；PFD1、PFD2保护措施（保护措施 1，保护措施 2，）的失效概率。事故频率等级确定3.1 SIL定级风险矩阵低要求操作模式下的安全完整性水平低要求操作模式安全完整性水平平均要求时失效概率风险降低因子410-510-

6、410000100000310-410-3100010000210-310-21001000110-210-1101003.1 SIL定级3.2 SIL验证美国Triconex公司的Summers在比较了可靠性框图计算方法与事故树分析法后，提出复杂系统的评估采用事故树分析法更适用。2000年，美国Exida公司根据概率数学的规则和标准化的定义推导出了仪表安全功能（SIF)的要求失效概率（PFD)的计算方法。2019年，美国Exida公司的Miller等通过两年的可靠性研究，提出了一套基于SIL的阀门选择技术并建立了阀门可靠性数据库。2019年，挪威科技大学将失效概率分成两种模式进行计算，即低要

7、求操作模式和高要求操作模式国外研究现状3.2 SIL验证2019 年由仪器仪表综合技术研究所开始对IEC61508-1-7 和 IEC61511-1-3 标准化等同翻译2019 年制定了国家标准 GB/T20438.1-72019电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全2019 年制定了 GB/T 21109.1-32019过程工业领域安全仪表系统的功能安全鉴于 IEC61508 在标准中仅给出了最后 PFD 计算公式，而没有给出详细的过程，清华大学郭海涛等利用可靠性框图（RBD）的方法详细计算了各种结构的 PFD国内研究现状3.2 SIL验证浙江大学工业控制技术国家重点实验室提出了基于马

8、尔可夫建模的安全完整性等级计算软件的设计方案，采用 VB6.0 和 Matlab 进行了软件的开发实现。相比其他建模方法，马尔可夫建模方法具有 高度灵活性、准确性等优点。神华宁夏煤业集团烯烃公司、中国石油宁夏石化公司参考了安全仪表标准IEC61508 和 IEC61511，定量地分析了工艺过程的危害事件的潜在后果及发生的频率等，确定了安全仪表系统结构设计原则及验证方法，使其满足工艺系统的安全要求，从设计层面解决了工厂安全仪表系统的可靠性问题国内研究现状3.2 SIL验证SIL验证方法1.可靠性框图可靠性框图是一种传统的可靠性分析方法, 它用图形的方式来表示系统内部件的串并联关系, 具有简单、清

9、晰直观的特点。2.故障树分析法故障树是根据布尔逻辑用图表示系统的特定故障(称为顶上事件)。它对故障发生的基本原因进行推理分析, 然后建立从结果到原因描述故障的有向逻辑图。3.马尔可夫模型系统由一种状态以某种概率转移到另一种状态, 无论发生失效还是进行维修, 状态之间的转换用箭头转移弧表示, 并标注相应的失效率或维修率, 从而描述了系统随时间变化的行为3.2 SIL验证计算方法RBDFTAMarkov失效模式指数模式指数模式Markov链计算精度近似计算近似计算精确计算瞬时失效概率无法计算可以计算可以计算平均失效概率可以计算可以计算可以计算难易程度较简单较简单较复杂方法比较3.3 失效数据计算

10、E/E/PE安全相关系统的安全功能在要求时的平均失效概率，是通过计算和组合提供安全功能的所有子系统在要求时的平均失效概率确定的。因此在此附录中的失效概率很低，它可以表示为：3.3 失效数据计算要求时失效概率计算：D：子系统中通道的危险失效率DD：检测到的子系统中通道每小时的危险失效率DU：未检测到的子系统中通道每小时的危险失效率tCE：结构中通道的等效平均停止工作时间（h）MTTR：平均修复时间3.3 失效数据计算失效数据的来源3.3 失效数据计算海上设备可靠性数据库（OREDA）:DNV过程设备可靠性数据库（PERD）:CCPS安全设备可靠性手册（SERH）:EXIDA安全仪表系统可靠性数据（PDS）：SINTEF典型数据库：4 方向构思题目一：某装置基于可靠性的失效数据计算研究来源：国内无系统的可用的数据库，失效数据的计算都参照国外数据库，由于地域、政策等多方面的差异，直接应用国外数据库进行计算，结果未必准确。思路：论文侧重于对于各项失效参数的计算，利用其自身失效状况得到的数据，评估该装置的安全完整性。4 方向构思4 方向构思题目二：某装置安全完整性等级评估研究思路： 论文侧重于在化工装置上的应用，涉及到LOAP方法与HAZOP方法的结合来判定系统现有的防护装置是否能满足对于安全级别的要求； SIL验证环