安全仪表系统安全完整性等级验证研究进展

安全仪表系统对于工业生产安全意义重大.IEC 61508要求对所有的安全仪表系统确定安全完整性等级,以验证其是否满足功能安全的需求.过程工业中常见的是低要求模式的安全仪表系统.本文主要对这类系统安全完整性等级验证的相关研究进展进行了回顾,总结了共因失效建模和平均需求时失效率算法的研究.在平均需求时失效率算法方面,本文介绍了目前常见的3种方法——可靠性框图、故障树分析和Markov模型.本文的最后部分还介绍了几种安全完整性等级验证相关的商业软件.     

安全仪表系统的Markov建模方法研究

对安全仪表系统(SIS)的功能结构、安全生命周期以及功能安全的实现方法进行了分析,并提出了基于马尔可夫(Markov)建模的SIS的安全完整性等级计算软件的设计方案,采用VB6.0和Matlab进行了软件的开发实现.我们针对1oo2冗余结构的装置进行了SIL的计算,证明马尔可夫建模方法的安全完整性等级(SIL)计算相对于其他建模方法的灵活性.它既能反映安全仪表系统之间的静态关系,又能反应系统的动态变化,并且不受设备之间依赖关系的影响.同时马尔可夫建模可靠性的定量分析精度高,一次建模可求得安全仪表系统的安全失效率PFS和危险失效率PFD和安全完整性等级SIL等多个可靠性指标.     

SIL评估中共用测量单元结构可靠性计算探讨

近十年来,随着安全联锁系统完整性等级(SIL)评估工作在炼油、化工、电厂等装置中的开展,实际评估工作中出现了很多不同于IEC 61508和IEC 61511标准规定典型逻辑结构(如1oo1、1oo2、2oo3等)。针对多个传感器共用测量模块的特殊逻辑结构,IEC标准并未给出其可靠性计算的具体方法和公式。通过故障树分析,等效拆解特殊逻辑结构为多个典型结构,准确得到了每个安全联锁功能的安全完整性等级,避免了SIL定级计算错误可能引起的事故,为SIL评估的深入且顺利开展提供了保障与技术储备。     

空分装置安全仪表系统设计

安全仪表系统是确保空分装置安全运行的重要保证,针对空分装置安全仪表系统的设计问题,介绍了需从检测单元、逻辑控制单元、最终执行单元三部分整体设计。对于最重要的逻辑控制单元的设计,介绍了采用安全可编程控制器的实现方案,总结了当前安全可编程控制器的主要结构和特点。针对空分装置安全仪表系统回路数较少,采用整套安全可编程控制器成本负担较重的特点,提出了基于安全报警器和安全继电器的设计方案,并结合实际3取2投票结构计算公式,计算了采用该方案实现的逻辑控制器失效率,结果验证了该方案的安全性和经济性。最后分析对比了两种方案的特点和使用场合,为空分装置安全仪表系统设计者提供了重要参考。     

现场总线协议在安全仪表系统中的应用

安全仪表系统通常设置为独立的系统.并作为生产过程的安全保障被广泛应用在制造、机械、食品加工、化工等行业中.国家及国际标准对组成安全仪表系统的软件及硬件有严格的设计原则,并要求其到达一定的安全完整性等级.为了将现场总线应用到安全仪表系统中,国际电工委员会制定标准规定了一些措施采保证信息传递的完整及可靠.并采用在现场总线原有的OSI参考模型之上增加安全层的软件方式.以符合安全仪表系统的设计原则及安全完整性等级.     

80万吨/年甲醇项目安全完整等级(SIL)回路计算实例分析

安全完整性等级(SIL)评估技术是近几年发展起来的针对石化行业一种基于风险的资产管理方法,国际标准IEC61508和IEC61511的制定为石化工业等过程工业的安全完整性水平评估提供了依据,对于石化行业的安全生产水平具有重要的促进作用。本文根据80万吨/年甲醇项目的安全完整性等级计算的过程介绍安全完整性等级的计算方法,为项目的建设验收以及装置的技术改造提供理论依据。     

基于改进风险图的安全完整性等级确定方法

国际功能安全标准IEC61508/61511中介绍了几种安全完整性等级(Safety Integrity Level,SIL)确定方法,但是将这些方法运用实践中时会遇到一些困难。为克服上述方法的不足,本文介绍了1种半定量的风险分析方法—改进的风险图法,以确定识别到的安全仪表功能(Safety Insumented Function,SIF)的安全完整性等级。     

利用继电器控制系统实现简单的安全联锁功能

随着企业对安全生产的要求越来越高，已运行多年的老旧控制系统中，部分安全仪表功能(SIF)回路已经无法满足安全完整性等级(SIL)要求，在升级改造过程中有可能出现I/O点数较少、预算不足、控制室空间不够等因素，导致无法新增以可编程控制器为逻辑控制器的安全仪表系统(SIS)。针对以上工况，以某实际项目为例，对如何利用继电器控制系统实现满足SIL等级的安全联锁控制回路提供一个设计思路。     

安全仪表系统软件开发完整生命周期的研究

工业过程的安全生产一直都是非常严峻的课题,安全仪表系统(Safety Instrumented System:SIS)是保障工业过程安全生产的重要措施之一,在危险发生时正确执行其安全功能,对工业安全生产具有重大意义。而SIS软件是SIS能够执行安全功能的关键,故提出了基于IEC61508标准的SIS软件开发完整生命周期的研究,主要介绍了系统安全完整性等级(Safe Integrity Level:SIL)确定、软件结构设计、系统安全确定和功能认证阶段开发流程。SIS系统软件开发完整生命周期的研究对基于IEC61508标准的功能安全型仪表开发具有一定的参考价值。     

安全仪表系统硬件失效概率的评估方法

首先介绍了安全仪表系统在实际应用中的需求以及安全仪表系统的硬件失效概率评估的必要性。然后,在研究了硬件失效概率的评估方法后,分析了低要求模式下SIS系统在各种表决组的物理块图和可靠性块图。最后,通过一个范例的计算详细介绍了具体结构下SIS系统的硬件失效概率评估方法。     

安全仪表系统设计的多目标优化

安全仪表系统在过程工业中日益受到更多关注,为满足安全仪表系统多目标优化问题对于安全完整性等级的综合要求,提出一种改进的多目标遗传优化方法.首先研究了安全仪表系统多目标优化中存在的问题,然后结合安全仪表系统优化问题的特殊性提出了一种更加适合用于安全仪表系统多目标优化的方法,最后将该方法应用于一个实例.结果表明:改进的方法能够解决安全仪表系统优化对于安全完整性等级要求的优化偏好问题,所得到的解比原有方法的解更具参考价值.     

安全仪表系统的功能安全设计

针对安全仪表系统（SIS）的产品开发,分析了应用于石化领域的安全仪表系统的基本特性、冗余结构和常见产品类型。在介绍IEC 61508标准的基础上,提出了安全仪表系统产品开发过程中整体安全生命周期、产品硬件及安全相关软件的功能安全设计方法;最后以SIL2级压力变送器为例,着重阐述了SIS系统结构设计和故障诊断覆盖要求。     

LNG船液货系统的安全仪表系统设计方法研究

LNG船是在-163℃下运输液化天然气的专用船舶,是高技术、高难度、高附加值的产品。由于LNG船具有超低温沸点、易燃易爆等高危特点,因此对LNG船有着很高的安全要求。这其中LNG船液货系统又是LNG船的关键组成部分,它的安全系统设计优劣对整个LNG船的安全尤为重要。IEC61508标准是专用于指导安全系统设计的权威标准,该文将它应用到LNG船液货系统的安全设计中并取得了一定的积极效果。该文首先介绍了IEC61508标准的主要内容并引入了其中的两个重要概念：安全完整性水平和安全生命周期,然后基于IEC61508标准,采用HAZOP方法和事件树分析方法对LNG船液货安全仪表系统进行分析设计,最后通过事件树分析验证了安全仪表系统设计的有效性。     

SIL分析评估技术及其在石化装置的应用

随着生产安全的重视程度不断提升,安全仪表系统的应用日益广泛,石化装置中安全仪表功能的安全完整等级分析评估技术应用已逐步推广。本文简述了安全仪表系统全生命周期管理和安全完整性等级分析评估的技术路线,并以石化装置常见的精馏塔为例,完整剖析了安全完整性等级分析评估的方法实践。     

安全仪表系统在锅炉保护中的设计与实现

为满足安全仪表系统在某国外电厂保护系统的应用需求,提出了一种锅炉保护系统(BPS)的设计方案。该方案采用危险和可操作性方法确定BPS所需的整体安全性等级,按照IEC国际标准确定BPS中控制器及仪表的冗余性,选用可靠性框图法校验BPS的危险失效概率,并结合校验结果对BPS系统进行修正。实践表明,该设计方案能有效提高锅炉保护系统的可靠性,同时避免过度冗余。     

紧急停车系统(ESD)的实现

依据安全仪表设计的相关标准与规范,分析了ESD系统设计的原则.依据安全完整性等级的要求,确定系统的性能指标,包括可靠性、独立性、故障安全性和简单性.并阐述了联锁逻辑控制器结构和逻辑功能的要求.最后给出了故障输入信号处理的方法,联锁输出控制调节阀和电气设备的原理图,以及故障报警系统的设计方法,对ESD系统的工程设计具有一定的指导意义.     

艾默生的Fisher控制阀成为首批经SIL3认证符合IEC61508标准的阀门

艾默生过程管理的Fisher阀门获得经SIL3认证符合IEC 61508标准的殊荣。这项认证确保了用户可以通过在安全仪表系统中,根据IEC61508标准高达SIL3的回路中使用这些技术领先产品：Fisher GX,Vee-ball．easy-e和HP阀门来提高工厂的设备利用率和安全水准。     

过程控制系统与安全仪表系统在关键单元集成控制的工程设计

针对化工装置中部分关键回路需同时实现控制功能和安全联锁情况下的自控系统工程设计进行了研究,以实际工程项目为例介绍了过程控制系统和安全仪表系统在集成控制需求下的检测输入、逻辑运算、系统输出的工程设计方案和原则,这些工程方案均可同时实现良好的控制功能和安全保障。同时指出各类方案的选择还需在实际项目中根据装置的安全度等级要求、控制需求、投资等因素综合考虑。     

便携式安全仪表系统功能测试仪的研制

安全仪表系统的周期性测试是确定其运行状况及安全完整性等级的重要措施;结合安全仪表系统测试需求,提出了一种安全仪表系统功能测试仪设计方法,该方法采用微处理器构建的嵌入式系统完成信号采集、数据分析与处理,实现了模拟现场设备发送故障信号和检测SIS安全动作响应;在此基础上研制了基于ARM9和Linux的便携式安全仪表系统功能测试仪,给出了测试仪的软硬件设计;实验表明,该装置能够准确模拟故障信号发生,最大引用误差小于0.5％,较好地完成功能测试工作,具有较强实用价值.     

基于主观估计法和FMEDA的失效数据分析及应用

针对安全仪表系统安全完整性等级验证（SIL）和机械装置的失效模式、影响及诊断分析（FMEDA）缺乏特定工厂环境、联锁回路中的产品（如阀门、变送器、逻辑控制器等）失效数据这一关键不足,提出了一种基于主观估计法和皮尔逊卡方检验法的失效数据分析方法,并以丙烯腈反应器出口温度高联锁回路中的气动薄膜调节阀为例,应用该方法估计产品寿命分布和实际失效率;应用机械FMEDA法和故障树（FTA）法对回路进行SIL验证,给出改进措施。结果表明,应用该方法获取的产品失效数据对相应联锁回路进行SIL验证比应用国外通用数据库更准确。