工艺安全管理2-4工艺安全分析SIL

1、工艺平安管理自我简介 陈建平专业：设计平安邮件：safetychen重庆MDI一体化工程西气东输榆林枢纽工艺改造工程神华宁夏煤制烯烃工程2一些根本问题为什么不用DCS执行平安功能？1oo2和2oo3，哪一个更平安？能否设计一个100%可靠和不会误跳车的联锁？SIF什么情况可以删除/添加？SIF/DCS分开和共享原那么是什么？SIL会不会添加本钱？SIS仪表如何采购，验证和维护？SIF在天然气/原油长间隔保送，和石化工程中，过压维护如何设计？3课程目录平安仪表系统(SIS)根本概念；根本概率运算；工艺系统设计流程；SIL评价4第一部分 SIS根本概念SIS根本概念平安仪

2、表系统SIS：由多个变送器，逻辑处置器和终端元件组成;工艺偏离正常值时，能把系统带回平安形状；6SIS根本概念平安仪表功能SIF是平安仪表系统中，为实现某一功能的单一回路；只针对特定一个隐患，把工艺系统带回平安形状；每一个SIF回路，对应一个SIL等级。7SIS根本概念平安仪表系统生命周期工艺流程 概念设计；识别隐患 危险源识别；SIL评价 LOPA分析；SIL等级 确定SIF冗余、增删和 其他非SIS措施；SIF设计 确定因果图和技术参 数；采购安装 PFD要求和验证；调试 频率和维护。定义工艺流程隐患识别和分层维护分析确定非SIS措施是不是设计、采购安装、验证、试车维护、调试确定SIF冗余

3、/增删其他预防/减缓措施SIL评价SIS？终了SIS根本概念平安仪表系统缺点方式仪表缺点可分为“平安失效S和“危险失效D。平安失效致误跳车，降低消费延续性；危险失效导致事故，降低平安可靠性；缺点60%40%平安失效危险失效DSSIS根本概念平安仪表系统缺点方式平安可探测(SD)60%40%平安失效危险失效SD(SU)平安不可探测(DD)危险可探测危险不可探测(DU)仪表缺点分为可探测的和不可探测的；“平安失效 和“危险失效，均可分为“可探测的和“不可探测的；可探测的和不可探测的“平安失效，会导致误跳车，把工艺带回平安形状；可探测的“危险失效，可转换信号为为“平安失效，把工艺带回平安形状；不可探

4、测的“危险失效，不能被系统设别，会导致平安事故。SIS根本概念SIL定义Demand是工艺系统里，是非平安仪表系统的失效率；PFD=probability of Failure on Demand，是一个SIF回路的失效率；SIL等级SIL 4SIL 3SIL 2SIL 1PFD 失效率10-4 到 10-510-3 到 10-410-2 到 10-310-1 到 10-2SIL是指一个SIF回路的可靠性要求，即PFD；按PFD所在区间的不同，把SIF回路划分为四个SIL等级。40%平安失效危险失效SD(DD)危险可探测危险不可探测(DU)PFDavg = 1 - e -DU*TI/260%S

5、IS根本概念SIL定义一个SIF回路的PFD失效率，是SIF三个子系统PFD加和。即变送器、逻辑处置器、终端元件的加和；单个仪表PFD = 1 - e -DU*TI/2的，约等于D *TI/2参见IEC61508；D为危险失效率，由仪表商提供；TI为仪表调试频率，由业主定义；从SIF回路计算的PFD，可验证回路能否能满足SIL等级的要求。40%平安失效危险失效SD(DD)危险可探测危险不可探测(DU)PFDavg = 1 - e -DU*TI/260%变送器子系统逻辑处置器子系统终端元件子系统第二部分 - SIS根本概率运算AB简单概率运算法那么P(A) = 1 = 1/6 P(B) = 3

6、= 1/6P(A AND B)= P(A) x P(B)P(A OR B)= P(A) + P(B)SIS根本概率运算0.04 0.02A1oo1能够性 跳车率 危险率 (降低消费延续性) (降低平安可靠性)SIS根本概率运算能够性 跳车率 危险率 (降低消费延续性) (降低平安可靠性)SIS根本概率运算BA1oo2 0.08很平安，但跳车相对频繁0.0004能够性 误跳车率 危险率 (降低消费延续性) (降低平安可靠性)SIS根本概率运算AB2oo20.0016可防止频繁跳车，但平安性低0.0418SIS根本概率运算2oo3ABC能够性 误跳车率 危险率 (降低消费延续性) (降低平安可靠性

7、)0.00480.0012可防止频繁跳车，也可确保平安性0.040.020.00482oo30.0012平安性：1oo2 2oo3 1oo1 2oo2 延续性：2oo2 2oo3 1oo1 1oo2SIS根本概率运算1oo11oo22oo2能够性 误跳车率 危险率 (降低消费延续性) (降低平安可靠性)0.080.00040.0016 0.04冗余比较PFD计算根本公式SIS根本概率运算冗余 1oo1 1oo2 2oo2 2oo3 1oo2D MTBFsp 1/S1/(2S)1/(2S2 * MTTR )1/(6S2 * MTTR )1/(2S2 * MTTR )PFD D (MTTR+TI/

8、2)2D2 (MTTR+TI/2)22D (MTTR+TI/2)6D2 (MTTR+TI/2)22D2 (MTTR+TI/2)2其中: MTTR = 装配到检修完好的时间MDT (Mean Down Time) = (MTTR + TI/2) 假设: 1/MDT failure rateT I = 调试间隔S = 平安失效D = 危险失效压力变送器各为2oo2的两组变送器，分别保证消费延续性；2oo2的两组变送器，组成1oo2确保平安可靠性；电磁阀和工艺阀门单个阀门两个电磁阀构成2oo2，保证消费延续性；两个工艺阀门组成1oo2，保证平安可靠性。如何确保系统可靠性？防止误跳车？1oo22oo2

9、2oo2SIS根本概率运算第三部分 工艺系统设计分析工艺系统设计分析流程输入输出工艺流程概念设计隐患识别和后果分层维护分析是不是SIF设计SIL等级确定非SIS措施SIS？其他措施物料平衡危险源识别隐患的严重性可接受风险工艺流程图维护措施发生的能够性工艺流程图冗余、技术参数24工艺系统设计分析确定可接受风险公司；环境/社区；地方法规；识别潜在隐患、后果、发生能够性；过高估计后果：投资本钱上升；过低估计后果：措施缺乏呵斥危险；识别非SIS措施：分层和100%胜任原那么；风险比较：非SIS措施总风险低于可接受风险？其他新的控制措施？确定能否需求SIF和SIL等级；确定SIF回路设计和技术参数。可接

10、受风险固有风险风险分层维护未采取任何措施基于公司、环境和法规各层措施分别降低风险设计分析流程定量25工艺系统设计分析是指事故发生后，其影响范围内呵斥的人员伤亡、环境污染、财富损失、公司笼统损害等。设计意义的后果，是基于一定的估算原那么。例如：人员伤亡：1个，2个，群是群伤等；环境污染：车间、厂内、厂外、跨境等；财富损失后果二、分层维护2. 事故的发生是可以预防和/或减缓的典型的预防措施 -消费操作程序DCS (根本工艺控制系统)报警和操作工干涉平安仪表系统(SIS)降低事故发生的能够性，来降低风险典型的减缓措施：控制点火源；火灾和气体探测系统围堰应急撤离降低后果的严重性，来降低风险26一、可接

11、受风险风险很难降低到零；风险下降越低，投资将越大；人们的“可接受风险，与事故后果的“严重性相关。最低合理可行原那么ALARP27一、可接受风险根据事故后果的严重性，定义“可接受的风险轻微(Ca)严重(Cb)极严重(Cc)灾难性(Cd)死亡 0 0.1 1高于极严重受伤 0.5 2 15高于极严重环境损失 ($k US) 100 1000 10000高于极严重财产损失 ($M US) 5.0 50.0 500高于极严重可接受风险(1/年) 10-3 10-4 10-5 10-6化工安装可接受风险28二、分层维护每一层措施，都对平安做出奉献；一个胜利，事故就不会发生或扩展；维护层总失效率，应小于可

12、接受风险。29二、分层维护举例总失效率：10-3 + 910-4 = 1.910-3 , 大于可接受风险10-4不符合平安要求！30二、分层维护举例总失效率：10-4 + 910-5 = 1.910-4 , 大于可接受风险10-4不符合平安要求！31可接受风险10-4高压报警员工干涉SIS后果和频率容器破裂，走漏到环境容器破裂，走漏到环境维护层3二、分层维护举例总失效率：10-5 + 910-5 = 1.910-5 , 小于可接受风险10-4符合平安要求！32二、分层维护维护层必需是：独立的Independence；额定荷载的、可靠的(Dependability)；针对性的Specificit

13、y;可审计的Auditability。33三、独立维护层独立维护层，是能防止工艺系统隐患发生的安装、系统或行动。自动独立维护层根本工艺控制系统报警人工干涉平安泄放阀门平安仪表系统被动独立维护层围堰/围堤全开的排气筒抗爆墙阻火器34四、SIL概念维护层总失效率 可接受风险；维护层总失效率 = SIS维护层 + 非SIS维护层失效率；SIS失效率= 可接受风险 非SIS维护层失效率35四、SIL概念SIL级别SIL 4SIL 3SIL 2SIL 1失效率PFD10-4 to 10-510-3 to 10-410-2 to 10-310-1 to 10-2一个SIF对应一个SIL级别；一个SIS能够

14、有很多SIL级别。现有技术，SIS失效率最低只能降到SIL4；化工系统最多SIL3，不引荐SIL4，除非36五、SIL在SIS设计的运用根据SIL审查的意见，思索添加或删除平安仪表功能；例： 根据SIL评价结果，确定输油管能否需求紧急迫断系统SIS？海洋37五、SIL在SIS设计的运用调整平安仪表功能的冗余设计：变送器，逻辑处置器，和终端元件；变IEC61511-1 表5 送器，终端元件，和非PE逻辑处置器调整冗余根据：IEC61511-1的第11.4 “硬件容错要求；38五、SIL在SIS设计的运用SIL最低冗余要求（参阅11.4.3和11.4.4）最低冗余要求（如满足11.4.4）1002

15、103214参照IEC 61508参照IEC 61508IEC 61511-1 表6变送器，终端元件，和非PE逻辑处置器不建议SIL4：防止过度冗余、消费、维护等问题；思索“非SIS措施，降低SIL等级调整冗余39SISSIS五、SIL在SIS设计的运用冗余调整： SIL140五、SIL在SIS设计的运用冗余调整： SIL241五、SIL在SIS设计的运用冗余调整： SIL342五、SIL和SIS设计思索SIS和DCS分开或共用设计变送器/阀门共用：DCS的失效，不影响SIS的SIL等级；变送器/阀门分开：防止两那么者同时失效；防止不经意的变卦，影响SIS平安功能；逻辑处置器共用(成套设备)：

16、提高整个逻辑处置器可靠性；整个系统的运转、变卦、维护、调试，按照SIS对待；系统组态和编程设置权限。原那么：SIS/DCS分开设计，但DCS失效不影响SIS可靠性时，可共用43五、SIL和SIS设计思索SIS和DCS分开或共用设计三个变送器中间值做控制用途，2oo3做SIS联锁用途仅用于SIF SIL 1。可用于 SIL 1；两位阀失效率满足SIL2时，SIL2调理阀失效非SIF动作缘由时，SIL344五、SIL和SIS设计思索SIS仪表冗余多样性：减少“共同缘由失效4.1采用不同“厂家，“原理产品，“型号产品；气化炉高压氧气高压氮气通大气4.2SIL3：应思索与DCS分开和仪表冗余多样性；4

17、5五、SIL和SIS设计思索SIS仪表冗余多样性：减少“共同缘由失效4.3SIL4：必需思索与DCS分开，必需采用仪表冗余多样性；4.4SIL只思索平安可靠性，SIS设计还应思索消费延续性。锅炉或氨罐过压维护联锁压力和温度信号组成1oo2；温度设定值，为对应起跳压力的饱和蒸气压两个不同检测原理信号，消除“一样缘由失效46五、SIL和SIS设计HIPS设计运用于火炬系统设计 5.1工厂火炬系统备注：经过SIS切断再沸器蒸汽，平安阀将不会起跳，关键是SIS可靠性47五、SIL和SIS设计HIPS设计运用于火炬系统设计 5.2天然气、原油长间隔保送系统备注：任何一个接力紧缩机站跳车，上游将全线超压P

18、T48五、SIL和SIS设计HIPS设计(火炬系统设计 SIS失效总负荷火炬背压MPag火炬头马赫数ESD失效概率SIL1SIL2SIL31个200.90.29610-210-310-42个351.310.51910-310-510-73个42-0.68310-410-710-104个48-10-510-9设计前提：火炬头马赫数不能超越0.5；各平安阀出口背压，不高于起跳压力10%(弹簧),或50%(先导或波纹管)；火炬总管超压150200%概率， 10-5；确定失效SIS数量，作为火炬系统设计负荷。49五、SIL和SIS设计破管维护 高压氧气管线；天然气长间隔管线；50五、SIL和SIS设计破管维护 原油长间隔输；海洋石油消