安全儀表系統(tǒng)安全完整性評(píng)估文獻(xiàn)綜述-PPT課件

1、安全儀表系統(tǒng)安全完整性評(píng)估文獻(xiàn)綜述匯報(bào)中國(guó)石油大學(xué)（華東）安全環(huán)保與節(jié)能技術(shù)中心 Center for Safety, Environmental & Energy Conservation Technology姓名：李玉潔學(xué)號(hào)：Z14040385專業(yè)：安全工程導(dǎo)師：路 帥 副教授 2019年10月10日碩士學(xué)位論文答辯目 錄1研究背景與意義2功能安全相關(guān)系統(tǒng)簡(jiǎn)介3安全完整性等級(jí)評(píng)估4研究方向構(gòu)思1 研究背景與意義 隨著石油化工行業(yè)進(jìn)入規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)裝置積聚的能量越來越大，裝置越來越連續(xù)化、大型化，工藝過程越來越復(fù)雜，具有高溫、高壓、易燃易爆、有毒等特點(diǎn)，造成重大工業(yè)事故的可能性也隨之增大。

2、 如何來降低現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生安全事故的概率、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員和環(huán)境的安全以及減少由于生產(chǎn)事故造成的經(jīng)濟(jì)損失，成為安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)所關(guān)注的重點(diǎn)。1 研究背景與意義 安全儀表系統(tǒng)的出現(xiàn)，為石油化工行業(yè)的安全問題解決了一大難題。然而，安全儀表系統(tǒng)由于本身結(jié)構(gòu)、硬件、軟件及其周圍環(huán)境等原因，不可避免的在運(yùn)行過程當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)失效的問題。同時(shí)，也存在現(xiàn)有的安全保護(hù)裝置及措施能否滿足人員、設(shè)備以及環(huán)境對(duì)安全等級(jí)要求的問題。因此，研究生產(chǎn)流程當(dāng)中存在風(fēng)險(xiǎn)較大環(huán)節(jié)、安全儀表系統(tǒng)可能存在失效狀況以及其在實(shí)行保護(hù)措施時(shí)的可靠性，是保障安全儀表系統(tǒng)能夠正常工作，從而為安全生產(chǎn)帶來保障的關(guān)鍵。2.1 安全儀表系統(tǒng)安全儀表系統(tǒng)：由傳感

3、器、邏輯控制器和執(zhí)行器組成的、能夠行使一項(xiàng)或多項(xiàng)安全儀表功能的儀表系統(tǒng)。概念：附屬系統(tǒng)（供電/供氣等）傳感器邏輯控制器最終執(zhí)行元件2.3 安全完整性水平 安全完整性水平：在一定時(shí)間、一定條件下，安全相關(guān)系統(tǒng)執(zhí)行其所規(guī)定的安全功能的可能性。 安全完整性等級(jí)的劃分是通過平均要求時(shí)失效概率PFDavg的大小來確定的。3.1 SIL定級(jí)時(shí)間機(jī)構(gòu)發(fā)展?fàn)顟B(tài)2019美國(guó) Triconex 公司在標(biāo)準(zhǔn) ANSI/ISAS84.01-2019 頒布后，總結(jié)了確定 SIL 的六種方法：改良的 HAZOP、后果分析、風(fēng)險(xiǎn)矩陣、風(fēng)險(xiǎn)圖、定量評(píng)估、企業(yè)授權(quán)的 SIL20192000國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）IEC6150

4、8標(biāo)準(zhǔn)電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全，其中首次提出的安全完整性等級(jí)（SIL）將會(huì)成為安全控制領(lǐng)域內(nèi)合同的必備條款。推薦算法：風(fēng)險(xiǎn)圖法和危害事件嚴(yán)重性矩陣法2000美國(guó)工廠互惠研究公司結(jié)合實(shí)例對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、儀表安全功能能評(píng)估的過程進(jìn)行了總結(jié)2019國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）IEC61511:2019過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全。結(jié)合事故樹和保護(hù)層的半定量方法，安全層矩陣法、風(fēng)險(xiǎn)圖法，校正的風(fēng)險(xiǎn)圖法，保護(hù)層分析法2019歐洲過程安全研究中心對(duì)保護(hù)層分析法（LOPA）的原理進(jìn)行了充分的解釋，同時(shí)將 LOPA 融入到歐洲的工業(yè)意外風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法3.1 SIL定級(jí)IEC61511 (GB/

5、T 21109-2019)：ETA/FTA（定量）風(fēng)險(xiǎn)圖法（定性）校正的風(fēng)險(xiǎn)圖法（半定性）安全層矩陣法（半定量）保護(hù)層分析（定量）SIL定級(jí)方法: SIL定級(jí)是指依據(jù)當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，確定SIF應(yīng)滿足的SIL要求。3.1 SIL定級(jí)SIL定級(jí)中選用HAZOP與LOPA結(jié)合的方法3.1 SIL定級(jí)場(chǎng)景的發(fā)生頻率計(jì)算見下式： 式中：MF 減輕后的事件頻率；IEF初始事件頻率；PFD1、PFD2保護(hù)措施（保護(hù)措施 1，保護(hù)措施 2，）的失效概率。事故頻率等級(jí)確定3.1 SIL定級(jí)風(fēng)險(xiǎn)矩陣低要求操作模式下的安全完整性水平低要求操作模式安全完整性水平平均要求時(shí)失效概率風(fēng)險(xiǎn)降低因子410-510-

6、410000100000310-410-3100010000210-310-21001000110-210-1101003.1 SIL定級(jí)3.2 SIL驗(yàn)證美國(guó)Triconex公司的Summers在比較了可靠性框圖計(jì)算方法與事故樹分析法后，提出復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)估采用事故樹分析法更適用。2000年，美國(guó)Exida公司根據(jù)概率數(shù)學(xué)的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)化的定義推導(dǎo)出了儀表安全功能（SIF)的要求失效概率（PFD)的計(jì)算方法。2019年，美國(guó)Exida公司的Miller等通過兩年的可靠性研究，提出了一套基于SIL的閥門選擇技術(shù)并建立了閥門可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)。2019年，挪威科技大學(xué)將失效概率分成兩種模式進(jìn)行計(jì)算，即低要

7、求操作模式和高要求操作模式國(guó)外研究現(xiàn)狀3.2 SIL驗(yàn)證2019 年由儀器儀表綜合技術(shù)研究所開始對(duì)IEC61508-1-7 和 IEC61511-1-3 標(biāo)準(zhǔn)化等同翻譯2019 年制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T20438.1-72019電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全2019 年制定了 GB/T 21109.1-32019過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全鑒于 IEC61508 在標(biāo)準(zhǔn)中僅給出了最后 PFD 計(jì)算公式，而沒有給出詳細(xì)的過程，清華大學(xué)郭海濤等利用可靠性框圖（RBD）的方法詳細(xì)計(jì)算了各種結(jié)構(gòu)的 PFD國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀3.2 SIL驗(yàn)證浙江大學(xué)工業(yè)控制技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出了基于馬

8、爾可夫建模的安全完整性等級(jí)計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)方案，采用 VB6.0 和 Matlab 進(jìn)行了軟件的開發(fā)實(shí)現(xiàn)。相比其他建模方法，馬爾可夫建模方法具有 高度靈活性、準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)。神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴公司、中國(guó)石油寧夏石化公司參考了安全儀表標(biāo)準(zhǔn)IEC61508 和 IEC61511，定量地分析了工藝過程的危害事件的潛在后果及發(fā)生的頻率等，確定了安全儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及驗(yàn)證方法，使其滿足工藝系統(tǒng)的安全要求，從設(shè)計(jì)層面解決了工廠安全儀表系統(tǒng)的可靠性問題國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀3.2 SIL驗(yàn)證SIL驗(yàn)證方法1.可靠性框圖可靠性框圖是一種傳統(tǒng)的可靠性分析方法, 它用圖形的方式來表示系統(tǒng)內(nèi)部件的串并聯(lián)關(guān)系, 具有簡(jiǎn)單、清

9、晰直觀的特點(diǎn)。2.故障樹分析法故障樹是根據(jù)布爾邏輯用圖表示系統(tǒng)的特定故障(稱為頂上事件)。它對(duì)故障發(fā)生的基本原因進(jìn)行推理分析, 然后建立從結(jié)果到原因描述故障的有向邏輯圖。3.馬爾可夫模型系統(tǒng)由一種狀態(tài)以某種概率轉(zhuǎn)移到另一種狀態(tài), 無(wú)論發(fā)生失效還是進(jìn)行維修, 狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換用箭頭轉(zhuǎn)移弧表示, 并標(biāo)注相應(yīng)的失效率或維修率, 從而描述了系統(tǒng)隨時(shí)間變化的行為3.2 SIL驗(yàn)證計(jì)算方法RBDFTAMarkov失效模式指數(shù)模式指數(shù)模式Markov鏈計(jì)算精度近似計(jì)算近似計(jì)算精確計(jì)算瞬時(shí)失效概率無(wú)法計(jì)算可以計(jì)算可以計(jì)算平均失效概率可以計(jì)算可以計(jì)算可以計(jì)算難易程度較簡(jiǎn)單較簡(jiǎn)單較復(fù)雜方法比較3.3 失效數(shù)據(jù)計(jì)算

10、E/E/PE安全相關(guān)系統(tǒng)的安全功能在要求時(shí)的平均失效概率，是通過計(jì)算和組合提供安全功能的所有子系統(tǒng)在要求時(shí)的平均失效概率確定的。因此在此附錄中的失效概率很低，它可以表示為：3.3 失效數(shù)據(jù)計(jì)算要求時(shí)失效概率計(jì)算：D：子系統(tǒng)中通道的危險(xiǎn)失效率DD：檢測(cè)到的子系統(tǒng)中通道每小時(shí)的危險(xiǎn)失效率DU：未檢測(cè)到的子系統(tǒng)中通道每小時(shí)的危險(xiǎn)失效率tCE：結(jié)構(gòu)中通道的等效平均停止工作時(shí)間（h）MTTR：平均修復(fù)時(shí)間3.3 失效數(shù)據(jù)計(jì)算失效數(shù)據(jù)的來源3.3 失效數(shù)據(jù)計(jì)算海上設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)（OREDA）:DNV過程設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)（PERD）:CCPS安全設(shè)備可靠性手冊(cè)（SERH）:EXIDA安全儀表系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)（PDS）：SINTEF典型數(shù)據(jù)庫(kù)：4 方向構(gòu)思題目一：某裝置基于可靠性的失效數(shù)據(jù)計(jì)算研究來源：國(guó)內(nèi)無(wú)系統(tǒng)的可用的數(shù)據(jù)庫(kù)，失效數(shù)據(jù)的計(jì)算都參照國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)，由于地域、政策等多方面的差異，直接應(yīng)用國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果未必準(zhǔn)確。思路：論文側(cè)重于對(duì)于各項(xiàng)失效參數(shù)的計(jì)算，利用其自身失效狀況得到的數(shù)據(jù)，評(píng)估該裝置的安全完整性。4 方向構(gòu)思4 方向構(gòu)思題目二：某裝置安全完整性等級(jí)評(píng)估研究思路： 論文側(cè)重于在化工裝置上的應(yīng)用，涉及到LOAP方法與HAZOP方法的結(jié)合來判定系統(tǒng)現(xiàn)有的防護(hù)裝置是否能滿足對(duì)于安全級(jí)別的要求； SIL驗(yàn)證環(huán)