安全仪表系统及其功能安全PPT课件

安全仪表系统及其功能安全,中国石化青岛安全工程研究院储运及安控技术研究室,二九年九月,一、安全仪表系统二、功能安全三、国内外进展四、SIL等级确定与评估五、前期工作六、石油化工行业功能安全现状七、下一步计划,一、安全仪表系统（一）相关概念安全相关系统（SRS）SafetyRelatedSystem用于安全目的的系统称之为安全相关系统。安全相关系统的作用是监视生产过程的状态，在出现危险条件时采取相应措施，防止危险发生或者减轻危险造成的后果，避免潜在风险对人身、设备、环境造成伤害。安全相关系统在工业生产和日常生活中随处可见，如安全帽、安全阀、紧急停车系统、汽车的安全气囊等等。,安全仪表系统（SIS）SafetyInstrumentedSystem-紧急停车系统（ESD）-火/气保护系统（F对安全功能的要求动作频率高于每年一次称为高要求(连续)操作模式。低要求操作模式是化工工业中最普遍的模式;高要求操作模式在制造加工业和航空工业中比较普遍。SIL代表着安全仪表系统使过程风险降低的数量级风险概率=危险事件发生概率安全系统要求其动作时功能失效概率。可见风险概率是低于危险事件发生概率的，因此说要求其动作时功能失效概率可以反映安全系统带来的整体风险概率的降低。风险是风险概率和后果严重程度的组合，所以风险概率下降程度就是风险下降的程度。因此，安全完整性等级反映了整体风险水平的降低。SIL是安全系统的核心,安全系统的设计、安装、检验评估、维护都是围绕着SIL来进行的。SIL成为领域内合同的必备条款,安全要求包括：安全功能（安全仪表功能）SIF安全完整性等级SIL功能安全技术标准：在整个安全生命周期内，通过一系列的技术措施和管理措施保证达到所要求的安全完整性水平（SIL）。,-安全生命周期SLC（SaftyLifeCycle）安全系统整体的安全生命周期是指从其概念提出开始经历若干中间阶段一直到安全系统停用，包括了为达到安全完整性水平SIL而进行的一切活动。安全生命周期是IEC61508的重要基础，用系统的方式建立的一个框架,用以指导安全系统的设计和评价。整体安全生命周期包括了系统的分析、设计、安装、确认、操作、维护、停用等等诸多方面，关于每一方面标准都要求建立相应的文档以及安全规范。系统还可以根据实际中应用的效果来进行修改，甚至是从头开始重来。,SIL要求,SIL设计,SIL保持,分析阶段（SIL要求）-风险分析-SIF确认-SIL选择实现阶段（SIL实现）-设计-安装-调试运行阶段（SIL保持）-运行-维护-修改,整体安全生命周期是功能安全管理中的一个重要框架,为功能安全管理提供一个系统的方法。安全完整性水平贯穿于安全系统开发的始终。安全完整性水平不仅是安全系统安全性能的度量标准,而且是安全系统生命周期中的主线。,三、SIL等级确定与评估,风险和安全完整性概念,允许风险目标,安全仪表功能的SIL等级确定方法保护层分析法（LOPA）保护层分析法（LOPA）利用危险和可操作性分析（HAZOP）辨识的数据，量化原因和后果的等级，通过风险图计算危险。这样就能确定风险降低的总量以及是否需要进一步降低所分析的风险。如需附加的风险降低以一个安全仪表功能（SIF）的形式提供这种降低，LOPA可以确定所需的安全完整性等级（SIL）。风险矩阵法风险矩阵是基于分类的方法。首先应该为风险的后果和可能性制定分类。如后果可分为“较轻”、“严重”和“重大”,可能性分为“低”、“中等”和“高”。后果和可能性分别构成矩阵的一个坐标(行、列),同时每一个矩阵元素为一个安全完整性水平。风险图风险图方法也是定量和基于分类的。风险的允许水平蕴含在风险图的结构中风险图分析使用4个参数来确定安全完整性水平：后果C、处于危险区域的时间F、避开危险的概率P和要求率W。,安全完整性等级SIL评估技术-概率计算法利用工业产品可靠性数据库获得设备、仪器仪表的失效概率，依据联锁回路中的设备和仪表，对系统发生失效的概率进行计算，从而获得SIF的安全完整性等级SIL。-事故树分析法采用自上而下的方法识别系统故障，借助概率计算法可获得系统的失效概率。-马尔科夫过程分析利用马尔科夫过程分析安全仪表系统安全性随时间的发展关系，判断安全仪表系统的可靠性及寿命。,安全仪表系统（SIS）是装置最重要的保护层，一旦失效，会造成不可估量的损失。设计的目标既要保证安全仪表系统执行正确的功能（SIF），又要具有良好的可靠性（SIL）。安全完整性等级是安全仪表系统可靠性能的衡量标准，是整个安全仪表系统生命周期的主线，其选择应该恰到好处，过高造成成本损失，过低会使风险不可接受。,四、国内外进展（一）国外（1）1994年,DINV19250/DINVVDE0801（2）1996年，ANSI/ISA-84.01-1996（3）1998年，IEC61508，于1998年发布其第1、3、4和第5部分，2000年发布其第2、6和第7部分（4）2003年，IEC61511（5）2004年，ENIEC61511（CENELEC）（CENELEC）欧洲电气技术标准化委员会将IEC61511接纳为欧洲标准ANSI/ISA-84.00.01-2004（IEC61511Modified）ISA-SP84将其命名为ANSI/ISA-84.00.01-2004（IEC61511Modified），完全取代了ANSIISA-84.01-1996,世界著名的公司，如壳牌石油，道化学，美孚石油，新加坡石化公司等都通过应用该标准，取得了良好的社会、经济效果。2001年，Shell（英壳牌石油公司）GSI（ShellGlobalSolutionsInternationalB.V.）就发布了企业内部应用规范“仪表保护功能的分类与实施”、“仪表保护功能的管理”，及“仪表保护系统技术规范”。CNOOC-SHELL项目以及其他SHELL的国内项目都在不折不扣的执行其标准规范。,马来西亚国家石油公司PETRONAS案例-2000年对新建项目开始应用IEC61508/IEC61511；-2000年以后逐步开始对在役装置评估，收效极为明显。-经过内部培训，联合国家石油公司科学研究院对公司所有装置开展IPF研究。新建装置/项目/重大改造：1、开展HAZOP研究；2、辨识SIS要求，确保对辨识危险进行防护；3、SIS必须满足IEC61508/61511。现役装置：对照IEC61508/61511标准，审查是否符合。,如何保证SIS符合IEC61508/61511？实施SIF或IPF研究。1、对每一个SIF确定要求的SIL；2、确保整个系统满足SIL要求；3、确定每个SIF的检验周期；4、文档化整个生命周期所有安全仪表管理方案。,某装置X,SIF/IPF研究,工厂可靠性改善,装置Y,SIF/IPF研究,工厂可靠性改善,（二）国内（1）1999年，SHB-Z06-1999石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则，采用了IEC标准中的一些理念。（2）2003年，SY/T10045-2003工业过程中安全仪表系统的应用国家经济贸易委员会发布，作为石油天然气行业标准。等同采用ISA84.01-1996（3）2004年7月1日，SH/T3012-2003石油化工安全仪表系统设计规范，国家发改委颁布实施了石油化工行业标准。（4）2004年，国家科技部组织机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、清华大学成立国家软科学计划项目课题组，项目编号:2004DGS1B010利用功能安全技术标准保障我国经济安全的政策措施研究，课题组建议，在我国实施功能安全标准战略是当务之急。国家应从组织管理、技术体系两大支柱，法律法规、政策策略、标准体系、中介服务体系、产业与创新、国际合作等六个支撑要素共八个方面，分步建立我国功能安全保障体系。,（5）GB/T20438.1-2006电气/电子/可编程电子安全相关系统功能安全，IEC61508完整转换，于2006年7月发布，2007年1月1日实施。（6）GB/T21109.1-2007过程工业领域安全仪表系统的功能安全由IEC61511完整转换，于2007年10月11日发布，2007年12月1日实施。（7）国家标准石油化工安全仪表系统设计规范初稿已经完成，8月审核，正在征求意见。预计2010年底发布。标准引入安全生命周期概念。国内还处于起步阶段，需要业界的不懈努力。,五、前期工作（1）2007年下半年，开始调研国内外安全仪表系统现状与进展。（2）2008年5月，4人取得了TV认证功能安全工程师资格（TVFSEng）。（3）2008年4月开始12月，结合上海石化PTA装置安稳运行技术研究课题，对PTA装置安全仪表系统探索性地进行了SIL等级评估工作。（4）编制中国石化安全仪表系统功能安全评估实施指南。（5）研究国外著名石化企业仪表保护系统/仪表保护功能相关规范。,PTA装置安全仪表系统SIL等级评定主要内容：（1）PTA装置HAZOP分析，危险识别和保护措施识别（2）PTA装置LOPA保护层分析，确定每一个安全仪表功能的目标SIL值（3）收集安全仪表系统组成元件失效数据，计算实际能够达到的SIL（4）目标SIL与实际SIL比较，提出改进建议（5）确定安全仪表系统组成部分的检验周期（6）估算安全仪表系统误停车率（未开展）,六、石油化工行业功能安全现状虽然石油化工绝大多数装置大都采用安全仪表系统（SIS），但在设计、集成、施工及维护管理诸环节却存在很大的问题，具体体现在：-危险辨识和风险评估?（经验、抄袭）-既没有SIL的确定，也没有SIL验证?-安全仪表系统及其功能安全概念模糊?-从业人员缺乏功能安全理念?资质？-重控制器，轻传感器和执行机构以及其他设备，缺乏安全完整性概念?-集成和施工没有相关资质要求，没有相应的规范。因此无法保证所提供产品和服务达到相关SIL要求。近期一些主要集成商开始重视规范的学习与实践以及人员认证。,-从业人员不清楚联锁回路目标SIL，更不清楚实际的SIL？-安全仪表检验周期不明，混同一般仪表处理？-没有专门的检维修规程？-停用与投用有些随意？-总之，功能安全理念不清，从设计到维护各个环节都缺乏科学有效的技术方法和管理。安全仪表系统目标、设计依据、实际状况、如何维护都不掌握。致使安全仪表系统不能保证全生命周期的安全完整性等级，达不到可接受风险水平。反而因安全仪表系统非计划停车明显增多，造成巨大的经济损失，产生一系列的安全问题。,七、下一步计划应该说：安全仪表系统是石化装置降低风险最为有效的保护措施，是装置运行最为重要的保护层。但如何保证其正确、有效，任重道远。（1）宣传培训按照标准的要求，安全仪表系统从业人员必须接受相关知识的培训，明确功能安全的相关概念和理念。这既是规范的要求，是企业的迫切需要，也是摆在我们面前一项重要工作。计划：研讨班+培训班(分层次)，中国石化范围。（2）基础研究和示范消化吸收国际上功能安全的最新标准与先进技术，建立功能安全基础技术研究平台，开展功能安全核心技术研究，完善功能安全应用手段。,借助课题，首先进行SIL等级评定工作，熟练掌握标准的技术要求。其后逐步渗入到其他方面。借鉴国外公司的实践，内外结合，提高熟练应用标准、为中国石化企业咨询服务的能力。根据石化装置的特点，制定中国石化安全仪表系统功能安全评