《化工仪表自动化系统可靠性评估规范》标准征求意见稿

1T/CMEEEAXXXX—2026化工仪表自动化系统可靠性评估规范本文件规定了化工仪表自动化系统（包括现场仪表、控制单元、执行机构及附属系统）进行可靠性评估的通用要求、评估指标体系、评估方法、数据管理与评估报告等内容。本文件适用于新建、在役或改造的化工仪表自动化系统在工程设计、设备选型、验收测试、运行维护及报废决策等阶段的可靠性定量与定性评估。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T2423.2电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温GB/T2423.3环境试验第2部分：试验方法试验Cab：恒定湿热试验GB/T2423.10环境试验第2部分：试验方法试验Fc:振动(正弦)GB3836.1爆炸性环境第1部分：设备通用要求GB/T4208外壳防护等级（IP代码）GB/T5080.1可靠性试验第1部分：试验条件和统计检验原理GB/T11822科学技术档案案卷构成的一般要求GB/T18268.1测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求第1部分：通用要求GB/T18272.1工业过程测量和控制系统评估中系统特性能的评定第1部分：总则和方法学GB/T20438.1电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全第1部分：一般要求HG/T20507自动化仪表选型设计规范HG/T20511信号报警及联锁系统设计规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1化工仪表自动化系统chemicalinstrumentationandautomationsystem应用于化工生产过程，由传感器、变送器、控制器、控制阀、安全栅、接线箱、机柜、电源及配套软件等组件构成，用于实现生产过程中的测量、显示、控制、报警、联锁保护等功能的系统整体。3.2可靠性评估reliabilityassessment为确定现有或预期的仪表自动化系统在特定条件下和规定时间内，能够完成预设功能的能力而开展的一系列工作，涵盖建立评估模型、收集相关数据、计算评估指标、分析评估结果及编制评估报告的完整过程。3.3平均失效前时间meantimetofailure针对不可修复的仪表部件，从开始投入使用到首次发生故障为止，所有部件正常工作时间的平均值。3.4平均故障间隔时间meantimebetweenfailures针对可修复的仪表或系统，在两次相邻故障之间，设备或系统正常运行时间的平均值。T/CMEEEAXXXX—202623.5可用性availability在所需的外部资源得到充分保障的前提下，仪表或系统在规定的环境条件下、规定的时刻或时间区间内，处于能够执行预设功能状态的概率，是对系统可靠性、维修性和维护保障性的综合度量。3.6故障率failurerate单位时间内发生故障的概率。3.7平均修复时间meantimetorepair可修复仪表或系统从故障发生到恢复正常工作状态所需的平均时间。3.8危险失效dangerousfailure可能导致安全相关系统无法按照预设要求执行安全功能的失效类型。3.9要求时失效概率probabilityoffailureondemand安全相关系统在规定的时间点或时间区间内，因发生危险失效而无法执行规定安全功能的概率。3.10危险失效平均概率averageprobabilityoffailureondemand安全相关系统在规定的使用寿命周期内，危险失效概率的平均值，主要适用于低要求操作模式的安全仪表系统。4缩略语下列缩略语适用于本文件。A：可用性（availability）λ：故障率（failurerate）MTBF：平均故障间隔时间（meantimebetweenfailures）MTTF：平均失效前时间（meantimetofailure）MTTR：平均修复时间（meantimetorepair）PFD：要求时失效概率（probabilityoffailureondemand）APFD：危险失效平均概率（averageprobabilityoffailureondemand）FMEA：失效模式与影响分析（failuremodeandeffectsanalysis）5总则5.1评估原则5.1.1科学性原则评估方法、指标选取及模型建立应符合GB/T18272.1的总则要求，数据处理应采用统计学认可的方法。5.1.2系统性原则评估应覆盖系统全生命周期（设计、选型、运行、维护），兼顾硬件、软件及人为因素，全面分析系统结构、功能及环境对可靠性的影响。5.1.3客观性原则评估数据应来源于真实的运行记录、测试报告或权威数据库，避免主观臆断；评估过程应全程可追溯，结果应如实反映系统实际可靠性水平。5.1.4可操作性原则T/CMEEEAXXXX—20263评估指标应明确、量化，评估方法应简洁实用，适应化工企业现场实施条件，可根据评估目的（如选型对比、在役评估、改造后验证）灵活选取评估内容。5.2评估流程可靠性评估应遵循以下基本流程，各环节输出文件应符合GB/T11822的归档管理要求：a)确定评估目标与范围：明确评估用途（验收、运维优化、报废决策等）、评估对象（全系统或子系统）及时间范围（如12个月运行期）；b)系统边界定义与结构分解：界定物理边界（是否包含电源、通信网络、软件）和功能边界（控制功能、联锁功能等），按HG/T20507的系统分类要求分解为现场仪表层、控制层、执行层等子系统；c)失效模式与影响分析（FMEA识别各部件潜在失效模式，分析失效对系统功能的影响程度；d)评估指标选取：根据评估目标，从本文件第6章指标体系中选取定量与定性指标；e)数据采集与处理：按本文件第8章要求收集、筛选、校验数据；f)可靠性建模与计算：采用本文件第7章规定的方法建立模型，计算评估指标；g)结果分析与报告编制：对比指标阈值（如行业基准、设计要求），识别薄弱环节，编制评估报告。5.3评估边界与前提5.3.1边界定义5.3.1.1物理边界应明确包含的设备及部件：a)必含项：现场仪表（温度/压力/流量变送器等）、控制器、执行机构（控制阀等）、安全栅、机柜及内部接线；b)可选项：电源系统、通信网络（如工业以太网）、上位机软件、备用设备，应在评估报告中明确说明是否包含。5.3.1.2功能边界应明确系统“规定功能”，包括测量精度、控制响应时间、联锁动作可靠性等，符合HG/T20511的功能要求。5.3.2前提条件明确“故障判据”，出现以下情况之一判定为故障：a)仪表测量误差超出允许范围；b)控制单元无法接收或输出信号，或响应时间超出设计要求；c)执行机构无法按指令动作，或动作偏差超出允许范围；d)安全联锁功能失效，无法在规定条件下触发保护动作；e)明确运行条件：包括环境温度、湿度、介质特性等，应符合HG/T20507的选型环境要求；f)明确维护条件：包括预防性维护周期、备件供应能力、维修人员技能水平等，作为可用性评估的重要前提。6可靠性评估指标体系6.1核心量化指标6.1.1基本可靠性指标6.1.1.1平均故障间隔时间6.1.1.1.1平均故障间隔时间计算公式见式（1）：式中：MTBF——平均故障间隔时间，单位为小时（h）；T1——总正常工作时间，单位为小时（h）；T/CMEEEAXXXX—20264N1——故障次数，单位为次。6.1.1.1.2阈值要求：新建系统MTBF不应低于10000h，在役系统（运行年限≤5年）MTBF不应低于8000h，在役系统（运行年限＞5年）MTBF不应低于6000h（参考化工行业可靠性基准）。6.1.1.2平均修复时间6.1.1.2.1平均修复时间计算公式见式（2）：式中：MTTR——平均修复时间，单位为小时（h）；T2——总维修时间，单位为小时（h）；N2——故障次数，单位为次。6.1.1.2.2关键子系统MTTR不应超过2h，一般子系统MTTR不应超过8h。6.1.1.3可用性6.1.1.3.1可用性计算公式见式（3）：式中：A——可用性；MTBF——平均故障间隔时间，单位为小时（h）；MTTR——平均修复时间，单位为小时（h）。6.1.1.3.2阈值要求：关键子系统可用性不应低于0.9999，一般子系统可用性不应低于0.99。6.1.2任务可靠性指标6.1.2.1危险失效平均概率6.1.2.1.1危险失效平均概率计算方法应采用故障树分析（FTA）或可靠性框图（RBD）建模计算。6.1.2.1.2阈值要求：根据安全完整性等级（SIL）确定，SIL1级PFD≤10-2～10-1，SIL2级≤10-3~10-2，SIL3级≤10-4～10-3。6.1.2.2要求时失效概率6.1.2.2.1要求时失效概率适用于高要求操作模式的安全子系统，计算方法宜参考GB/T20438.1的规6.1.2.2.2阈值要求：应满足对应SIL等级的最低要求，且不应高于设计值的120%。6.1.3部件可靠性指标6.1.3.1平均失效前时间6.1.3.1.1平均失效前时间的计算公式见式（4）：式中：MTTF——平均失效前时间，单位为小时（h）；T3——总工作时间，单位为小时（h）；N3——失效部件数量，单位为个。6.1.3.1.2阈值要求：温度/压力变送器MTTF不应低于20000h，控制阀MTTF不应低于15000h，安全栅MTTF不应低于25000h。6.1.3.2故障率6.1.3.2.1对于可修复仪表/系统，应采用“故障次数统计法”，计算公式见式（5）：T/CMEEEAXXXX—20265式中：λ——故障率；N4——周期内的有效故障次数，单位为次；T4——同期总正常工作时间，单位为小时（h）。注：在指数分布假设下（符合多数化工仪表稳态运行的故障规律），故可简化为λ=1/MTBF，适用于具备完整历史6.1.3.2.2对于不可修复部件，应采用“失效数量统计法”，计算公式见式（6）：式中：λ——故障率；N4——测试或运行周期内的失效部件总数，单位为次；T4——所有参与统计部件的累积工作时间，单位为小时（h）。注：在指数分布假设下，MTTF=T/N，故可简化为λ=1/MTTF，适用于设计阶段或部件级可靠性测试。6.1.3.2.3阈值要求：核心控制器λ不应超过1×10-5/h，现场仪表λ不应超过5×10-5/h。6.2支持性定性指标6.2.1设计可靠性6.2.1.1选型匹配性：仪表防爆等级应符合GB3836.1的规定，防护等级应符合GB/T4208的要求（现场仪表不低于IP65），材质耐腐蚀性应匹配工艺介质特性，应符合HG/T20507的选型要求。6.2.1.2冗余设计：关键子系统应采用冗余配置。6.2.1.3故障安全原则：联锁回路应遵循“故障安全”设计，应符合HG/T20511的规定；a)环境适应性：仪表应能耐受化工现场的温度波动、湿度、振动及电磁干扰，应通过GB/T2423.1（低温试验）、GB/T2423.2（高温试验）及GB/T2423.3（恒定湿热试验），试验条件应匹配化工现场实际工况；b)振动适应性：应通过GB/T2423.10（正弦振动试验），试验频率范围10Hz～150Hz，加速度2g，符合化工现场设备振动环境要求；c)电磁兼容性能：应通过GB/T18268.1中的静电放电抗扰度试验（接触放电±4kV，空气放电±8kV），同时满足辐射骚扰、电快速瞬变脉冲群抗扰度等基础EMC要求。6.2.2运行维护水平6.2.2.1预防性维护：应制定完善的预防性维护规程（如校准周期、清洁频次执行率不应低于95%。6.2.2.2备件管理：关键部件（如变送器传感器、控制阀膜头）备件储备率不应低于90%，备件存储条件应符合制造商要求。6.2.2.3人员技能：维修人员应具备相应资质（如仪表维修工职业资格证书），每年培训时长不应少于40h，熟悉系统原理及故障处理流程。6.2.3历史绩效指标统计周期应不少于12个月，评估内容如下：a)故障次数：单位时间内系统故障总次数，关键子系统故障次数不应超过2次/年；b)非计划停车影响：因仪表故障导致的非计划停车次数占总非计划停车次数的比例，不应超过c)故障重复率：同一类型故障在统计周期内的重复发生次数，不应超过3次。7评估方法7.1基于历史数据的统计评估法T/CMEEEAXXXX—202667.1.1适用范围适用于在役系统（运行时间≥6个月，故障记录≥30次），用于计算MTBF、MTTR、可用性等量化指标。7.1.2数据要求数据来源应包括企业运维数据库、维修工单、故障记录，数据完整性应符合本文件第7章要求，数据周期不应少于12个月。7.1.3计算和分析7.1.3.1总正常工作时间的计算公式见式（7）：式中：T6——总正常工作时间，单位为小时（h）；T7——评估周期总时间，单位为小时（h）；T8——总故障停机时间，单位为小时（h）。7.1.3.2故障次数统计：按本文件5.3.2的故障判据界定有效故障，剔除人为误操作、自然灾害等非系统可靠性导致的故障。7.1.3.3统计分析：采用区间估计法计算MTBF的置信区间（置信水平95%应符合GB/T5080.1的统计检验原理。7.1.3.4结果修正：若评估对象运行年限超过5年，应按设备老化系数（0.8～0.9）修正MTBF计算结果。7.2基于可靠性模型的预测评估法7.2.1适用范围适用于设计阶段或选型阶段（无历史运行数据），用于预测系统可靠性指标。7.2.2模型建立7.2.2.1可靠性框图（RBD）建模：按系统结构关系（串联、并联、冗余）绘制RBD，关键子系统冗余结构应符合HG/T20507的要求。7.2.2.2故障树（FTA）建模：以“系统功能失效”为顶事件，分析底层失效原因，适用于安全相关系统的PFD计算，应符合GB/T20438.1的建模要求。7.2.3参数输入7.2.3.1基础故障率数据：优先采用制造商提供的可靠性预测报告，无制造商数据时，可引用GB/T5080.1或行业可靠性数据库中的典型故障率数据。7.2.3.2环境因子：根据化工现场环境调整基础故障率，环境因子取值范围1.5～5.0（恶劣环境取上7.2.4计算工具宜采用可靠性分析软件（如ReliaSoft、BlockSim）进行模型计算，计算结果应包含指标预测值及置信区间。7.3基于故障模式与影响分析（FMEA）的定性评估法7.3.1实施步骤7.3.1.1系统分解：将系统分解为部件级（如传感器、控制器、执行器），分解深度应满足FMEA分析要求。7.3.1.2失效模式识别：列出各部件的潜在失效模式（如传感器短路、控制阀卡涩），参考同类设备的故障历史数据。T/CMEEEAXXXX—202677.3.1.3风险评估：应采用风险矩阵法评估风险优先级，计算公式见（8），评分标准见附录A：式中：RPN——风险优先级；S——严重度；0——发生概率；D——探测度。7.3.1.4结果应用：RPN≥100的失效模式判定为高风险项，应作为可靠性薄弱环节重点分析。7.3.2评分标准7.3.2.1严重度（S）：按失效对系统功能的影响程度分为1级～10级（1级无影响，10级导致重大安全事故）。7.3.2.2发生概率（O）：按失效发生频率分为1级～10级（1级极罕见，10级频繁发生），参考行业故障统计数据。7.3.2.3探测度（D按故障可被探测的难易程度分为1级～10级（1级极易探测，10级无法探测结合维护规程及监测手段判定。7.4综合评估7.4.1评估流程7.4.1.1采用FMEA法识别高风险部件（RPN≥100），确定评估重点。7.4.1.2对高风险部件采用基于历史数据的统计评估法（在役系统）或模型预测法（设计阶段）进行定量计算。7.4.1.3结合定性指标（设计可靠性、运维水平）对定量结果进行修正，修正系数取值范围0.8～1.2（定性指标优秀取1.2，较差取0.8）。7.4.1.4综合定量结果与定性评估，给出系统可靠性等级（优秀、良好、合格、不合格），等级划分标准见附录B。7.4.2等级判定7.4.2.1优秀：核心量化指标全部满足阈值要求，且高风险项为0，定性指7.4.2.2良好：核心量化指标80%以上满足阈值要求，高风险项≤2项，定性指标评估得分≥80分；7.4.2.3合格：核心量化指标60%以上满足阈值要求，高风险项≤5项，定性指标评估得分≥60分；7.4.2.4不合格：核心量化指标满足率低于60%，或高风险项＞5项，或定性指标评估得分＜60分。8数据管理要求8.1数据来源数据来源优先级如下（优先级1最高）：a)评估对象所属企业的历史运行与维护数据库（故障记录、维修工单、校准报告）；b)同行业相同工况下的可靠性共享数据库；c)仪表制造商提供的可靠性测试报告、产品手册中的技术参数；d)权威标准或行业手册中的通用可靠性数据。8.2数据记录内容故障数据记录应至少包含以下信息，格式见附录C：a)基础信息：记录编号、记录日期、评估对象标识（系统名称、子系统、仪表位号、型号、制造商、安装日期）；b)故障信息：故障发生时间、故障现象描述、故障位置、故障模式；T/CMEEEAXXXX—20268c)原因分析：故障原因分类（仪表自身质量、安装不当、工艺介质腐蚀、人为误操作、环境因素等；d)维修信息：修复措施、修复完成时间、维修人员、备件型号及规格；e)验证信息：维修后测试结果、验证人员签字。8.3数据质量与处理8.3.1数据质量要求8.3.1.1真实性：数据应如实记录，不应编造或篡改，维修工单、校准报告等原始凭证应留存备查。8.3.1.2完整性：关键字段（故障时间、故障模式、修复时间）不应缺失，数据缺失率不应超5%。8.3.1.3连续性：历史数据记录应连续，无明显断档，断档时段应在评估报告中说明。8.3.2数据处理方法8.3.2.1异常数据甄别：采用3倍标准差法识别异常数据（单次维修时间远超平均值3倍），核实后确认为非可靠性因素导致（如不可抗力）的，予以剔除。8.3.2.2缺失数据补全：缺失率≤5%时，采用相邻数据插值法补全；缺失率＞5%且≤10%时，引用同类设备数据替代；缺失率＞10%时，应重新采集数据。8.3.2.3数据标准化：将不同格式的时间数据统一转换为小时。8.3.2.4数据校验：采用交叉验证法校验数据准确性，校验合格率不应低于95%。8.4数据存储与归档8.4.1数据存储：采用结构化数据库存储，数据格式应符合GB/T11822的档案格式要求。8.4.2归档留存：评估过程中产生的原始数据、处理记录、计算结果应归档留存，留存期限不应少于5年。8.4.3数据安全：建立数据访问权限控制机制，防止数据泄露或篡改。9评估报告9.1报告内容评估报告应结构清晰、数据详实、结论明确，至少包含以下章节：a)封面：报告名称、评估对象、评估单位、报告编号、编制日期；b)目录：引用一级条目生成；c)引言：评估目的、评估范围（物理边界、功能边界）、评估周期、评估依据；d)被评估系统描述：系统组成（