安全仪表系统简介优秀PPT.ppt
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1、平安仪表系统简介石油化工平安爱护级别石油化工平安爱护级别 1.Process2.DCS-集散限制系统集散限制系统3.Alarm Operators-操作员操作员报警报警4.SIS 平安仪表系统平安仪表系统5.Relief Devices 释放设备释放设备6.Physical protection(F&G)物理爱护物理爱护7.Emergency Response 紧急响应紧急响应工艺过程工艺过程SIS系统对风险的限制系统对风险的限制0机械安全保护层机械安全保护层安全仪表系统(安全仪表系统(SIS)报警系统报警系统/操作操作工艺控制系统工艺控制系统工艺设备工艺设备HAZOPSILn平安仪表系统平安
2、仪表系统(Safety Instrumented System-SIS)(Safety Instrumented System-SIS)n仪表爱护系统仪表爱护系统(Instrument Protection System-IPS)(Instrument Protection System-IPS)n平安联锁系统平安联锁系统(Safety Interlocking System-SIS)(Safety Interlocking System-SIS)n紧急停车系统紧急停车系统(Emergency Shut-Down System-ESD)(Emergency Shut-Down System-E
3、SD)n 平安仪表系统(平安仪表系统(SISSIS):):n 仪表系统用于实现仪表系统用于实现1 1个或多个平安仪表功能个或多个平安仪表功能.平安平安仪表系统包括传感器(仪表系统包括传感器(SENSORSENSOR)、逻辑运算器()、逻辑运算器(Logic Logic solver)solver)和最终执行元件和最终执行元件(Final element).(Final element).平安仪表系统平安仪表系统(SIS)nANSI/ISA-84.01ANSI/ISA-84.01Application of Safety Instrumented Application of Safety In
4、strumented n Systems for the Process Industries Systems for the Process IndustriesnIEC 61508IEC 61508Functional Safety of electrical/Functional Safety of electrical/n electronic/programmable electronic electronic/programmable electronic n safety-related system safety-related systemnIEC 61511IEC 6151
5、1Functional Safety Instrumented systems Functional Safety Instrumented systems n for the Process Industry Section for the Process Industry SectionnDIN V 19250DIN V 19250 Programmable Safety System Programmable Safety SystemnIEC 61131IEC 61131Programmable ControllersProgrammable ControllersnSH/T3018-
6、2003 SH/T3018-2003 石油化工平安仪表系统设计规范(中华人民石油化工平安仪表系统设计规范(中华人民 n 共和国石油化工行业标准)共和国石油化工行业标准)SIS用标准规范用标准规范Design code for safety instrumented system in petrochemical industrySIS功能及基本要求功能及基本要求n平平安安仪仪表表系系统统(SISSIS)在在生生产产装装置置的的开开车车、停停车车阶阶段段,运运行行扰扰动动以以及及维维护护操操作作期期间间,对对人人员员健健康康、装装置置设设备备及及环环境境供供应应平平安安爱爱护护。无无论论是是生生
7、产产装装置置本本身身出出现现的的故故障障危危急急,还还是是人人为为因因素素导导致致的的危危急急以以及及一一些些不不行行抗抗拒拒因因素素引引发发的的危危急急,SISSIS系系统统都都应应马马上上作作出出正正确确反反应应并并给给出出相相应应的的逻逻辑辑信信号号,使使生生产产装装置置平平安安联联锁锁或或停停车车,阻阻挡挡危危急急的的发发生和事故的扩散,使危害削减到最小。生和事故的扩散,使危害削减到最小。nSISSIS系系 统统 应应 具具 备备 高高 的的 牢牢 靠靠 性性(Reliability)Reliability)、可可 用用 性性(AvailabilityAvailability)和和可可
8、维维护护性性(MaintainabilityMaintainability)。当当SISSIS系系统统本本身出现故障时还能保证供应平安爱护功能。身出现故障时还能保证供应平安爱护功能。DCSSISlDCS用于过程连续测量、常规控制(连续、顺序、间歇等)、操作控制管理,保证生产装置平稳运行。lDCS是“动态”系统,它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制,对生产过程动态控制,确保产品质量和产量。lDCS可进行故障自动显示lDCS对维修时间的长短的要求不算苛刻。lDCS可进行手动/自动切换lDCS系统只做一般联锁、泵的开停、顺序控制,安全级别不像SIS那么高。SIS用于监视生产装置的运行状况,对出现
9、异常工况迅速进行处理,使故障发生的可能性降到最低,使人和装置处于安全状态。SIS是静态系统,在正常工况下,它始终监视装置的运行,系统输出不变,对生产过程不产生影响,在异常工况下,它将按着预先设计的策略进行逻辑运算,使生产装置安全停车。SIS必须测试潜在故障。SIS维修时间非常关键,弄不好造成装置安全停车。SIS永远不允许离线运行,否则生产装置将失去安全保护屏障。SIS与DCS相比,在可靠性,可用性上要求更严格。ISC61508,ISA.S84.01强烈推荐SIS与DCS硬件独立设置。SIS与DCS的区分n冗余(冗余(RedundantRedundant)n用用多多个个相相同同模模块块或或部部件
10、件实实现现特特定定功功能能或或数数据据处理。处理。n容错(容错(Fault TolerantFault Tolerant)n功功能能模模块块在在出出现现故故障障或或错错误误时时,仍仍接接着着执执行行特定功能的实力。特定功能的实力。n平安度等级(平安度等级(Safety Integrity Level-SILSafety Integrity Level-SIL)n用于描述平安仪表系统平安综合评价的等级。用于描述平安仪表系统平安综合评价的等级。n故故障障危危急急概概率率(Probability Probability of of Failing Failing Dangerously Danger
11、ously-PFD-PFD)n能能够够导导致致平平安安仪仪表表系系统统处处于于危危急急或或失失去去功功能能的故障出现的概率。的故障出现的概率。SIS常用术语常用术语n故障平安(故障平安(Failing to Safe-FTS)n平安仪表系统发生故障时,使被限制过程转入平安仪表系统发生故障时,使被限制过程转入预定平安状态预定平安状态n可用性(可用性(Availability)n 系统可以运用工作时间的概率。如系统的可用性为系统可以运用工作时间的概率。如系统的可用性为99.99%,意味着在,意味着在10000小时的工作将有小时的工作将有1小时的故障小时的故障中断时间。中断时间。n牢靠性(牢靠性(R
12、eliability)n 指系统在规定时间间隔指系统在规定时间间隔(t)内发生故障的概率。内发生故障的概率。如系统一年内的牢靠性为如系统一年内的牢靠性为99.99意味者系统一年中工作意味者系统一年中工作时失败的概率为时失败的概率为 0.01。SIS常用术语常用术语n表决表决(Voting)用多数原则确定结果。1oo1D(1 out of 1D)1取1带诊断1oo2 (1 out of 2)2取11oo2D(1 out of 2D)2取1带诊断2oo3 (2 out of 3)3取22oo4D(2 out of 4D)4取2带诊断SIS常用术语常用术语平安度等级平安度等级(SIL)Safety
13、Integrity Level lSIS的平安度等级是由构成SIS系统的三个单元的SIL来初步确定的:l SIL回路=SIL传感器+SIL逻辑单元+SIL执行机构l 例如传感器为SIL2级,而SIL2每年故障概率平均值为0.010.001,取中间值为0.005;逻辑单元为SIL3级,取中间值为0.0005;执行机构为SIL1级,取中间值为0.05,则l PFDavg=0.005+0.0005+0.05=0.0555,l 初步确定为SIL1级。l 即一个回路的平安度等级由其构成的三个单元中最低的SIL等级确定l对于传感器和执行机构,假如不能满足平安功能的SIL等级要求,可以通过马尔可夫模型(Ma
14、rkov Model)计算,确定选取1OO2D、2OO3、2OO4D等配置方案。l为使一个工艺装置达到平安目标需在IEC61508与61511及ISA S84.01平安标准的基础上,对工艺过程进行故障分析,接受风险评估的方法,来确定装置及SIS系统的SIL等级要求。平安度等级的初步确定平安度等级的初步确定1.1.继电器系统继电器系统接受单元化结构,由继电器执行逻辑;接受单元化结构,由继电器执行逻辑;牢靠性高,具有故障平安特性,电压适用范围宽,一次性投资较低;牢靠性高,具有故障平安特性,电压适用范围宽,一次性投资较低;体积大,敏捷性差,进行功能修改或扩展不便利,无串行通信功能,无报告和文档功能。
15、体积大,敏捷性差,进行功能修改或扩展不便利,无串行通信功能,无报告和文档功能。2.2.固态电络系统固态电络系统接受模块化结构,接受独立固态器件通过硬接线来构成系统,实现逻辑功能;接受模块化结构,接受独立固态器件通过硬接线来构成系统,实现逻辑功能;结结构构紧紧凑凑,可可进进行行在在线线测测试试,易易于于识识别别故故障障,易易于于更更换换和和维维护护,可可进进行行串串行行通通信信,可可配配置成冗余系统;置成冗余系统;敏捷性不够,逻辑修改或扩展必需变更系统硬连线,大系统操作费用较高。敏捷性不够,逻辑修改或扩展必需变更系统硬连线,大系统操作费用较高。3.3.可编程电子系统可编程电子系统以微处理器技术为
16、基础的以微处理器技术为基础的PLCPLC,接受模块化结构,通过微处理器和编程软件来执行逻辑;,接受模块化结构,通过微处理器和编程软件来执行逻辑;便便利利敏敏捷捷的的编编程程实实力力,有有内内部部自自测测试试和和自自诊诊断断功功能能可可进进行行双双重重化化串串行行通通信信,可可配配置置成成冗冗余或冗余容错系统,可带操作和编程终端,可带时序事务记录(余或冗余容错系统,可带操作和编程终端,可带时序事务记录(SERSER););SISSIS应接受经应接受经TUVTUV平安认证的平安认证的PLCPLC系统。系统。SIS分类分类SIS系统设计选用原则系统设计选用原则nSIS独立于过程限制系统(DCS或其他
17、系统),独立完成平安爱护功能。n当过程达到预定条件时,SIS动作,使被限制过程转入平安状态;n依据对过程危急性及可操作性分析,人员、过程、设备及环保要求,平安度等级确定SIS的功能等级;nSIS应设计成故障平安型;nSIS应接受经TUV平安认证的PLC系统;nSIS应具有硬件、软件诊断和测试功能;nSIS构成应使中间环节最少;nSIS的传感器、最终执行元件宜单独设置;nSIS应能和DCS、MES等进行通信;nSIS实现多个单元爱护功能时,其公用部分应符合最高平安等级要求SIS传感器设计选用传感器设计选用n独立设置原则:独立设置原则:1级级 SIS传感器可与传感器可与DCS共用;共用;n 2级级
18、 SIS传感器宜与传感器宜与DCS分开;分开;n 3级级 SIS传感器应与传感器应与DCS分开;分开;n冗余设置原则:冗余设置原则:1级级 SIS传感器可接受单一的传感传感器可接受单一的传感器;器;n 2级级 SIS传感器宜接受冗余的传感器宜接受冗余的传感器;传感器;n 3级级 SIS传感器应接受冗余的传感器应接受冗余的传感器;传感器;n冗余选择原则:冗余选择原则:看重系统的平安性时,接受看重系统的平安性时,接受“或或”逻辑结构;逻辑结构;n 看重系统的可用性时,接受看重系统的可用性时,接受“与与”逻辑结构;逻辑结构;n 系统的平安性和可用性均需系统的平安性和可用性均需保证时,接受保证时,接受
19、 n “三取二三取二”逻辑结构;逻辑结构;n 传感器宜接受隔爆型的变送器(压力、差压、差压流传感器宜接受隔爆型的变送器(压力、差压、差压流量、差压液位、温度),不宜接受各类开关传感器;量、差压液位、温度),不宜接受各类开关传感器;SIS用传感器供电由用传感器供电由SIS系统供应系统供应.SIS最终执行元件设计选用最终执行元件设计选用n最终执行元件:气动切断阀(带电磁阀);气动限制阀(带电磁阀)最终执行元件:气动切断阀(带电磁阀);气动限制阀(带电磁阀)n 电动阀或液动阀等电动阀或液动阀等n独立设置原则独立设置原则:1级级 SIS 阀门可与阀门可与DCS共用,应确保共用,应确保SIS优先于优先于
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