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評估技術(shù)安全儀表系統(tǒng)安全儀表系統(tǒng)SafetyInstrumentedSystem（SIS）

用來完成一個或多個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。緊急停車系統(tǒng)（ESD）火/氣保護系統(tǒng)（F&G）安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS）燃燒爐控制系統(tǒng)（BMS）高完整性壓力保護系統(tǒng)（HIPPS）

安全儀表功能SafetyInstrumented

Function（SIF）液位開關(guān)邏輯控制器電磁閥泵電磁閥SIF1SIF2SIF3SIF4保護層中的位置層次名稱說明第一層過程設(shè)計過程設(shè)計中實現(xiàn)本質(zhì)安全第二層基本過程控制系統(tǒng)（BPCS）如DCS，以正常運行的監(jiān)控為目的第三層區(qū)別于BPCS的重要報警操作員介入需要有一定的必要余度時第四層安全儀表系統(tǒng)（SIS）系統(tǒng)自動地使工廠安全停車。第五層物理防護層（一）安全閥泄壓、過壓保護系統(tǒng)第六層物理防護層（二）將泄漏液體局限在局部區(qū)域的防護堤第七層工廠內(nèi)部緊急應(yīng)對計劃工廠內(nèi)部的應(yīng)急計劃第八層周邊區(qū)域防災(zāi)計劃周邊居民、公共設(shè)施的應(yīng)急計劃保護層中的位置作用：風(fēng)險降低降低后果發(fā)生的概率特點：正常狀況下是靜態(tài)的、被動的，不需要人為干預(yù)危險情況出現(xiàn)時由靜變動，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SIL）功能安全標(biāo)準(zhǔn)兩個重要標(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：定義和縮略語第5部分：確定安全完整性等級的方法示例第6部分：應(yīng)用指南（對第2、3部分）第7部分：技術(shù)和測量概述IEC61508的組成IEC61511的組成IEC61511分為3個部分第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的指南IEC61508IEC61511過程工業(yè)IEC61800-5-2電力驅(qū)動IEC62061機械IEC61513核工業(yè)IEC50156加熱爐IEC60601醫(yī)療設(shè)備EN50128鐵路ISO26262汽車

兩個重要概念

安全完整性等級

SafetyIntegrityLevel（SIL）在一定時間、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。安全完整性等級就是衡量這種能力大小的一種指標(biāo)。安全完整性等級SIL是按照一定時間、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。

兩個重要概念

安全完整性等級

SafetyIntegrityLevel（SIL）風(fēng)險概率=危險事件發(fā)生概率×安全系統(tǒng)要求時失效概率。SIL反映了安全系統(tǒng)能使過程風(fēng)險降低的數(shù)量級。通過安全系統(tǒng)的作用，降低風(fēng)險發(fā)生的概率，把系統(tǒng)風(fēng)險降低到一個可以接受的水平

分為4個等級，SIL4的安全等級最高，其要求時失效概率低，能夠使風(fēng)險發(fā)生概率降低的能力強。過程工業(yè)中，安全功能的SIL等級一般為低要求操作模式下的SIL1到SIL3。安全完整性等級（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

兩個重要概念

安全生命周期

SaftyLifeCycle（SLC）安全生命周期：安全系統(tǒng)從概念設(shè)計到停用的整個過程。包括安全系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、驗證、運行、維護、停用。在整個安全生命周期內(nèi)，都應(yīng)采取相關(guān)有效措施，使安全系統(tǒng)具備成功、正確執(zhí)行其安全功能的能力。SIL評估技術(shù)SIL分級辨識SIFSIL分級SIL驗證設(shè)備選擇結(jié)構(gòu)約束檢驗測試周期（1）SIL分級1）SIF辨識要求：執(zhí)行一次過程危險分析（PHA）方法：建議HAZOP識別危險與危險事件辨識并評估現(xiàn)有安全功能（保護措施）進一步降低風(fēng)險的建議措施安全儀表功能？

2）SIL分級所有安全系統(tǒng)和外部風(fēng)險減輕設(shè)施所減少的風(fēng)險剩余風(fēng)險允許風(fēng)險過程風(fēng)險必要的風(fēng)險降低實際的風(fēng)險降低外部風(fēng)險減輕設(shè)施減少的風(fēng)險其他安全系統(tǒng)減少的風(fēng)險SIS系統(tǒng)減少的風(fēng)險主要技術(shù)方法有：保護層分析法（LOPA）-推薦使用風(fēng)險圖法風(fēng)險矩陣推薦使用保護層分析法（LOPA）LayerofProtectionAnalysis

a.半定量的風(fēng)險分析技術(shù)

b.過程危險分析（PHA）的延續(xù)c.用初始事件的頻率、后果嚴(yán)重程度和IPLs失效頻率數(shù)量級大小近似表征危險事件的風(fēng)險

d.過程工業(yè)用于評估SIL要求的常用方法，用SIS填補風(fēng)險缺口。危險事件；初始事件的頻率；后果的嚴(yán)重性；識別滿足保護功能及風(fēng)險降低程度的IPL；風(fēng)險“缺口”。蒸餾塔破裂引起火災(zāi)(死亡)嚴(yán)重冷卻水中斷0.10.10.0110-410-6PFD缺口0.01SIL2（2）SIL驗證是否滿足SIL要求PFD-安全性誤動率是否滿足要求-可用性檢驗測試周期確定進一步優(yōu)化設(shè)計SIL的計算方法：故障樹分析FTA（FaultTreeAnalysis）：對故障發(fā)生的基本原因進行推理分析，建立從結(jié)果到原因的描述故障的有向邏輯圖，采用布爾邏輯圖描述系統(tǒng)故障原因的各種可能組合，以計算系統(tǒng)故障概率。Markov模型：馬爾科夫模型將安全相關(guān)系統(tǒng)歸于不同的若干狀態(tài)。一個狀態(tài)會以某種概率轉(zhuǎn)移到其它狀態(tài)。根據(jù)模型得到相應(yīng)條件下的事故發(fā)生概率。簡化公式：故障樹和馬爾科夫模型都會有計算量隨著系統(tǒng)規(guī)模增大而指數(shù)增長的問題。工程上常采用各種近似來減少計算量。傳感器邏輯演算器執(zhí)行器

35%15%50%系統(tǒng)的失效概率是各組成部件失效概率之和；系統(tǒng)的SIL是由各組成部件的SIL共同決定的a.SIS部件或子系統(tǒng)按IEC61508生產(chǎn)制造；b.SIS部件和子系統(tǒng)基于“先驗使用”（PriorUse）；c.FVL可編程部件和子系統(tǒng)應(yīng)符合IEC61508-2/3的相關(guān)要求；d.SIL4的SIS部件和子系統(tǒng)應(yīng)符合IEC61508-2/3的相關(guān)要求；e.SIS部件和子系統(tǒng)選型應(yīng)符合SRS的要求。設(shè)備選擇結(jié)構(gòu)約束-冗余容錯

硬件故障裕度/硬件故障容錯（HFT）:硬件功能單元在故障存在的情況下，持續(xù)完成所要求功能的能力。IEC61511邏輯控制器結(jié)構(gòu)約束

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IEC61508SIL最低硬件故障裕度（HFT）1021324特殊應(yīng)用要求-見IEC61508

IEC61511傳感器、最終元件和非PE邏輯控制器LT-101V-101LIC101LT-102SVIASLV-101XV-101產(chǎn)品分離器2oo2表決LT-101V-101LIC101LALSVIASSVIASLV-101XV-101XV-102產(chǎn)品分離器LALLT-102LT-1031oo2表決2oo3表決傳感