安全仪表系统设计与sil的计算方法

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1、安全仪表系统设计与SIL的计算方法左信朱春丽中国石油大学（北京）自动化研究所2008年11月•北京•自控中心站培训31目录第1章安全仪表系统设计概述11.1安全性与可用性11.1.1安全仪表系统的安全性11.1.2安全仪表系统的可用性11.1.3安全性与可用性之间的关系21.2安全仪表系统的设计目标21.3安全仪表系统的设计原则21.3.1基本原则21.3.2逻辑设计原则31.3.3回路配置原则41.4完整的安全仪表回路设计41.5安全仪表系统的设计步骤5第2章安全度等级SIL的计算方法62.1系统结构介绍72.1.11oo1结构72.1.21oo2结构72.1

2、.32oo2结构82.1.42oo3结构82.1.51oo2D结构82.2SIL的可靠性框图计算方法92.2.11oo1结构的可靠性框图92.2.21oo2结构的可靠性框图102.2.32oo2结构的可靠性框图102.2.42oo3结构的可靠性框图112.2.51oo2D结构的可靠性框图112.2.6术语列表122.3SIL的马尔可夫模型计算方法132.3.11oo1结构的马尔可夫模型13312.3.21oo2结构的马尔可夫模型142.3.32oo2结构的马尔可夫模型162.3.42oo3结构的马尔可夫模型182.3.51oo1D结构的马尔可夫模型202.3.6

3、1oo2D结构的马尔可夫模型202.3.7术语列表222.4SIL的故障树分析计算方法242.4.11oo1结构的PFD故障树242.4.21oo2结构的PFD故障树242.4.32oo2结构的PFD故障树252.4.42oo3结构的PFD故障树252.4.52oo4结构的PFD故障树262.4.61oo1D结构的PFD故障树262.4.71oo2D结构的PFD故障树272.4.82oo2D结构的PFD故障树272.4.92oo4D结构的PFD故障树282.4.10术语列表28第3章计算实例2931第1章安全仪表系统设计概述1.1安全性与可用性1.1.1安全仪表

4、系统的安全性安全仪表系统的安全性是指任何潜在危险发生时，安全仪表系统保证使过程处于安全状态的能力。不同安全仪表系统的安全性是不一样的，安全仪表系统自身的故障无法使过程处于安全状态的概率越低，则其安全性越高。安全仪表系统自身的故障有两种类型。（1）安全故障当此类故障发生时，不管过程有无危险，系统均使过程处于安全状态。此类故障称为安全故障。对于按故障安全原则(正常时励磁、闭合)设计的系统而言，回路上的任何断路故障是安全故障。（2）危险故障当此类故障存在时，系统即丧失使过程处于安全状态的能力。此类故障称为危险故障。对于按故障安全原则设计的系统而言，回路上任何可断开触点

5、的短路故障均是危险故障。换言之，一个系统内发生危险故障的概率越低，则其安全性越高。1.1.2安全仪表系统的可用性安全仪表系统的可用性是指系统在冗余配置的条件下，当某一个系统发生故障时，冗余系统在保证安全功能的条件下，仍能保证生产过程不中断的能力。与可用性比较接近的一个概念是系统的容错能力。一个系统具有高可用性或高容错能力不能以降低安全性作为代价，丧失安全性的可用性是没有意义的。严格地讲，可用性应满足以下几个条件。（1）系统是冗余的;（2）系统产生故障时，不丧失其预先定义的功能;（3）系统产生故障时，不影响正常的工艺过程。311.1.3安全性与可用性之间的关系从某

6、种意义上说，安全性与可用性是矛盾的两个方面。某些措施会提高安全性，但会导致可用性的下降，反之亦然。例如，冗余系统采用二取二逻辑，则可用性提高，安全性下降;若采用二取一逻辑，则相反。采用故障安全原则设计的系统安全性高，采用非故障安全原则设计的系统可用性好。安全性与可用性是衡量一个安全仪表系统的重要指标，无论是安全性低、还是可用性低，都会使损失的概率提高。因此，在设计安全仪表系统时，要兼顾安全性和可用性。安全性是前提，可用性必须服从安全性;可用性是基础，没有高可用性的安全性是不现实的。1.2安全仪表系统的设计目标安全仪表系统设计的目标，首先是要满足装置的安全度等级要

7、求，衡量标准在于它能否达到要求平均故障概率PFDaverage，即要求下的设备失效的可能性。为了达到装置的安全度等级，系统必须具有高的安全性。但是，系统的安全性越高，必然使设备停车次数越多，维修时间延长，降低了系统的可用性。而在石化等行业的现实应用当中，设备停车可能造成重大的经济损失，这就要求系统既具有高安全性，又具有高可用性。安全仪表系统的设计并不是安全性越高越好，要寻求的是一种最优配置，即在达到安全度等级的前提下，合理配置经济实用的系统。因此，在设计安全仪表系统时，首先要进行风险分析，确定必要的风险降低指标;然后确定SIL等级并进行风险分配，以确定安全仪表系

8、统应承担的风险降低指标;