安全仪表使用案例分析课件

安全仪表系统的使用案例分析魏华中海石油化学股份有限公司安全仪表系统的使用案例分析魏华中海石油化学股份有限公司1前言

中海油一直以来高度重视海上石油平台及中下游的安全工作，1996年ISA84.01发布后，中海油设计研究人员认识到这是安全领域一次革命化的变化，及时加以研究并有针对性的开展相关工作，随着1998年IEC61508发布以及随后IEC61511标准的发布，中海油设计人员进一步加大了安全仪表系统在中海油应用的力度.

十多年来中海油已经有数十个海上油田的大型石油平台都采用安全仪表系统作为油田的紧急关断系统；在下游新建项目，包括炼化、气电、化工等领域都采用了安全仪表系统；为生产的安全稳定运行打下良好的基础。前言中海油一直以来高度重视海上石油平台2演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用安全仪表系统4存在的问题及建议演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用3什么是安全仪表系统紧急反应（Emergencyresponse）物理保护层（Physicalprotection）安全设备（Reliefdevice）安全仪表系统（ESD/SIS/PLC）报警、操作员（Alarm、operator）基本工艺控制系统（BPCS）工艺（process）本质安全功能安全什么是安全仪表系统紧急反应（Emergencyrespon4安全仪表系统示意图安全仪表回路特点：高可靠性避免失效无法避免时，失效要以可预见的方式出现传感器输入处理控制器输出处理执行器安全仪表系统示意图安全仪表回路特点：传感器输入处理控制器输出5演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用安全仪表系统4需要考虑的问题演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用6为什么使用安全仪表系统设计规范要求国外规范：IEC61508、IEC61511、ISANFPA、API、ASME等

国内规范：《石油化工安全仪表设计规范》国家要求住房城乡建设部关于发布1623号国家标准《石油化工安全仪表系统设计规范》，编号为GB/T50770-2013，自2013年9月1日起实施企业内部的要求海油总多次下发文件，要求加强对安全仪表系统的管理，提升本质安全合理使用安全仪表系统，能为企业带来效益为什么使用安全仪表系统设计规范要求国外规范：IEC61507中海油某装置安全仪表改造效果中海油某装置安全仪表改造效果8演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用安全仪表系统4需要考虑的问题演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用9安全仪表回路评价过程工艺危害性PHA分析确定安全保护层确定安全仪表回路SIL等级回路数据收集及SIL等级验算回路测试及功能测试以德国lurgi公司设计的60万吨/年甲醇项目作为案例安全仪表回路评价过程工艺危害性PHA分析确定安全保护层确定安10第一步：工艺危害性分析PHA工艺危害性分析通常采用以下几种定性分析技术：安全审查（Safetyreviews）安全检查表法（Checklists）假设分析（whatifanalysis）危险与可操作性分析（HAZOPstudies）故障模型与影响分析（Failuremodeandeffectsanalysis）原因-后果分析（Cause-consequenceanalysis）

第一步：工艺危害性分析PHA工艺危害性分析通常采用以下几种定11工艺流程图PID工艺流程图PID12工艺流程假设性分析–whatif假设分析（Whatif..）结果（Consequences）安全措施/安全装置（Safeguards）建议（Recommendations）执行（By）SIl要求1、分离器的冷凝液液位太低2、分离器液位太高，LV-011207无法打开1.1工艺气可能漏到工艺冷凝液气提塔D-015012.1分离器的冷凝液进入合成气压缩机C-020011.1.1LC-011207调节器调节，同时进行液位低报警1.1.2气提塔D-01501将气体放空到安全位置2.1.1LC-011207调节器调节，同时进行液位高报警2.1.2LS-011208高联锁动作，压缩机跳车1.1.1无1.1.2无2.1.1无2.1.2无有，LOPA海南No.10工艺流程假设性分析–whatif假设分析结果安全措施/13第二步：安全保护层分析LOPA1234567891011保护层影响结果描述B.2严重程度B.3初始原因B.4初始的可能性B.5一般工艺设计B6.1BPCSB6.2报警B6.3附加的缓解限制B.7IPL附加防爆片、安全阀B.8中间事件可能性B.9SIF完整性等级B.10缓解事件可能性B.11注释损坏压缩机，灾难性事故SLV-011207没有打开，冷凝液进入合成气压缩机0.110.10.16013.12E-04SIL11.0E-05根据ISA-S842个保护层，SIL110.031253.12E-2第二步：安全保护层分析LOPA1234567891011保护14第三步：安全回路数据收集元件数据元件位号制造商型号故障率(FIT)SFFλsdλsuλddλdu(%)备注Pressure.Transmitter/PALL-1339PALL-1339HoneywellInternationalInc.ST30004092.5制造商提供PALL-13404092.5PALL-13414092.5SafetyBarriersPY-1339P+FKFD2-STC4-EX.132850.886.6制造商提供PY-134032850.886.6PY-134132850.886.6TS3000TRICONEXTS3000TMR制造商提供SafetyRelayPSR26ContactPSR_SCP_24VDC_ESP49509.5999.5制造商提供SolenoidValveSV-1201ASCO…327…11.00.4696制造商提供valveXV-1201DAFRAMS.p.A18251.717.272.6制造商提供第三步：安全回路数据收集元件数据元件位号制造商型号故障率(15第四步：安全回路验算输入部分故障率(FITS)-根据输入结构表决PFDAVGλsdλsuλddλdu0328090.82oo31.2x10-4注释：逻辑控制器表决PFDAVG2oo31.934x10-4最终元件故障率(FITS)-基于输出结构表决PFDAVGλsdλsuλddλdu01931001.727.251oo13.63x10-4注释：回路SILSIL36.764x10-4第四步：安全回路验算输入部分故障率(FITS)-根据输入结16第五步：安全回路功能测试–因果图回路信号测试逻辑功能测试联动模拟测试第五步：安全回路功能测试–因果图回路信号测试逻辑功能测试17演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用安全仪表系统4需要考虑的问题演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用18（一）寻找可靠性和可用性的平衡点测量原件冗余采用“或”还是“与”执行原件冗余采用“或”还是“与”保证可靠性的前提下，重点考虑可用性UV011302天然气UV011303

电磁阀1电磁阀3电磁阀2电磁阀4（一）寻找可靠性和可用性的平衡点测量原件冗余采用“或”还是“19（二）正确理解安全仪表回路的概念+­-设备逻辑运算器+­-变送器一变送器二

执行器一执行器二回路一为SIL1，回路二为SIL3，分别计算单个仪表回路安全等级，不能按工段或者单元进行计算，如果有共用设备，则采用就高不就低，防止过度投资！SIL1SIL3（二）正确理解安全仪表回路的概念+­-设备逻辑运算器20（三）寻找安全和投资的平衡点

A项目和B项目的工艺流程和安全仪表数量基本相同，由于采用的技术标准不同，，B项目的安全仪表系统比A项目要多出5000万人民币左右。B项目属于项目建设中的“镀金”。60万吨甲醇装置（A项目）德国某公司设计，采用EP（设计、采购）合同

关键回路采用SIL2，共3个，其余回路为SIL1采购的安全仪表元器件没有经过认证，采用IEC61508经验数据进行计算80万吨甲醇装置（B项目）英国某公司进行工艺包设计，业主只购买工艺包关键回路采用SIL3，共20个，SIL2为40个，其余回路为SIL1要求业主购买的设备都需要经过TUV或者相关标准认证（三）寻找安全和投资的平衡点

A项目和B项目的21（四）单纯重视产品，忽视管理

安全仪表等级需要定期评估，按周期进行测试——评估——使用，否则安全性就会下降，甚至失效！使用评估测试（四）单纯重视产品，忽视管理

安全仪表等级需要定期评估，按周22欢迎各位专家批评指正！欢迎各位专家批评指正！23安全仪表系统的使用案例分析魏华中海石油化学股份有限公司安全仪表系统的使用案例分析魏华中海石油化学股份有限公司24前言

中海油一直以来高度重视海上石油平台及中下游的安全工作，1996年ISA84.01发布后，中海油设计研究人员认识到这是安全领域一次革命化的变化，及时加以研究并有针对性的开展相关工作，随着1998年IEC61508发布以及随后IEC61511标准的发布，中海油设计人员进一步加大了安全仪表系统在中海油应用的力度.

十多年来中海油已经有数十个海上油田的大型石油平台都采用安全仪表系统作为油田的紧急关断系统；在下游新建项目，包括炼化、气电、化工等领域都采用了安全仪表系统；为生产的安全稳定运行打下良好的基础。前言中海油一直以来高度重视海上石油平台25演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用安全仪表系统4存在的问题及建议演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用26什么是安全仪表系统紧急反应（Emergencyresponse）物理保护层（Physicalprotection）安全设备（Reliefdevice）安全仪表系统（ESD/SIS/PLC）报警、操作员（Alarm、operator）基本工艺控制系统（BPCS）工艺（process）本质安全功能安全什么是安全仪表系统紧急反应（Emergencyrespon27安全仪表系统示意图安全仪表回路特点：高可靠性避免失效无法避免时，失效要以可预见的方式出现传感器输入处理控制器输出处理执行器安全仪表系统示意图安全仪表回路特点：传感器输入处理控制器输出28演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用安全仪表系统4需要考虑的问题演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用29为什么使用安全仪表系统设计规范要求国外规范：IEC61508、IEC61511、ISANFPA、API、ASME等

国内规范：《石油化工安全仪表设计规范》国家要求住房城乡建设部关于发布1623号国家标准《石油化工安全仪表系统设计规范》，编号为GB/T50770-2013，自2013年9月1日起实施企业内部的要求海油总多次下发文件，要求加强对安全仪表系统的管理，提升本质安全合理使用安全仪表系统，能为企业带来效益为什么使用安全仪表系统设计规范要求国外规范：IEC615030中海油某装置安全仪表改造效果中海油某装置安全仪表改造效果31演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用安全仪表系统4需要考虑的问题演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用32安全仪表回路评价过程工艺危害性PHA分析确定安全保护层确定安全仪表回路SIL等级回路数据收集及SIL等级验算回路测试及功能测试以德国lurgi公司设计的60万吨/年甲醇项目作为案例安全仪表回路评价过程工艺危害性PHA分析确定安全保护层确定安33第一步：工艺危害性分析PHA工艺危害性分析通常采用以下几种定性分析技术：安全审查（Safetyreviews）安全检查表法（Checklists）假设分析（whatifanalysis）危险与可操作性分析（HAZOPstudies）故障模型与影响分析（Failuremodeandeffectsanalysis）原因-后果分析（Cause-consequenceanalysis）

第一步：工艺危害性分析PHA工艺危害性分析通常采用以下几种定34工艺流程图PID工艺流程图PID35工艺流程假设性分析–whatif假设分析（Whatif..）结果（Consequences）安全措施/安全装置（Safeguards）建议（Recommendations）执行（By）SIl要求1、分离器的冷凝液液位太低2、分离器液位太高，LV-011207无法打开1.1工艺气可能漏到工艺冷凝液气提塔D-015012.1分离器的冷凝液进入合成气压缩机C-020011.1.1LC-011207调节器调节，同时进行液位低报警1.1.2气提塔D-01501将气体放空到安全位置2.1.1LC-011207调节器调节，同时进行液位高报警2.1.2LS-011208高联锁动作，压缩机跳车1.1.1无1.1.2无2.1.1无2.1.2无有，LOPA海南No.10工艺流程假设性分析–whatif假设分析结果安全措施/36第二步：安全保护层分析LOPA1234567891011保护层影响结果描述B.2严重程度B.3初始原因B.4初始的可能性B.5一般工艺设计B6.1BPCSB6.2报警B6.3附加的缓解限制B.7IPL附加防爆片、安全阀B.8中间事件可能性B.9SIF完整性等级B.10缓解事件可能性B.11注释损坏压缩机，灾难性事故SLV-011207没有打开，冷凝液进入合成气压缩机0.110.10.16013.12E-04SIL11.0E-05根据ISA-S842个保护层，SIL110.031253.12E-2第二步：安全保护层分析LOPA1234567891011保护37第三步：安全回路数据收集元件数据元件位号制造商型号故障率(FIT)SFFλsdλsuλddλdu(%)备注Pressure.Transmitter/PALL-1339PALL-1339HoneywellInternationalInc.ST30004092.5制造商提供PALL-13404092.5PALL-13414092.5SafetyBarriersPY-1339P+FKFD2-STC4-EX.132850.886.6制造商提供PY-134032850.886.6PY-134132850.886.6TS3000TRICONEXTS3000TMR制造商提供SafetyRelayPSR26ContactPSR_SCP_24VDC_ESP49509.5999.5制造商提供SolenoidValveSV-1201ASCO…327…11.00.4696制造商提供valveXV-1201DAFRAMS.p.A18251.717.272.6制造商提供第三步：安全回路数据收集元件数据元件位号制造商型号故障率(38第四步：安全回路验算输入部分故障率(FITS)-根据输入结构表决PFDAVGλsdλsuλddλdu0328090.82oo31.2x10-4注释：逻辑控制器表决PFDAVG2oo31.934x10-4最终元件故障率(FITS)-基于输出结构表决PFDAVGλsdλsuλddλdu01931001.727.251oo13.63x10-4注释：回路SILSIL36.764x10-4第四步：安全回路验算输入部分故障率(FITS)-根据输入结39第五步：安全回路功能测试–因果图回路信号测试逻辑功能测试联动模拟测试第五步：安全回路功能测试–因果图回路信号测试逻辑功能测试40演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用安全仪表系统4需要考虑的问题演讲提纲1安全仪表系统是什么2为什么采用安全仪表系统3怎么用41（一）寻找可靠性和可