九江石化啟示之SIS系統(tǒng)的全生命周期管理

九江石化啟示之-SIS系統(tǒng)的全生命周期管理一、概述

時(shí)針回?fù)艿?018年的2月12日16時(shí)14分，那一刻猶如一聲驚雷，引起了中石化、中石油集團(tuán)、其他地區(qū)的兄弟企業(yè)以及各地省市安監(jiān)等人員的廣泛注意，這里面既包含設(shè)計(jì)人員、安全管理人員、安全評(píng)價(jià)及咨詢?nèi)藛T、儀表電氣人員甚至包含施工單位的人員，警鐘再響，這次我們應(yīng)該如何對(duì)待？自“連云港聚鑫生物科技”爆炸事故后，一波未平，一波又起，這次的焦點(diǎn)仍然包含“聯(lián)鎖回路”，自2014年國(guó)家安監(jiān)總局發(fā)布116號(hào)文后，安全儀表系統(tǒng)又一次吸引了絕大多數(shù)專業(yè)人士的注意。

每次事故都都會(huì)涌現(xiàn)出大量的專業(yè)解讀，試圖去揭開事故背后的“達(dá)芬奇密碼”，這次也不例外，各色文章琳瑯滿目，大多數(shù)人員抑或從主觀判斷、抑或以批判的精神去苦苦探索“事故如何發(fā)生”最后的一絲線索，小編以“儀表人”的角色，另辟蹊徑，從如何“避免此類事故”的角度出發(fā)，希望對(duì)各位讀者有所幫助。

本以SIS系統(tǒng)的功能安全生命周期的角度出發(fā)，通過風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)→半定量分析（LOPA分析）→設(shè)計(jì)→SRS功能安全規(guī)格書→SIL驗(yàn)證→維護(hù)管理的角度出發(fā)，系統(tǒng)分析該事故場(chǎng)景下的SIS系統(tǒng)生命周期的管理。二、事故過程（引自事故調(diào)查報(bào)告）

2018年3月12日16時(shí)14分，江西九江一石化企業(yè)柴油加氫裝置原料緩沖罐（設(shè)計(jì)壓力0.38MPa）發(fā)生爆炸著火事故，造成2人死亡、1人輕傷。3月20日，國(guó)家安監(jiān)總局就該事故發(fā)出警示。（1）事故原因

經(jīng)初步分析，事故直接原因是循環(huán)氫壓縮機(jī)因潤(rùn)滑油壓力低而停機(jī)后，加氫原料進(jìn)料泵隨即聯(lián)鎖停泵，但因泵出口未設(shè)置緊急切斷且單向閥功能失效，加之操作人員未能第一時(shí)間關(guān)閉泵出口手閥，反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)高壓介質(zhì)（壓力5.7MPa）通過原料泵出入口倒竄入加氫原料緩沖罐，導(dǎo)致緩沖罐超壓爆炸著火。（2）事故暴露問題

一是事故裝置建成于1990年，其加氫原料進(jìn)料泵出口當(dāng)時(shí)沒有設(shè)置緊急切斷閥，在后來(lái)多次改造中也沒有進(jìn)行完善，本質(zhì)安全水平低，埋下安全隱患。

二是設(shè)備設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)不到位，未及時(shí)對(duì)泵出口單向閥進(jìn)行檢查維護(hù)，事故后拆檢發(fā)現(xiàn)單向閥已失效。

三是風(fēng)險(xiǎn)管控不到位，應(yīng)用HAZOP等分析工具進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、評(píng)估和管控的能力不足，對(duì)加氫裝置高壓竄低壓的危害認(rèn)識(shí)不足。

四是應(yīng)急處置不到位。循環(huán)氫壓縮機(jī)潤(rùn)滑油壓低報(bào)警后，長(zhǎng)時(shí)間未能排除故障，處理過程中引起潤(rùn)滑油壓力低低聯(lián)鎖停機(jī)；循環(huán)氫壓縮機(jī)停機(jī)后，未能第一時(shí)間關(guān)閉加氫原料進(jìn)料泵出口手閥，切斷高壓竄低壓的通路。

有關(guān)石化企業(yè)要針對(duì)該起事故暴露問題對(duì)相關(guān)裝置進(jìn)行對(duì)照檢查，消除隱患，避免類似事故再次發(fā)生。（3）事后處理1.立即開展同類裝置專項(xiàng)安全隱患排查治理。要重點(diǎn)排查同時(shí)有高壓低壓系統(tǒng)的裝置防高壓竄低壓措施采取情況、加氫裝置進(jìn)料泵出口緊急切斷和聯(lián)鎖設(shè)置情況、同一企業(yè)同類裝置新老設(shè)計(jì)不一樣的情況，對(duì)存在安全隱患的要及時(shí)整改；相關(guān)設(shè)計(jì)單位要對(duì)已設(shè)計(jì)投產(chǎn)的同類裝置進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)可能存在安全隱患的，要及時(shí)通報(bào)有關(guān)項(xiàng)目業(yè)主。2.提升安全風(fēng)險(xiǎn)管理水平。要強(qiáng)化設(shè)備設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)，注意收集和獲取各類設(shè)備設(shè)施的失效概率數(shù)據(jù)；要進(jìn)一步提升應(yīng)用HAZOP、LOPA等工具進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)管控的能力，全面提升安全風(fēng)險(xiǎn)管理科學(xué)化水平。3.強(qiáng)化應(yīng)急處置能力。要優(yōu)化完善應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急處置卡，結(jié)合崗位開展應(yīng)急技術(shù)技能專項(xiàng)培訓(xùn)，提高員工應(yīng)急處置能力。4.認(rèn)真吸取同類企業(yè)事故教訓(xùn)。1987年3月22日，英國(guó)格朗季蒙思煉油廠加氫裝置因高壓分離器氣體竄入低壓分離器，導(dǎo)致低壓分離器超壓爆炸，繼而發(fā)生大火，造成1人死亡，裝置嚴(yán)重?fù)p壞，經(jīng)濟(jì)損失7850萬(wàn)美元。有關(guān)企業(yè)要廣泛收集國(guó)內(nèi)外同類企業(yè)發(fā)生的事故案例，深刻吸取事故教訓(xùn)，結(jié)合企業(yè)實(shí)際排查治理安全隱患，抓早抓小，防范事故于未然。三、我們?nèi)绾巫?？（SIS系統(tǒng)的生命周期管理）開始分析前，我們先了解下SIS系統(tǒng)的生命周期的流程圖，簡(jiǎn)化如下：首先從工藝危害的角度出發(fā)分析該事件，本事故的工藝流程簡(jiǎn)圖如下：注釋：上述PID圖僅為示意圖，手閥及旁路閥均未體現(xiàn)。（1）

HAZOP分析（如何開展有效的HAZOP分析？）因篇幅有限，本文章不對(duì)HAZOP分析的整體技術(shù)進(jìn)行贅述，僅對(duì)與本場(chǎng)景相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行討論如下。

HAZOP作為一種系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的危害識(shí)別工具已經(jīng)廣泛用于識(shí)別裝置在設(shè)計(jì)和操作階段的工藝危害，HAZOP分析的成果可直接影響SIL評(píng)估的準(zhǔn)確性及合理性，影響工藝場(chǎng)景的剩余風(fēng)險(xiǎn)，從而影響SIF回路的可靠性等級(jí)。HAZOP分析中一個(gè)非常重要的概念為“引導(dǎo)詞”，在分析過程中合理的使用引導(dǎo)詞可更加全面的識(shí)別工藝中風(fēng)險(xiǎn)，防止漏項(xiàng)。在此分析的場(chǎng)景中，“逆流”場(chǎng)景作為流量場(chǎng)景中關(guān)鍵對(duì)象，非常容易被遺漏，甚至忽略。

在HAZOP分析場(chǎng)景中，逆流工況的分析應(yīng)該把握核心的場(chǎng)景，并且在“逆流”場(chǎng)景分析中應(yīng)充分考慮可能導(dǎo)致“逆流”的原因（可能存在多個(gè)不同的原因），在分析過程中任何可能導(dǎo)致“逆流”的原因都需要逐一分析，在對(duì)后果進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)注意把握該場(chǎng)景下后果的嚴(yán)重程度（人員、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境、聲譽(yù)等）。重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)：在HAZOP分析中應(yīng)對(duì)流量中“高、低、逆流及錯(cuò)流”，并且除了對(duì)“原料泵”的故障停止進(jìn)行分析外，還需要對(duì)可能導(dǎo)致“原料泵”停止的正常原因進(jìn)行分析，例如聯(lián)鎖觸發(fā)（人員手動(dòng)停止或者氫壓機(jī)停止聯(lián)鎖），可能引發(fā)的次生風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，這個(gè)也是最容易忽略的環(huán)節(jié)，該處給我的啟發(fā)是“如果該聯(lián)鎖觸發(fā)后，不停止泵，保持進(jìn)料，其后果是否比“停止”更安全？在SHELL程序文件里面要求如下：在對(duì)常規(guī)的聯(lián)鎖回路分析后，應(yīng)進(jìn)行新的安全分析（聯(lián)鎖動(dòng)作引發(fā)的次生風(fēng)險(xiǎn)）（2）

SIL定級(jí)（SIL定級(jí)的尺度如何把握）LOPA是一種半定量分析方法，可被用于識(shí)別能夠滿足獨(dú)立保護(hù)層要求（依據(jù)IEC61511Part3，附件F）的安全儀表系統(tǒng)。在LOPA中，需要對(duì)提出或提供的獨(dú)立防護(hù)層的有效性進(jìn)行分析驗(yàn)證。這些保護(hù)層綜合的效果將會(huì)與可接受風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)。如果滿足企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)則不需要提供額外的風(fēng)險(xiǎn)降低措施。如果其不符合風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)則需要增加額外的風(fēng)險(xiǎn)降低措施。這種額外的風(fēng)險(xiǎn)降低可以通過提高安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的SIL等級(jí)或是增加更多的保護(hù)層來(lái)達(dá)到。LOPA分析法每次只針對(duì)一起特定的事故場(chǎng)景進(jìn)行分析，不能反映各種事故場(chǎng)景之間的相互影響。由于LOPA分析的成果通常會(huì)受一些關(guān)鍵因素的制約，例如，風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)、初始事件以及獨(dú)立保護(hù)層頻率等，所以假如在分析中使用數(shù)據(jù)不同，則可能產(chǎn)生不同的結(jié)果。另外，LOPA分析法中另外一個(gè)重要的缺點(diǎn)是無(wú)法對(duì)獨(dú)立保護(hù)層之間的公因失效進(jìn)行定量的分析。通過HAZOP分析后，我們對(duì)該場(chǎng)景中采用LOPA分析進(jìn)行進(jìn)一步分析，以確定該場(chǎng)景下聯(lián)鎖回路的SIL等級(jí)。在本次分析中首先假設(shè)以下幾個(gè)條件：1后果嚴(yán)重性為“2人及以上傷亡”，可接受風(fēng)險(xiǎn)定義為1E-05（按13號(hào)令低密度區(qū)域）；2在爆炸區(qū)：人員恰好出現(xiàn)的概率為0.1；3

人員的致死概率為1（假設(shè)為100%死亡）；4初始事件的原因：循環(huán)氣壓縮機(jī)聯(lián)鎖回路啟動(dòng)，該回路保守該回路的頻率為0.1；5

不考慮安全閥的泄放能力（假設(shè)不滿足）；6

單個(gè)止回閥不考慮作為IPL（不滿足有效性及可審核性）；7

初始事件僅考慮一個(gè)原因，其他未展示（選取最大頻率計(jì)算）；8

原料泵出口流量報(bào)警未進(jìn)行削減（報(bào)警設(shè)定值、報(bào)警響應(yīng)時(shí)間）9

未設(shè)置逆流保護(hù)的聯(lián)鎖回路，不進(jìn)行削減10

原料罐上PSV閥，不進(jìn)行削減（假設(shè)安全閥泄放能力不滿足逆流工況）通過計(jì)算后，該回路的SIL等級(jí)為SIL2等級(jí)。重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)：在分析過程中合理把握后果的嚴(yán)重性（可容忍風(fēng)險(xiǎn)）、獨(dú)立保護(hù)層IPL的有效性、初始事件的選擇及頻率的確定（結(jié)合AQ3054及GB32857）。（3）

SIF回路的設(shè)計(jì)（SIF方案如何選擇）在SIF回路的設(shè)計(jì)過程中，需要重點(diǎn)考慮設(shè)計(jì)防止逆流的方案。方案1：在常規(guī)的聯(lián)鎖設(shè)計(jì)中，可通過“泵故障信號(hào)”觸發(fā)聯(lián)鎖關(guān)閉泵出口切斷閥來(lái)避免出口逆流場(chǎng)景（SIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)）；方案2：通過泵出口壓差信號(hào)觸發(fā)聯(lián)鎖關(guān)閉泵出口切斷閥（SIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)）；方案3：通過（原料罐與反應(yīng)器變送器）的壓差信號(hào)觸發(fā)聯(lián)鎖關(guān)閉泵出口切斷閥。（SIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)）。在驗(yàn)算過程中假設(shè)一下幾個(gè)條件：1檢驗(yàn)測(cè)試隔間為1年2測(cè)試覆蓋率為90%3β共因失效為0.024MTTR平均修復(fù)時(shí)間為4小時(shí)5設(shè)計(jì)年限為15年（1）

可靠性分析：以上三個(gè)回路按照EXIDA數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略計(jì)算如下：方案1：變送器假設(shè)為霍尼韋爾ST700（假設(shè)同差壓變送器數(shù)據(jù)，SIL2認(rèn)證）SIS假設(shè)為Emerson（SIL3認(rèn)證）閥門假設(shè)為（SIL2認(rèn)證）：MetsoS60200HJYYR1YYXBGB球閥A0.00E+005.80E-070.00E+002.04E-0774MetsoB1JU20/70L執(zhí)行器A0.00E+000.00E+000.00E+002.40E-080ASCOJSIS8551B321MO電磁閥A0.00E+001.78E-070.00E+003.47E-0733.9

方案2：變送器假設(shè)為泵故障信號(hào)SIS假設(shè)為Emerson（SIL3認(rèn)證）閥門假設(shè)為（SIL2認(rèn)證）：MetsoS60200HJYYR1YYXBGB球閥A0.00E+005.80E-070.00E+002.04E-0774MetsoB1JU20/70L執(zhí)行器A0.00E+000.00E+000.00E+002.40E-080ASCOJSIS8551B321MO電磁閥A0.00E+001.78E-070.00E+003.47E-0733.9

方案3：變送器假設(shè)為差壓信號(hào)（兩個(gè)變差器之差，SIL2認(rèn)證）SIS假設(shè)為Emerson（SIL3認(rèn)證）閥門假設(shè)為（SIL2認(rèn)證）：MetsoS60200HJYYR1YYXBGB球閥A0.00E+005.80E-070.00E+002.04E-0774MetsoB1JU20/70L執(zhí)行器A0.00E+000.00E+000.00E+002.40E-080ASCOJSIS8551B321MO電磁閥A0.00E+001.78E-070.00E+003.47E-0733.9通過對(duì)可靠性分析，可以看出：方案1的PFD值為：6.91E-03方案2的PFD值為：1.30E-02方案2的PFD值為：7.39E-03由此看出，方案1的可靠性最高，方案2的可靠性最低。

（2）

技術(shù)方案：通過對(duì)以上各方案進(jìn)行分析，優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下：通過以上分析，以上三種方案對(duì)比，各方案均存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)。若采用方案1+方案2的組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，可有效的避免場(chǎng)景延遲的問題，還可作為二次保護(hù)，但是在SIL可靠性上進(jìn)行分析，方案1和方案2的組合不能實(shí)現(xiàn)兩級(jí)削減（兩層IPL），因共用一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（泵+閥門），但是其PFD值在一定程度上會(huì)減少。重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)：在設(shè)計(jì)時(shí)，采用關(guān)閥+停泵動(dòng)作（停泵設(shè)計(jì)一定的延遲）。原料罐上PSV的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足最大逆流工況下的泄放能力要求。泵故障及運(yùn)行信號(hào)設(shè)計(jì)為“最高優(yōu)先級(jí)”報(bào)警（4）

維護(hù)管理目前國(guó)內(nèi)在檢維修策略的制定上缺乏預(yù)防性措施，尤其在檢測(cè)測(cè)試周期及測(cè)試覆蓋率的確定上缺乏依據(jù)。通過制定合理的檢驗(yàn)測(cè)試周期及覆蓋率可增加SIF回路的SIL可靠性。近年來(lái)，在線檢測(cè)的措施有所增加，如閥門的PVST功能。通過閥門部分行程測(cè)試（PVST）可對(duì)閥門的部分危險(xiǎn)失效進(jìn)行周期性的檢測(cè)，從而在整體上減少了檢測(cè)測(cè)試的周期。通過進(jìn)一步分析得出，通過增加PVST可以帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì)：提高檢驗(yàn)測(cè)試周期，提高SIL等級(jí)提供有預(yù)測(cè)性的維護(hù)數(shù)據(jù)延長(zhǎng)閥門全行程測(cè)試（FST）周期優(yōu)化硬件結(jié)構(gòu)約束減少不必要的旁路設(shè)置可在線進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)試，同時(shí)滿足安全需求因此在制定合理的檢驗(yàn)測(cè)試規(guī)程，對(duì)切斷閥門的失效模式進(jìn)行分析。常規(guī)閥門的失效模式如下：重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)：制定合理