安全仪表系统的开发与要求

综述安全仪表系统的发展过程;对其主要组成、特点以及其各自要求进行研讨;给出安全仪表系统开发的简化流程;探讨安全仪表系统的经济性分析和仪表选择方法;对安全仪表系统整体生命周期中的计划编制、设计、实施、运行、维护和确认等各阶段活动的关键要求进行了讨论和研究。该研究对安全仪表系统的深入理解有指导作用,并为安全仪表系统的分析、设计、实施、运行和维护等活动提供参考。     

HAZOP、LOPA和SIL方法的应用分析

通过概括介绍危险与可操作性分析(HAZOP)、保护层分析(LOPA)和安全完整性等级分析(SIL)三种方法的特点,总结三种分析方法之间的关系.LOPA分析是HAZOP分析的继续,可以解决HAZOP分析中残余风险不能定量化的不足,是对HAZOP分析结果的丰富和补充;SIL分析则在LOPA分析的基础上,进一步对需要增加的安全仪表系统(SIS)进行设计,并对LOPA分析结果进行验证,即HAZOP、LOPA分析是SIL分析的前期准备工作.因此,在详细介绍SIS的组成、安全生命周期阶段、SIL的选择确定方法以及SIL分析流程之前,也简要介绍了HAZOP、LOPA分析方法,梳理了两种方法的分析流程.最后通过引入示例来展示三种分析方法之间的关系.     

重大危险源安全仪表系统的分类研究

从原理、结构、应用功能、安全完整性等级的不同角度时重大危险源常用的安全仪表系统进行分类研究,尤其将重大危险源类别与安全仪表系统的安全完整性等级对应起来,为安全仪表系统的功能安全评估打下基础.重大危险源安全仪表监控系统多为SIL1、SIL2等级,少数为SIL3等级.极少数为SILA等级;实际应用中,重大危险源的安全仪表系统多为符种原理、不同结构及不同厂家的产品的组合系统,国内自动化产品本身尤其是不同产品系统集成后均末经过安全完整性等级的评估和认证;自动化产品生产厂家不应只关注逻辑控制器的安全完整性,应从系统角度同时考虑提高传感器和执行机构的安全完整性.     

安全仪表系统的研究与应用

本文探讨了安全仪表系统在工业过程中起着保障生产安全、降低风险的重要作用;从使用者的角度论述了过程控制系统与安全仪表系统的区别,说明安全仪表系统需要完全独立安装的重要性;最后应用实例说明选择不同的安全完整性等级对企业的成本和收益的影响。SIL越高,对经济支出和管理的要求就越高,如何选择SIL应取决于原有设备的安全程度和加装安全相关系统后希望达到的安全程度。     

基于SIL评估的LNG加气站安全仪表系统问题分析及改进建议*

为分析LNG加气站安全仪表系统的功能完备性与可靠性,以3座典型的三级LNG加气站为研究对象,全面开展安全仪表功能辨识、安全完整性等级（SIL）定级与验证,进而提出针对性的改进建议。结果表明:3座LNG加气站的安全仪表系统均存在功能不完备、设备组件缺少失效数据的问题;为满足风险控制要求,三级LNG加气站需设置15个安全仪表功能,其中1个应达到SIL2等级,14个应达到SIL1等级;LNG加气站的安全仪表系统应选用获得功能安全认证的设备组件,并在设计阶段开展SIL评估工作。研究结果可为今后LNG加气站安全仪表系统的设计与管理提供重要参考。     

重大危险源安全与自动化监控系统

对重大危险源实施系统、有效的安全监控是重大工业事故预防控制体系中的关键环节。文中给出了针对重大危险源监控全安全生命周期过程的整体实施流程,提出了重大危险源危险与风险评估的重点,探讨了重大危险安全与自动化监控的三层构建框架和工作过程,研究了安全系统与基本过程控制系统相独立的监控方式,给出了安全仪表系统的设计要求。     

合成氨装置系统安全仪表系统安全完整性等级分析

论文在介绍安全仪表系统、安全完整性等级的基本原理基础上,综合分析了危险与可操作性分析(HAZOP)、保护层分析(LOPA)等系统风险分析理论的应用方法。并结合上述理论,确定了安全仪表系统的安全完整性等级(SIL)定级。以合成氨装置为例,应用HAZOP及保护层分析方法,得出了合成塔压力过高及废热锅炉液位过低2个场景下的安全完整性SIL等级。结果表明:合成塔装置仪表的SIL等级为1,废热锅炉仪表的SIL等级为2。     

石化安全仪表系统完整性等级的计算机辅助制定

安全仪表系统在过程工业中起着保障生产安全、降低风险的重要作用.而作为衡量其可靠性的安全完整性等级,在选择上还存在着费力和随意性等缺点.概述了IEC61508国际标准中关于安全仪表系统完整性等级的概念原理、制定原则以及现有方法,提出以计算机辅助分析确定完整性等级的方法.引入计算机软件开发和数据库技术,为石化工业安全仪表系统等级制定提供了1套可行的工具.分析软件采用模块化方式,较之人工评价提高了效率和规范性.     

基于FFTA-LOPA的化工装置安全仪表系统SIL确定方法

为了优化确定化工装置安全仪表系统（SIS）安全完整性等级（SIL）,分析了现有确定SIL的不足,针对化工装置的失效数据缺失和不确定性特点,提出模糊事故树-保护层（FFTA-LOPA）模型计算安全仪表系统SIL。以某低密度聚乙烯反应釜为例,建立了该反应釜爆炸事故树,运用模糊理论定量分析顶上事件发生的概率,最终确定其安全仪表系统安全完整性等级为SIL 1。结果表明:该方法结合两种风险分析理论,分析结果与实际和理论统计结果符合性较好,具有一定地准确性和实用性,可以为定量确定系统SIL提供理论指导。     

安全完整性水平评估中考察参数不确定性影响的一种方法

为有效减少参数不确定性对安全仪表系统安全完整性水平评估结果的影响,避免数据不充分等问题可能导致的较大评估偏差,以典型冗余结构为例,引入Monte-Carlo数值仿真方法计算平均要求时失效概率值,借助Matlab仿真,对结果进行统计特性分析。再通过与常用评估方法的比较,指出采用分布区间来描述评估结果有利于工程师更好地设计和应用安全仪表系统,总结采用Monte-Carlo方法考察参数不确定性问题的优势并提出该方法尚需改进的地方。     

基于危险工艺装置设置安全联锁系统的研究

针对危险工艺装置设置安全联锁系统(SIS)问题进行分析和研究,提出在装置建设和改造中,应合理设置独立的SIS,并根据生产装置的安全度等级选择合适的联锁回路,并具有一定的冗余能力,以避免由于硬件随机失效或系统故障时造成联锁功能无法执行;指出SIS在设计时应遵循独立原则、故障安全型原则、共享原则、可靠性原则等。研究结果表明:SIS可提高化工装置的本质安全度,保障生产过程的安全、稳定运行,最大限度地减少由于过程失控造成的人身伤害和设备损坏。     

基于人因可靠性的间歇装置SIL分析与改进

IEC 61508和IEC 61511等标准针对连续工艺装置提出了安全仪表系统安全完整性等级评估方法。但对于间歇装置的SIL评估，受人因因素影响水平并未明确，且没有提出相应计算模型。以某六氟磷酸锂间歇生产装置典型SIS为例，采用HAZOP结合LOPA方法对其进行风险分析，在明确间歇生产装置存在人员中毒、窒息及燃烧爆炸风险的基础上，确定并验证其安全仪表系统的SIL，再依据间歇生产装置人工依赖性高，即部分安全仪表系统未接入自动联锁且需人工手动触发的特点，建立人因可靠性模型，来分析人因可靠性对安全仪表系统SIL的影响，并进行改进研究。研究结果表明:人因因素对安全仪表系统SIL有显著影响；可通过改变SIS元件冗余结构、测试策略并结合改进人因管理措施来提高SIL。     

安全仪表系统的性能维护及指标值计算

安全仪表系统（SIS）作为保障工业生产安全的重要措施,需要在危险发生时正确地执行其安全功能,采取有效措施维持安全仪表系统在运行阶段的性能是保障系统功能安全的关键。详细阐明了SIS在运行阶段应遵循风险评估分析、安全功能分配文件、安全要求规范、安全分析报告、安全完整性等级符合性等重要文档中的要求,给出了维持SIS安全完整性的主要活动,并在加强旁路、禁止和超驰控制管理,对SIS失效的响应、记录和分析,进行定期检查、维护和功能测试以及安全仪表系统的变更管理等方面提出了要求。提出了SIS的安全性能指标及目标值的简易计算方法,给出失效率更新流程、计算方法和功能安全测试间隔调整技术。所提的技术方法为如何保证安全仪表系统运行阶段的安全性能提供了有力指导,其可操作性强,便于在实际工程中进行应用。     

IEC61511标准及在石化行业安全管理中的应用

功能安全的定量评定技术已成为确保石化行业安全生产的重要手段。针对石化行业普遍存在的功能安全问题,笔者以国际电工学会(IEC)专门制定的功能安全评定标准IEC61508及IEC61511为指导,介绍其标准制定的背景、目的、体系结构以及如何利用标准开展石化行业安全联锁系统(Safety Instrumented System,SIS)的安全与误跳车定量分析。通过对SIS开展定量安全评估,可发现联锁功能存在的安全不足与误跳车现象,对于提高我国石化行业安全生产水平具有重要的促进作用,标准中有关寿命周期功能安全管理方法及重要的工程经验也对提高我国石化安全生产水平具有借鉴作用。     

Addressing the challenges of implementing safety instrumented systems in multi-product batch processes

Adapting the requirements of IEC 61511 to a batch system can be frustrating, particularly for multi-product units. While a Safety Instrumented System (SIS) for continuous operation is often a straightforward detect-decide-act loop, implementing a SIS for a batch system may involve multiple safety functions, time- or state-dependence, intricate calculations, or complex installations. Relationships between the SIS elements and the basic process control system (BPCS) must be tightly managed, providing both for the safety of the unit and its ability to operate without spurious trips or other hindrances. These issues are further complicated when multiple products requiring different functions or setpoints are produced in the same SIS-protected batch unit.This paper will discuss the challenges particular to the design, operation, and maintenance of a SIS in multi-product batch operations and present practical options for successfully resolving the concerns. A key insight into successful adaptation is treating the batch SIS as a “permission” system for the BPCS to operate. Although many items can be addressed through clever engineering practices, sustainable success relies on proactive, robust management of the safety lifecycle.     

Systematic inherent safety and its implementation in chlorine liquefaction process

As a proactive safeguard, inherent safety has been regarded as the top hierarchy for loss prevention and risk management due to its salient features in eliminating or significantly reducing risks at source rather than mitigating them by add-on protections. Simultaneously, various assessment tools have been developed for ranking and selecting inherently safer designs or modifications. However, there still lacks a metric that can systematically incorporate various hazardous factors, which may hinder most industries from utilizing it to a full extent. To address this limitation, this work developed a Systematic Inherent Safety Metric (SISM) for measuring the inherently safer modifications. Firstly, the conceptual framework of SIS was proposed based on 5M1E (man, machine, material, method, measurement, and environment). Subsequently, analytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation were adapted to conduct risk identification and assessment. Finally, taking chlorine liquefaction process as a case study, the applicability and efficacy of SIS were validated based on PDCA (plan-do-check-action) cycle. The results show that the SISM value has improved from the relatively dangerous (RD) to the relatively safe (RS) after implementing SIS, thus demonstrating that the revised design is inherently safer than the base design.