功能安全技術(shù)與應(yīng)用

安全安全儀表系統(tǒng)及其功能安全功能安全技術(shù)與應(yīng)用中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院多英全

安全儀表系統(tǒng)123功能安全標(biāo)準(zhǔn)SIL評(píng)估技術(shù)安全儀表系統(tǒng)安全儀表系統(tǒng)SafetyInstrumentedSystem（SIS）

用來(lái)完成一個(gè)或多個(gè)安全儀表功能的儀表系統(tǒng)。安全儀表系統(tǒng)由傳感器，控制器和最終元件組合而成。緊急停車(chē)系統(tǒng)（ESD）火/氣保護(hù)系統(tǒng)（F&G）安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS）燃燒爐控制系統(tǒng)（BMS）高完整性壓力保護(hù)系統(tǒng)（HIPPS）

安全儀表功能SafetyInstrumented

Function（SIF）液位開(kāi)關(guān)邏輯控制器電磁閥泵電磁閥SIF1SIF2SIF3SIF4保護(hù)層中的位置層次名稱(chēng)說(shuō)明第一層過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全第二層基本過(guò)程控制系統(tǒng)（BPCS）如DCS，以正常運(yùn)行的監(jiān)控為目的第三層區(qū)別于BPCS的重要報(bào)警操作員介入需要有一定的必要余度時(shí)第四層安全儀表系統(tǒng)（SIS）系統(tǒng)自動(dòng)地使工廠安全停車(chē)。第五層物理防護(hù)層（一）安全閥泄壓、過(guò)壓保護(hù)系統(tǒng)第六層物理防護(hù)層（二）將泄漏液體局限在局部區(qū)域的防護(hù)堤第七層工廠內(nèi)部緊急應(yīng)對(duì)計(jì)劃工廠內(nèi)部的應(yīng)急計(jì)劃第八層周邊區(qū)域防災(zāi)計(jì)劃周邊居民、公共設(shè)施的應(yīng)急計(jì)劃保護(hù)層中的位置作用：風(fēng)險(xiǎn)降低降低后果發(fā)生的概率特點(diǎn)：正常狀況下是靜態(tài)的、被動(dòng)的，不需要人為干預(yù)危險(xiǎn)情況出現(xiàn)時(shí)由靜變動(dòng)，正確完成其預(yù)定功能要求：正確的安全功能（安全儀表功能SIF）良好的可靠性（安全完整性等級(jí)SIL）功能安全標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)IEC61508

FunctionalSafetyofelectrical/electronic/programmableelectronicsafetyrelatedsystems.GB/T20438電氣\電子\可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全

IEC

61511

Functionalsafety:

safety

instrumented

systems

forthe

process

industry

sectorGB/T21109過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全第1部分：一般要求第2部分：電氣/電子/可編程電子安全系統(tǒng)的要求第3部分：軟件要求第4部分：定義和縮略語(yǔ)第5部分：確定安全完整性等級(jí)的方法示例第6部分：應(yīng)用指南（對(duì)第2、3部分）第7部分：技術(shù)和測(cè)量概述IEC61508的組成IEC61511的組成IEC61511分為3個(gè)部分第1部分：框架、定義、系統(tǒng)、硬件和軟件要求第2部分：IEC61511第1部分的應(yīng)用指南第3部分：確定要求的安全完整性等級(jí)的指南IEC61508IEC61511過(guò)程工業(yè)IEC61800-5-2電力驅(qū)動(dòng)IEC62061機(jī)械IEC61513核工業(yè)IEC50156加熱爐IEC60601醫(yī)療設(shè)備EN50128鐵路ISO26262汽車(chē)

兩個(gè)重要概念

安全完整性等級(jí)

SafetyIntegrityLevel（SIL）在一定時(shí)間、一定條件下,安全系統(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)就是衡量這種能力大小的一種指標(biāo)。安全完整性等級(jí)SIL是按照一定時(shí)間、一定條件下,安全系統(tǒng)能成功執(zhí)行其安全功能的概率而劃分的；SIL是安全系統(tǒng)執(zhí)行其安全功能的可靠程度與能力的指標(biāo)，是安全系統(tǒng)功能失效概率倒數(shù)的數(shù)量級(jí)。

兩個(gè)重要概念

安全完整性等級(jí)

SafetyIntegrityLevel（SIL）風(fēng)險(xiǎn)概率=危險(xiǎn)事件發(fā)生概率×安全系統(tǒng)要求時(shí)失效概率。SIL反映了安全系統(tǒng)能使過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)降低的數(shù)量級(jí)。通過(guò)安全系統(tǒng)的作用，降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，把系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)降低到一個(gè)可以接受的水平

分為4個(gè)等級(jí)，SIL4的安全等級(jí)最高，其要求時(shí)失效概率低，能夠使風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率降低的能力強(qiáng)。過(guò)程工業(yè)中，安全功能的SIL等級(jí)一般為低要求操作模式下的SIL1到SIL3。安全完整性等級(jí)（SIL）低要求操作模式平均失效概率（PFD）安全有效性目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)降低因子RRF4≥10-5且＜10-499.99—99.99910000-1000003≥10-4且＜10-399.9—99.991000-100002≥10-3且＜10-299—99.9100-10001≥10-2且＜10-190—9910-100兩個(gè)堵重要搬概念安全芬生命弟周期Saf贈(zèng)tyLif遲eCyc唯le（SL屑C）安全押生命閣周期狡：安范全系輝統(tǒng)從微概念辭設(shè)計(jì)霜到停舍用的鄭整個(gè)但過(guò)程蛇。包孕括安俗全系球統(tǒng)的醒設(shè)計(jì)眾、安副裝、禁驗(yàn)證移、運(yùn)倉(cāng)行、反維護(hù)劍、停領(lǐng)用。在整椅個(gè)安優(yōu)全生法命周照期內(nèi)樸，都恥應(yīng)采繭取相六關(guān)有最效措抖施，范使安蔬全系岔統(tǒng)具休備成映功、偶正確申執(zhí)行瓣其安留全功鉗能的丑能力爺。SI祥L(zhǎng)評(píng)估茅技術(shù)SI名L分級(jí)辨識(shí)SI烤FSI被L分級(jí)SI餡L驗(yàn)證設(shè)備斬選擇結(jié)構(gòu)脹約束檢驗(yàn)多測(cè)試想周期（1）SI洪L(zhǎng)分級(jí)1）SI金F辨識(shí)要求可：執(zhí)蘇行一捉次過(guò)勉程危續(xù)險(xiǎn)分器析（PH亮A）方法羽：建憶議HA積ZO月P識(shí)別蒼危險(xiǎn)責(zé)與危蔥險(xiǎn)事館件辨識(shí)仔并評(píng)睬估現(xiàn)咸有安將全功杠能（碑保護(hù)濟(jì)措施加）進(jìn)一超步降塘低風(fēng)非險(xiǎn)的蓮建議蜻措施安全噴儀表混功能狡？2）SI市L分級(jí)所有較安全父系統(tǒng)晃和外品部風(fēng)妹險(xiǎn)減菠輕設(shè)世施所餃減少鼠的風(fēng)械險(xiǎn)剩余技風(fēng)險(xiǎn)允許訴風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程范風(fēng)險(xiǎn)必要奧的風(fēng)絹險(xiǎn)降刻低實(shí)際飽的風(fēng)容險(xiǎn)降賴(lài)低外部址風(fēng)險(xiǎn)糟減輕蘿設(shè)施減少五的風(fēng)嶄險(xiǎn)其他慈安全邀系統(tǒng)怎減少里的風(fēng)炸險(xiǎn)SI烤S系統(tǒng)誕減少反的風(fēng)磚險(xiǎn)主要壺技術(shù)走方法野有：保護(hù)通層分炎析法圓（LO貝PA）-推薦凳使用風(fēng)險(xiǎn)史圖法風(fēng)險(xiǎn)欲矩陣推薦蟲(chóng)使用牧保護(hù)何層分唯析法蒙（LO獻(xiàn)PA）Lay昨erofPro節(jié)te首ct糖io嗚nAna河ly揉si郊sa.半定翅量的影風(fēng)險(xiǎn)衡分析豎技術(shù)b.過(guò)程略危險(xiǎn)氏分析途（PH縫A）的炸延續(xù)c.用初票始事竹件的鐮頻率票、后煉果嚴(yán)具重程備度和IP綱Ls失效揪頻率彈數(shù)量吩級(jí)大夾小近葛似表裁征危儀險(xiǎn)事乒件的傷風(fēng)險(xiǎn)d.過(guò)程撞工業(yè)挽用于革評(píng)估SI兩L要求刷的常盈用方氏法，旬用SI常S填補(bǔ)臘風(fēng)險(xiǎn)副缺口籮。#1234567891011獨(dú)立保護(hù)層危險(xiǎn)事件描述后果嚴(yán)重性等級(jí)初始原因引發(fā)可能性過(guò)程設(shè)計(jì)BPCS報(bào)警等附加減輕（限制進(jìn)入等）IPL附加減輕（泄壓等）中間事件可能性SIF要求SIL要求減輕事件的可能性備注危險(xiǎn)支事件校；初始站事件僅的頻疤率；后果每的嚴(yán)基重性窗；識(shí)別米滿(mǎn)足準(zhǔn)保護(hù)屯功能軍及風(fēng)懼險(xiǎn)降議低程換度的IP容L；風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)“缺要口”說(shuō)。蒸餾蘇塔破頭裂引誼起火矛災(zāi)(死亡)嚴(yán)重冷卻水中斷0.搜10.提10.纏0110-410-6PF桐D缺口0.愈01SI帶L2（2）SI倆L驗(yàn)證是否焰滿(mǎn)足SI福L要求PF胳D-安全輔性誤動(dòng)需率是守否滿(mǎn)雞足要噸求-可用領(lǐng)性檢驗(yàn)琴測(cè)試拳周期毅確定進(jìn)一冠步優(yōu)墻化設(shè)跑計(jì)SI他L的計(jì)遲算方神法：故障覽樹(shù)分卸析FT捉A（Fa造ul告t受Tr粱ee久A乓na辯ly慚si何s）：對(duì)故墾障發(fā)牛生的愈基本犬原因隔進(jìn)行辱推理勤分析束，建攜立從宰結(jié)果厭到原向因的暑描述俱故障呈的有籃向邏貝輯圖欠，采績(jī)用布揚(yáng)爾邏枕輯圖囑描述系統(tǒng)耀故障聲原因夕的各秤種可部能組造合，翅以計(jì)某算系進(jìn)統(tǒng)故泛障概魔率。Ma仁rk莖ov模型敵：馬爾學(xué)科夫寄模型財(cái)將安粱全相遠(yuǎn)關(guān)系分統(tǒng)歸棋于不覺(jué)同的盒若干意狀態(tài)蓄。一列個(gè)狀戶(hù)態(tài)會(huì)涼以某臺(tái)種概疑率轉(zhuǎn)弊移到炮其它囑狀態(tài)銜。根景據(jù)模剝型得尊到相穗應(yīng)條豎件下尤的事奔故發(fā)鏈生概郵率。簡(jiǎn)化踢公式：故旨障樹(shù)仗和馬奶爾科饞夫模女型都晉會(huì)有杰計(jì)算艷量隨紛著系沫統(tǒng)規(guī)陰模增子大而純指數(shù)粘增長(zhǎng)注的問(wèn)稍題。跌工程霸上常撐采用委各種近似顛來(lái)減陳少計(jì)帆算量。傳感華器穴邏輯直演算泊器鍋執(zhí)行衣器35籮%權(quán)15間%配5猶0%系統(tǒng)閥的失勒效概吸率是煩各組趨成部哭件失猛效概衫率之故和；系統(tǒng)永的SI葬L是由御各組筐成部懼件的SI窯L共同逐決定瘡的a.疊SI沖S部件吐或子仆系統(tǒng)核按IE叢C6愿15點(diǎn)08生產(chǎn)赴制造隱；b.惡SI腫S部件哨和子螞系統(tǒng)螺基于晚“先購(gòu)驗(yàn)使倚用”魚(yú)（Pr恐io角r吸Us句e）；c.重FV墳L可編斤程部臭件和勸子系染統(tǒng)應(yīng)誦符合IE紐奉C6罪15磨08冤-2篩/3的相味關(guān)要慎求；d.霸SI嬌L4的SI懇S部件陷和子嗚系統(tǒng)喜應(yīng)符潮合IE緣瑞C6溫15棉08氧-2臥/3的相嫌關(guān)要際求；e.防SI犯S部件份和子忙系統(tǒng)閱選型溜應(yīng)符遲合SR致S的要舞求。設(shè)備繪選擇結(jié)構(gòu)道約束-冗余傭容錯(cuò)硬件禍故障硬裕度/硬件氏故障新容錯(cuò)指（HF蝴T）:硬件期功能控單元雞在故宇障存頑在的右情況巴下，駁持續(xù)免完成均所要左求功平能的間能力磁。IE廊C6飾15睡11邏輯喝控制棄器結(jié)雞構(gòu)約謊束SIL最低硬件故障裕度(HFT)SFF<60%SFF60%to90%SFF>90%1100221033214特殊要求應(yīng)用-見(jiàn)IEC61508SIL最低硬件故障裕度（HFT）1021324特殊應(yīng)用要求-見(jiàn)IEC61508IE齒C6另15財(cái)11傳感窮器、社最終薦元件蜜和非PE邏輯廉控制部器LT-101V-101LIC101LT-102SVIASLV-101XV-101產(chǎn)品分離器2o猛o2表決LT-10傾1V-10丘1LI正C10渾1LA瓜LSVIA坊SSVIA鋤SLV-10賓1XV-10纖1XV-10狡2產(chǎn)品分離悶器LA蚊LLT-10籌2LT-10誼31o聽(tīng)o2表決2o宵o3表決傳感惱器結(jié)安構(gòu)安毯全性1oo邪2＞2o爛o3＞1o役o1＞2o苗o2傳感森器結(jié)臉構(gòu)過(guò)秤程可僵用性2o娘o2＞2o挎o