安全仪表系统1

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1、安全仪表系统及其在加氢装置的应用中国石化工程建设公司（SEI）王为华2006.4.261.安全仪表系统概述1.1安全仪表系统主要构成1.1.1IEC61511的定义传感器逻辑控制单元最终执行机构1.1.2SIS系统各单元的故障概率(PFDavg)传感器：42%逻辑控制单元：8%最终执行机构：50%1.2功能安全仪表系统的概念IEC61511提出,系统故障时,1不伤亡人员不损伤设备不对环境造成破坏1.3SIS与DCS的区别与DCS所处层面不同与DCS工作性质不同与DCS对可靠性要求不同22.安全度等级的概念2.1安全度等级

2、的划分IEC61508将一个装置的安全度等级划分为4级:SIL1-4级(SafetyIntegrityLevel):SIL1级SIL2级SIL3级SIL4级根据IEC61511”功能安全”的要求，综述这4级的不同内容。2.2安全度等级与系统发生故障概率(PFDavg)2.2.1IEC61508与IEC61511对不同的安全度等级所要求的系统发生故障的概率作出了规定。如下表所示。3SIL系统发生故障的概率(PFDavg)(ProbabilityofFailureonDemand)风险降低因子(RRF).(RiskReduct

3、ionFactor)410-5~10-4104~105310-4~10-3103~104210-3~10-2102~103110-2~10-110~100可见，装置所要求的安全度等级越高，则要求它所采用的安全仪表系统发生故障的概率越低，相应地，要求系统所具有的风险降低因子越高。SIL与PFD是安全仪表系统的目标值。42.2.2安全仪表系统的工作模式SIS系统分为两种类型，具有不同的工作模式连续操作模式(SystemwithaContinuousModeofOperation)其故障率(FailureRates)以每年中的每

4、小时故障次数表示。按指令操作模式(SystemsOperatingonDemand)其故障率按每个指令发生的故障次数表示。2.2.3.安全仪表的故障模式(FailureModel)安全故障(SafeFailure)可以检测到的安全故障(SafeDetected)，其故障率为λsd不可以检测到的安全故障(SafeUnDetected)，其故障率为λsu危险故障(DangerousFailure)可以检测到的危险故障(DangerousDetected)，其故障率为λdd不可以检测到的危险故障(DangerousUnDetec

5、ted)，其故障率为λdu5安全故障率为λs=λsd+λsu危险故障率为λd=λdd+λdu显性故障(OverFault)即为安全故障,(对出现的故障能够报警显示)隐性故障(CoverFault)即为危险故障。(对产生的危险性及故障不报警,并任危险性发展下去).检测SIS系统故障的三种方式:通过正常的过程操作,人为使SIS系统某一局部发生S/D,来检测系统。通过定期测试(Test)：例如StuckOn/StuckOff功能。通过SIS系统内部自诊断(Diagnostics),通过内置诊断软件实现。62.3安全度等级的初步确

6、定SIS的安全度等级是由构成SIS系统的三个单元的SIL来初步确定的:SIL装置=SIL传感器+SIL逻辑单元+SIL执行机构例如传感器为SIL2级,而SIL2每年故障概率平均值为0.01~0.001，取中间值为0.005；逻辑单元为SIL3级，取中间值为0.0005；执行机构为SIL1级，取中间值为0.05，则PFDavg=0.005+0.0005+0.05=0.0555，初步确定为SIL1级。即装置的安全度等级由其构成的三个单元中最低的SIL等级决定。对于传感器和执行机构，如果不能满足安全功能的SIL等级要求，可以通过

7、马尔可夫模型（MarkovModel）计算，确定选取1OO2D、2OO3、2OO4D等配置方案。为使一个工艺装置达到安全目标需在IEC61508与61511及ISAS84.01安全标准的基础上，对工艺过程进行故障分析，采用风险评估的方法，来确定装置及SIS系统的SIL等级要求。7采用故障分析和风险评估可以确定一个工艺装置是否需要独立设置SIS系统。SIS的需求是由装置的安全度等级SIL来确定的。SIL安全度等级又与SIS系统的实用性及其可能发生故障的概率PFD相关，如下表所示。SILPFDavg实用性A110-1-10-2

8、0.90-0.99210-2-10-30.99-0.999310-3-10-40.999-0.9999410-4-10-5>0.99998关于HAZOP（HazardandOperabilityStudy）目前有些装置在设计SIS系统时，采用HAZOP方法，来确定装置所需的SIL等级。下面简介一下采用H