功能安全技术与应用

功能安全技术与应用2000年开始兴起的一项新兴的安全工程学科起于IEC61508标准内容缘由理念实践缘由安全生产----面临的困境与挑战技术发展我们的工厂设计采用了多个保护层功能安全中心社会应急响应紧急广播工厂应急响应撤离规程减轻机械减轻系统仪表安全控制系统仪表安全减轻系统操作员监督预防机械保护系统操作员校正动作时的过程报警仪表安全控制系统仪表安全预防系统控制系统和监视基本过程控制系统监视系统（过程报警）操作员监督过程在试错的基础上建立的安全控制与防护技术要求长期的使用经验和长期的系统测试，使用“经证明是正确的技术”或“好的工业实践”严格的法规体系与宏大的安全标准体系（在选择、计算、系统方法上都有详细规定）后果：大多数事故得以避免，生产加速、系统加大、人们越来越依赖于安全系统但是事故仍然发生……不但在新技术系统使用场合，也在“经证明是正确的技术”应用场合安全生产的困境—人会犯错墨菲定律如果有两种选择，其中一种将导致灾难，则必定有人会作出这种选择。任何事都没有表面看起来那么简单；所有的事都会比你预计的时间长；会出错的事总会出错；如果你担心某种情况发生，那么它就更有可能发生。有可能出错的终将会出错安全生产的困境—人会犯错人总是会犯错的人的素质是参差不齐的多样性与不确定性人的错误导致事故的案例切尔诺贝利核电站事故（其中人的因素）按计划停机调试时多次违反操作规程操作员关上了多级反应堆的安全系统

人的错误导致事故的案例设计错误案例（温州铁路事故）设计理念软件编写调度安排安全生产的困境—人会犯错结论安全依靠责任转为安全更多的依赖技术，尽量采用技术系统减少人出错的可能性不能要求人承担超出他能力的责任能力与责任要匹配安全生生产的的困境境—责任无无限安全管管理者者如坐坐火药药桶责任有有限安全生生产风风险管管理：：风险识识别、、分析析、分分摊、、转移移、控控制等等让每个个人都都知道道：到底做做什么么？做到什什么程程度？？安全应应多依依赖于于技术术科技兴兴安但技术术设备备与系系统也也会出出现故故障安全生生产的的困境境—设备会会出故故障设备越越来越越复杂杂采用大大量电电子、、可编编程电电子元元件自动化化和智智能化化整个宇宇宙约约有1069到1081个星球球10MB的电子子存储储器就就有1020000000种状态态设备必必定会会故障障，只是时时间问问题BP事故案案例事故直直接原原因：：液位位计故故障2005年3月23日，但但于美美国德德克萨萨斯州州的BP公司炼油厂厂异构构装置置在开开车过过程中中发生生了多多起爆爆炸事事故，并引引发火火灾，，15人死亡亡、170多人受受伤，，安全生生产的的困境境—设备会会出故故障结论应尽可可能采采用技技术设设备与与系统统保障障安全全但必须须实现现功能能安全全理念功能安安全的的基本本概念念与方方法什么是是功能能安全全？Functionalsafety是整体体安全全的一一部分分，它它依赖赖于系系统或或设备备执行行正确确的功功能（（对输输入的的响应应正确确）安全取取决于于主动动系统统或设设施功功能的的正确确行使使。保护层层及保保护层层分析析（LOPA）保护层层（layersofprotection）采用多多重保保护层层或安安全措措施，，以便便深度度防止止灾难难性事事故或或减轻轻灾难难事故故的影影响。。可提提供的的防止止事故故与灾灾难发发生的的措施施，可可以是是安全全设备备、系系统或或行动动（作作用）），能能够防防止或或减缓缓危险险剧情情向不不利后后果扩扩展。。2001由美国国化学学工程程师协协会，，化工工过程程安全全中心心CCPS发布CenterforChemicalProcessSafety(CCPS),AmericanInstituteofChemicalEngineers（AIChE）LayerofProtectionAnalysis1.具备固有安安全设设计特性（（工艺艺、动动设备备、静静设备备、仪仪表、、控制制系统统、软软件系系统））；2.基本过过程控控制系系统(BPCS)；3.超限报警警和操操作员员人工工介入入；4.急停车系系统/功能安安全仪表(SIS)；5.物理防护措措施（（积极保保护层层），如如释放放设备备（安安全阀阀、爆爆破片片、释释放到到火炬炬）；；6.后续释放物物理防防护（（消极保保护层层），切切断对对水源源、土土壤、、地下下水、、大气气的污污染，，如围围堰、、隔离离系统统；7.工厂厂和社社会会的的紧紧急急响响应应（（紧急急响响应应层层）。可行行的的保保护护层层各级级保保护护层层所所应应对对的的危危险险级级别别LOPA是一一种种简简化化的的半半定定量量风风险险评评价价方方法法，，用用以以确确定定现现有有的的安安全全措措施施是是否否合合适适，，是是否否需需要要增增加加新新的的安安全全措措施施。。LOPA所包包含含的的内内容容如如下下：：1.分析析由由原原因因-后果果对对偶偶所所定定义义的的独独立立的的危危险险剧剧情情；；2.确定定剧剧情情的的风风险险（（risk）程程度度；；3.分析析独独立立的的保保护护层层，，其其有有效效性性及及联联合合效效果果。。保护护层层及及保保护护层层分分析析（（LOPA）保护护层层分分析析（（LOPA）考考虑虑的的重重点点1.怎样样的的安安全全是是足足够够的的安安全全？？2.具体体的的过过程程需需要要多多少少种种保保护护层层？？3.每一一保保护护层层可可以以减减少少多多少少风风险险？？实质质：：HAZOP+ETA（事事件件树树分分析析））两种种方方法法的的联联合合。。保护护层层（（洋洋葱葱图图））1.工艺艺过过程程2.集散散控控制制系系统统3.操作作员员报报警警4.安全全仪仪表表系系统统5.释放放设设备备6.物理理保保护护7.紧急急响响应应安全全相相关关系系统统安全全仪仪表表系系统统SISSIS和风风险险降降低低风险升升高过程风风险可容忍忍风险险残留风风险必要的的风险险降低低更优风风险降降低(ALARP)工艺设计基本控控制系系统报警泄放SISABA:安全是是通过过采取取被动系系统措施获获得的的，如如绝缘缘电阻阻。B:安全是是通过过主动系系统获得的的，如如温度度测量量和继继电器器断开开功能安安全非功能能安全全整体安安全=A+B功能安安全在在安全全分类类中的的位置置功能安安全标标准与与标准准体系系概述述功能安安全标标准的的出台台背景景供应商商的问问题：：如何何说服服用户户使用用？新技术术产业业化的的需要要用户的的问题题：使使用没没有标标准的的产品品，责责任谁谁负？？未经过过充分分测试试的产产品，，如何何应用用？政府的的问题题：快快速发发展的的行业业，如如何规规范欧洲市市场03年达13亿美元元，年年增长长率8%标准是是基础础！交通运运输及及其它它8%制造业业42%流程工工业50%建立统统一平平台，，保证证了更更高层层次的的安全全保证新新技术术产业业化发发展DINVVDE0801DINV19250ISAS84HSEPESEWICSIEC61508国际功功能安安全基基础标标准发发展过过程功能安安全标标准系系列框框架设设计应用领域标准系列子系统\产品标准系列IEC61508为基础SIL--系统能能够实实现风风险降降低的的级别别已经形形成的的应用用领域域标准准系列列IEC61508IEC61800-5-2电驱设备IEC61511流程工业领域IEC61513核工业EN50156熔炉IEC60601医疗设备EN50126/8/9铁路IEC62061机械EN115扶梯ISO26262熔炉功能安安全的的基本本方法法基本方方法1端到端端地实实现风风险降降低主动系系统—功能安安全疏散(降低伤伤害的的严重重性)预防(减少伤伤害的的概率率)减轻(降低伤伤害的的严重重性)风险管管理:系统地地识别别风险险,并将其其控制制在允允许的的范围围内SIL以基于于风险险的方方法建建立安安全要要求（（风险险降低低因子子RRF）以执行行功能能可靠靠性的的保障障来实实现安安全完完整性性要求求（SIL）安全分分级控控制功能分分解与与责任任分解解·原因分析·共同原因分析·SIL分配潜在的新危险危险控制供应商的责任用户专家的责任HTHR·HTHRHTHR风险分析安全专家系统定定义·危险识识别·结果分分析·风险评评估THR分配端到端端地实实现风风险降降低SIL--系统能能够实实现风风险降降低的的级别别RRF-基于风风险提提出风风险降降低因因子理念：：所有危危险都都可以以控制制到可可接受受范围围问题是是：能否发发现危危险可接受受范围围如何何确定定功能安安全的的基本本方法法2：全系系统安全完整性（SIL）系统失效完整性随机失效完整性质量管理条件安全管理条件技术安全条件量化的安全目标概率\统计方方法可靠性性方法法分解与与集成成关系系同时也也是责责任分分解关关系安全完整性系统安全完整性硬件安全完整性故障检测随机失效结构约束避免失效故障控制经使用证实全系统统实现现SIL要求安全完完整性性等级级-在低要要求操操作模模式下下安全全功能能的目目标失失效量量功能安安全的的基本本方法法3：全生生命周周期SIL要求要求规规范工程设设计试运行行变更管管理SIL方案制制定操作与与维护护管理故故障(错误),避免失失效审核评估验证确认认证要求系统子系统产品资质要求机构人员(IEC61882,IEC61508,IEC61511)基本方法4故障安全原原则当安全控制制系统或安安全保护系系统出现危危险失效时时，被保护护的对象（（装置）应应按预定的的顺序达到到安全状态态,这就是故障障安全原则则。安全系统的的特点：高可靠性避免失效无法避免时时,失效要以可可预见的方方式出现（（容错、诊诊断、故障障安全）基本方法5安全文档安全策略与与安全要求求安全计划安全分析危险分析失效模式、、影响及严严重程度分分析故障树分析析事件树分析析可维护性分分析操作和支持持危险分析析接口危险分分析危险日志安全证明文文件（Safetycase）保证安全责责任可追溯溯实践如何推进功功能安全技技术的应用用与推广？？如何避免失失控？哪些点最关关键？如何何控制危险险？1了解重点用用户的功能能安全要求求社会应急响应紧急广播工厂应急响应撤离规程减轻机械减轻系统仪表安全控制系统仪表安全减轻系统操作员监督预防机械保护系统操作员校正动作时的过程报警仪表安全控制系统仪表安全预防系统控制系统和监视基本过程控制系统监视系统（过程报警）操作员监督过程基于风险分分析确定风风险控制方方案了解HAZOPLOPAQRA等等方法详细的危险险识别、风风险评估，，最后确定定风险控制制方案基于风险确确定风险降降低因子危险事件的的后果Consequenceofhazardousevent危险事件的的频率FrequencyofhazardouseventEUC风险EUCRisk外部风险降降低设施ExternalriskreductionfacilitiesE/E/PE安全相关系系统E/E/PEsafetyrelatedsystem其它技术安安全相关系系统Othertecnologysafety-relatedsystem允许风险目目标Tolerablerisktarget必要的风险险降低Necessaryriskreduction(ΔR)安全相关防防护系统的的安全完整整性需要和和必要的风风险降低像像匹配Safetyintegrityofsafety-relatedprotectionsystemmatchedtothenecessaryriskreductionEUC和EUC控制系统EUCandEUCcontrolsystemFnpC结合行业特特点确定风风险控制方方案事故隐患未遂事故轻微事故100030029重大事故1航空事故统统计了解相关的的法则、标标准、行业业惯例与特特殊要求，，与行业专专家配合，，提出安全全控制建议议海因里希法法则最终确定安安全要求安全功能列列表安全要求规规范安全功能要要求功能描述安全状态响应时间要求模式SIL要求SIL操作模式极端环境与与EMC条件检验测试试要求石油、化化工、轨轨道交通通、电力力、冶金金、等等等工艺控控制过程程复杂的的高风险险HAZOP\LOPA\QRA方法培训训工艺安全全管理体体系培训训建立安全全要求规规范体系系2重点攻克克开发技技术难点点开发应用要求评估认证目标：形形成产业业链如何证明明？与评评估与认认证同步步发展产品安全全完整性性设计技技术培训训与咨询询管理故障障，避免免失效FMEDA,FAT……3建立中国国自己的的评估队队伍系统功能能安全评评估全系统、、全生命命周期产品安全要求集成操作维护供应商用户集成商用户子系统供应商掌握不同同类型评评估技术术培训、合合作、咨咨询SIL能力功能安全认证产品子系统特定应用人员机构管理体系4建立与国国际接轨轨的认证证体系5建立符合合中国特特色的标标准体系系人员培训训定制服务务试点项目目N联合工作作组人才与经经验总结验收、评评估…标准体系系1234相关领域域安全仪仪表系统统安全要要求、验验收规范范、评估估规范、、设计规规范、管管理规范范在石油化化工领域域推广，，在其他他相关领领域试点点谢谢!9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄黄叶树，，灯下白白头人。。。04:30:5904:30:5904:3012/29/20224:30:59AM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2204:31:0004:31Dec-2229-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。04:31:0004:31:0004:31Thursday,December29,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2204:31:0004:31:00December29,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。29十十二月20224:31:00上午午04:31:0012月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月224:31上上午12月-2204:31December29,202216、行动出成成果，工作作出财富。。。2022/12/294:31:0004:31:0029December202217、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。4:31:00上上午午4:31上上午午04:31:0012月月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。04:31:0004:31:0004:3112/29/20224:31:00AM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2204:31:0004:31Dec-2229-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。04:31:0004:31:0004:31Thursday,December29,202213、不知香香积寺，，数里入入云峰。。。12月-2212月-2204:31:0004:31:00December29,202214、意志志坚强强的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥块一一样任任意揉揉捏。。29十十二二月20224:31:00上上午04:31:0012月月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荆荆门门九九派派通通。。。。。十二二月月224:31上上午午12月月-2204:31December29,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/294:31:0004:31:0029December202217、空山新雨雨后，天