安全仪表系统及其功能安全.ppt

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1、QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院安全仪表系统及其功能安全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QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院一、安全仪表系统一、安全仪表系统二、功能安全二、功能安全三、国内外进展三、国内外进展四、四、SILSIL等级确定与评估等级确定与评估五、前期工作五、前期工作六、石油化工行业功能安全现状六、石油化工行业功能安全现状七、下一步计划七、下一步计划QDRISE 2008 版权所有 No.200

2、8-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 一、安全仪表系统一、安全仪表系统（一）相关概念（一）相关概念安全相关系统（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

3、生活中随处可见，如安全帽、安全阀、紧急停车系统、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。汽车的安全气囊等等。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院安全仪表系统（安全仪表系统（SIS）SafetyInstrumentedSystem-紧急停车系统（紧急停车系统（ESD）-火火/气保护系统（气保护系统（F&G）-安全联锁系统（安全联锁系统（SIS）-燃烧炉控制系统（燃烧炉控制系统（BMS）-高压保护系统（高压保护系统（HIPPS）-安全仪表系统是静态的、被动的，不需要人为干预。在危险情况

4、安全仪表系统是静态的、被动的，不需要人为干预。在危险情况出现时必须能够由静变动，正确完成其功能。出现时必须能够由静变动，正确完成其功能。安全仪表系统安全仪表系统设计目标设计目标正确的功能和良好的可靠性。正确的功能和良好的可靠性。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 基本过程控制系统（基本过程控制系统（BPCS）Basic Process Control System-基于基于DCS-基于基于PLC的监控系统的监控系统-基于基于SCADA-基于常规仪表控制系统基于常规仪表控制系统-基本过程控制系统是活动的、动态的，需要人工频繁的

5、干预。使生产过程的温基本过程控制系统是活动的、动态的，需要人工频繁的干预。使生产过程的温度、压力、液位、流量等工艺参数维持在规定的范围之内，以保证产品的产量与质度、压力、液位、流量等工艺参数维持在规定的范围之内，以保证产品的产量与质量。量。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院安全仪表功能安全仪表功能SIFSafetyInstrumentedFunction-每个每个SIF针对特定的风险针对特定的风险-每套每套SIS可以执行多

6、个可以执行多个SIF-安全功能和安全仪表功能安全功能和安全仪表功能-危险出现时，要求危险出现时，要求SIS正确执行对应的正确执行对应的SIFQDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院（二）作用（二）作用监视生产过程的状态，在出现危险的条件时，自动执监视生产过程的状态，在出现危险的条件时，自动执行其规定的安全仪表功能，防止危险事件发生，或减轻危行其规定的安全仪表功能，防止危险事件发生，或减轻危险事件造成的影响。险事件造成的影响。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 安

7、全仪表系统在保护层中的位置安全仪表系统在保护层中的位置层次名称说明第一层过程设计 过程设计中实现本质安全工厂 第二层基本过程控制系统（BPCS）如DCS，以正常运行的监控为目的第三层区别于BPCS的重要报警操作员介入需要有一定的必要余度时。第四层第四层第四层第四层安全仪表系统安全仪表系统安全仪表系统安全仪表系统（SISSIS）系统自动地使工厂安全停车。系统自动地使工厂安全停车。系统自动地使工厂安全停车。系统自动地使工厂安全停车。第五层物理防护层（一）安全阀泄压、过压保护系统 第六层物理防护层（二）将泄漏液体局限在局部区域的防护堤 第七层工厂内部紧急应对计划工厂内部的应急计划 第八层周边区域防灾

8、计划 周边居民、公共设施的应急计划 QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院1保护层模型保护层模型（洋葱模型）（洋葱模型）社区紧急响应全厂紧急响应物理防护(防护堤)物理防护(释放设备)SIS自动动作自动动作关键报警,操作员监控,人工干预基本控制,工艺报警,操作员监控工艺设计LAH1ILOPALayerofprotectionanalysisQDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院减轻预防SISBPCSQDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安

9、 全全 工工 程程 研研 究究 院院 （三）标准定义（三）标准定义关键词：安全功能关键词：安全功能传感器传感器逻辑运算器逻辑运算器执行元件执行元件ANSIISAS84.011996Applicationofsafetyinstrumentedsystemsfortheprocessindustries 由传感器、逻辑控制器及终端元件组成的系统，其目的是出现故障时，由传感器、逻辑控制器及终端元件组成的系统，其目的是出现故障时，将过程处于安全状态。将过程处于安全状态。SH/T3018-2003石油化工安全仪表系统设计规范石油化工安全仪表系统设计规范 用仪表实现安全功能的系统。系统包括传感器，逻辑运

10、算器，最终执用仪表实现安全功能的系统。系统包括传感器，逻辑运算器，最终执行元件及相应软件等。行元件及相应软件等。IEC61511（GB/T20119）Functionalsafety:safetyinstrumentedsystemsfortheprocessindustrysector用来完成一个或多个安全仪表功能的仪表系统。安全仪表系统由传感用来完成一个或多个安全仪表功能的仪表系统。安全仪表系统由传感器，运算器和最终元件组合而成器，运算器和最终元件组合而成。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 二、功能安全二、功能安全（一

11、）典型事故（一）典型事故印度印度博帕尔博帕尔(BHOPAL)1984年年12月月3日日剧毒气体泄漏剧毒气体泄漏:异氰酸甲酯异氰酸甲酯MethylIsocyanateQDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院联碳联碳(印度印度)有限公司有限公司QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院泄漏气体：异氰酸甲酯泄漏气体：异氰酸甲酯MethylIsocyanate6套安全系统无一起作用套安全系统无一起作用3000人因吸入剧毒气体死亡人因吸入剧毒气体死亡(41吨吨)500,000人受

12、到影响人受到影响没有逃生计划没有逃生计划由于没有察觉和准备、没有接受培训，应急响应失效由于没有察觉和准备、没有接受培训，应急响应失效20,000人死亡人死亡120,000人仍然遭受疾病困扰人仍然遭受疾病困扰化工厂最为严重的事故化工厂最为严重的事故2005年年8月月,+20,000人因此死亡人因此死亡QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院1994年年7月月英国英国Millford炼厂（炼厂（Shell）QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 2020吨可燃气体泄漏（

13、从火炬放空罐）吨可燃气体泄漏（从火炬放空罐）爆炸相当于爆炸相当于4 4吨烈性炸药吨烈性炸药 26 26 人伤亡人伤亡$75 00$75 00万重建万重建$320,000$320,000 罚金和罚金和$200,000$200,000 诉讼费诉讼费QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院2004年年7月月30日日GAStransport（气体输送）（气体输送）-比利时比利时QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-0

14、01安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 HIMA 2008气体管线爆炸气体管线爆炸Gellingen-比利时比利时24人死亡人死亡132人受伤人受伤QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院安全系统已经发现泄漏，提示停安全系统已经发现泄漏，提示停影响后续电厂，当地市区影响后续电厂，当地市区30%电力电力坚持运转，七人一组寻找漏点坚持运转，七人一组寻找漏点一组找到漏点，恰逢燃爆，当场全部死亡一组找到漏点，恰逢燃爆，当场全部死亡仅有安全系统是不够的仅有安全系统是不够的QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001

15、安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 2005年年10月月10日日英国英国Buncefield储油终端爆炸和火灾事故储油终端爆炸和火灾事故QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 爆炸和大火从2005年12月11日早6点开始，直至13日的下午才完全扑灭。共有8人遇难和43人受到严重伤害。希思罗机场（Heathrow Airport）30的航空用油由该油库供应。由于其中通讯公司设施的损坏，影响了大范围互联网用户的业务。由于大量泡沫灭火剂的使用，对地下水构成了威胁。由于对公众的伤害，导致了大量的法律诉讼，即使到2009年6月，仍有

16、与该事故有关的诉讼案件在法院开庭。2005年10月10日晚7时，开始向912储油罐输入无铅汽油。午夜时分，对储罐的液位进行检查，没有发现异常。11日凌晨3时左右，912罐的液位不再变化，但此时仍在以550m3/h的流量泵入汽油。计算表明，在5时20分储罐冒顶并开始溢出，到6时爆炸发生前的40分钟，大约有300吨汽油从罐壁流向地面。在罐的周围有半封闭的围堰，溢流出的汽油拦在了围堰内，但在油面形成了1到2米厚的油气云团，并向四周扩散。没有证据找出准确的点火源，不排除应急发电机和消防泵系统。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDR

17、ISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 1988年年7月月6日日 PiperAlpha采油平台意外事故采油平台意外事故 （西方石油（西方石油OccidentalPetroleum）QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 Piper Alpha采油平台投产于1976年，起初只生产石油。到1980年代，增加了天然气开采。通过海管将油气输送Flotta石油终端。在Piper Alpha平台的周围，还有Claymore平台、Tartan平台，以及天然气处理平台MCP-01。Pi

18、per Alpha平台日产原油12.5万桶，是北海油田生产量最大的平台，油气产量占北海油田的10左右。爆炸和火灾意外事故时，共有226人在平台上。Piper Alpha平台被爆炸和大火摧毁，共导致167人丧生，合计保险损失34亿美元。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院平台上有2-G-100A和2-G-100B两台LPG凝液泵，在泵的 出口各装有一个安全阀，PSV504和PSV505。对A泵进行检修，B泵维持生产。另一张检修工作票对PSV504安全进行校验。发生爆炸时，因防火墙当初按照火灾而非爆炸设计，碎片又摧毁了一些凝液管道

19、，引发火灾。自动灭火系统正处于手动启动状态。控制室失去功能，广播系统不能发布撤退指令；大火阻止了前往救生艇的通路。Piper Alpha处于灾难之中时，Claymore和Tartan仍通过海管向其泵入油气。操作规程不允许轻易地停产，停车成本非常高。从1988年到1990年，通过对事故的调查和研究，给出了106条建议，改进生产的操作规程和安全管理程序。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院2005年年12月月13日日中国石油吉林

20、石化分公司双苯厂爆炸中国石油吉林石化分公司双苯厂爆炸QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院相关信息相关信息位置位置:吉林市吉林市日期日期:2005年年11月月13日日因操作工违反操作规程在预热器停止进料后没关闭加热蒸汽阀门、重新因操作工违反操作规程在预热器停止进料后没关闭加热蒸汽阀门、重新进料时又先打开蒸汽阀门而引发的一起爆炸事故。进料时又先打开蒸汽阀门而引发的一起爆炸事故。后果后果:8死死1重伤重伤59轻伤轻伤直接经济损失直接经济损失6908万万松花江水污染松花江水污染QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-

21、001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院工艺技术规范工艺技术规范44.1%44.1%安装安装&开车开车5.9%操作操作&维护维护14.7%基于英国调查的基于英国调查的34起事故起事故,HSE更改更改20.6%设计设计&工程实施工程实施14.7%QDRISE 2008 版权所有 No

22、.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院典型事故表明：几乎所有事故都与安全典型事故表明：几乎所有事故都与安全仪表系统有关，仪表系统有关，必须必须重视安全仪表系统的设重视安全仪表系统的设计，并保证其安全功能的可靠执行。仅有安计，并保证其安全功能的可靠执行。仅有安全仪表系统是不够的，要有正确的理念和管全仪表系统是不够的，要有正确的理念和管理。理。技术措施技术措施+管理措施管理措施QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 （二）基本概念（二）基本概念安全功能：是指针对特定的危险事件，为达到或保持过程的安全状态，

23、安全功能：是指针对特定的危险事件，为达到或保持过程的安全状态，由安全仪表系统（由安全仪表系统（SIS）、其他技术安全相关系统或外部风险降低设施实现）、其他技术安全相关系统或外部风险降低设施实现的功能。的功能。功能安全：与过程和基本过程控制系统（功能安全：与过程和基本过程控制系统（BPCS）有关的整体安全的）有关的整体安全的组成部分，它取决于安全仪表系统（组成部分，它取决于安全仪表系统（SIS）和其他保护层的正确行使职能。）和其他保护层的正确行使职能。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院如果如果SIS本身的随机、公共原因和系统故

24、障没有使其本身的随机、公共原因和系统故障没有使其所执行的所执行的安全功能安全功能失效，没有造成人员伤亡，未引起外溢失效，没有造成人员伤亡，未引起外溢污染环境，没有毁坏关键设备，污染环境，没有毁坏关键设备，SIS就做到了就做到了功能安全功能安全。安全功能：正确安全功能：正确功能安全：可靠功能安全：可靠QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 （三）（三）功能安全标准IEC61508 Functional Safety of electrical/electronic/programmable electronic safety re

25、lated systems.(2000）GB/T20438 电气电子可编程电子安全相关系统的功能安全（2006）IEC61511Functionalsafety:safetyinstrumentedsystemsfortheprocessindustrysector(2003)GB/T21109 过程工业领域安全仪表系统的功能安全（2007）QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院IEC61508 和 IEC61511的应用范围IEC61508功能安全的通用标准功能安全的通用标准IEC61511面向应用的过程工业的功能安全标准面向

26、应用的过程工业的功能安全标准IEC61508针对过程工业的补充针对过程工业的补充考虑过程工业的整体安全生命周期考虑过程工业的整体安全生命周期制造商和设备供货方IEC61508SIS 设计人员 集成商 和最终用户IEC61511过程工业过程工业安全仪表系统安全仪表系统(SIS)QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院标准基础：标准基础：DINV19250(1994)控制技术，测量和控制设备必须考虑的基本安控制技术，测量和控制设备必须考虑的基本安全，规定安全相关系统必须满足一定的安全等级（全，规定安全相关系统必须满足一定的安全等级（A

27、K1至至8级），级），与其使用对象的风险分析级别对应。世界上第一个工业安全设备分级与其使用对象的风险分析级别对应。世界上第一个工业安全设备分级标准。标准。DINVVDE0801安全相关系统的计算机原理，确定了专门的措施安全相关系统的计算机原理，确定了专门的措施用于评估用于评估PES，解决设计、编码、执行和综合、确认等问题。功能安，解决设计、编码、执行和综合、确认等问题。功能安全的概念也由此产生。全的概念也由此产生。DINVVDE0801提供了一种确定提供了一种确定PES满足满足DINV19250级别的方法。级别的方法。ISAS84.01（1996）过程工业安全仪表系统的应用，第一次提出过程工业

28、安全仪表系统的应用，第一次提出了安全完整性水平（简称了安全完整性水平（简称SIL）的概念，它是衡量一个系统安全性可）的概念，它是衡量一个系统安全性可靠性和完整性的综合指标。靠性和完整性的综合指标。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院TV(1984)DIN V 19250/VDE V 0801(德国)风险分级 1989 安全系统要求不同国家各自的标准ANSI/ISA S84.01(美国)1996 安全实施程序 安全生命周期NFPA/UL1998IEC 61508 1998-99完整的安全生命周期安全计划安全管理安全完整性等级SI

29、L安全系统的诊断要求安全系统的结构和可靠性QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院功能安全标准 IEC 6 1 5 0 8IEC 61800电子设备IEC 61513核电EN50126铁路IEC 60601医药IEC 62061机械EN 50156熔炉IEC 61511过程工业QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院IEC61508IEC61508安全防护神安全防护神规范错误规范错误设计和实施失效设计和实施失效安装和开车错误安装和开车错误操作和维护错误操作和维护错误更

30、改错误更改错误随即硬件失效随即硬件失效QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 （四）特点（四）特点 -功能安全是以基于风险的方法，用安全系统功能的可靠执行来保证安全。-功能安全技术标准研究的对象是安全系统。-功能安全是通过合适的技术与管理措施，把安全系统的整体风险控制在要求的目标之内。-功能安全是安全科学与工程、控制科学与工程的交叉学科。IEC61508标准，解决了困扰多年的对复杂安全系统功能安全保障的理论与实践问题，实现了安全技术和管理理论的一大突破。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全

31、工工 程程 研研 究究 院院IEC61508/61511标准最鲜明的思路是：-采用基于危险和风险分析的方法，确定电气、电子、可编程电子安全系统的“安全功能”和“功能安全”的要求和量化指标。-采用安全生命周期的架构，使各组织机构、部门、人员以及各阶段的工作纳入完整的、无缝衔接的统一体系。-它把功能安全管理纳入安全生命周期，最大限度地避免系统性失效造成的整体安全性降低。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 （五）两个重要概念（五）两个重要概念 -安全完整性等级SIL（Safety Integrity Level）：在规定的条件下，

32、规定的时间内安全相关系统成功完成所要求的安全功能的可能性。也就是在要求安全系统动作时其功能失效概率的倒数。安全完整性安全完整性等级等级（SIL）低要求操作模式低要求操作模式在要求时执行其设计功能要求的平均失效概率（PFD）安全有效性安全有效性(safetyavailability)目标风险降低目标风险降低RRF410-5且10-499.9999.99910000-100000310-4且10-399.999.991000-10000210-3且10-29999.9100-1000110-2且10-1909910-100QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全

33、工工 程程 研研 究究 院院PFD=ProbabilityofFailureonDemand 安全功能动作的频率低于每年一次的称为低要求操作模式;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

34、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、维护都是围安全系统的设计、安装、检验评估、维护都是围绕着绕着SIL来进行的。来进行的。SIL成为领域内合同的必备条款成为领域内合同的必备条款QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 安全要求包括：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（S

35、IL）。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 -安全生命周期安全生命周期 SLC（Safty Life Cycle）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

36、头开始重来。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院SIL要求要求SIL设计设计SIL保持保持QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院分析阶段（分析阶段（SIL要求）要求）-风险分析风险分析-SIF确认确认-SIL选择选择实现阶段（实现阶段（SIL实现）实现）-设计设计-安装安装-调试调试运行阶段（运行阶段（SIL保持）保持）-运行运行-维护维护-修改修改 QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院整体安全

37、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。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院三、三、SIL等级确定与评估等级确定与评估残余风险允许风险原始风险风险增加必要的风险降低实际的风险降低被被安安全全仪仪表表系系统统覆覆盖盖的的部部分分风险风险被其他技术安全相关系统覆盖的部分风险被外部风险降低设施覆盖的部分风险所有安全系统和外部风险降低设施所获得的风险降低QDRISE 2008 版权所

38、有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院风险和安全完整性概念风险和安全完整性概念外部风险降低设施E/E/PE安全 相 关 系统其他技术安 全 相 关系统EUC和EUC控制系统 必要的风险降低外部风险降低设施安全完整性和与必要的风险降低匹配的安全相关系统允 许风险目标QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院安全仪表功能的安全仪表功能的SIL等级确定方法等级确定方法保护层分析法（LOPA）保护层分析

39、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

40、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。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院安全完整性等级安全完整性等级SIL评估技术评估技术 -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

41、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。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 安全仪表系统（安全仪表系统（SIS）是装置最重要的保护层，一旦）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（仪表系统执行正确的功能（SIF），又要具有良好的可靠），又要具有

42、良好的可靠性（性（SIL）。安全完整性等级是安全仪表系统可靠性能的）。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应该恰到好处，过高造成成本损失，过低会使风险不可接受。受。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 四、国内外进展四、国内外进展（一）国外（一）国外（1）1994年,DIN V 19250/DIN V VDE0801（2）1996年，ANSI/ISA-84.01-1996（3）

43、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，EN IEC61511（CENELEC）（CENELEC）欧洲电气技术标准化委员会将IEC61511接纳为欧洲标准 （IEC61511 Modified）ISA-SP84将其命名为（IEC61511 Modified），完全取代了ANSIISA-84.01-1996QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 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

44、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（Shell Global Solutions International B.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。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 马来西亚国家石油公司马来西亚

45、国家石油公司PETRONAS案例案例 -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。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院如何保证SIS符合IEC61508/61511？实施SIF或I

46、PF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。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院某装置 XSIF/IPF研究研究工厂可靠性改善工厂可靠性改善QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院装置YSIF/IPF研究研究工厂可靠性改善工厂可靠性改善QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 （二）国内（二）国

47、内（1）1999年，年，SHB-Z06-1999石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则，采用了则，采用了IEC标准中的一些理念。标准中的一些理念。（2）2003年，年，SY/T10045-2003工业过程中安全仪表系统的应用国家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年年7月月1日，日，SH/T3012-2003石油化工安全仪表系统设计规石油化工安全仪表系统设计规范范，国家发改委颁布实施了石油化工行业标准。，国家发改委颁布实

48、施了石油化工行业标准。（4）2004年，国家科技部组织年，国家科技部组织机械工业仪器仪表综合技术经济研究所机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、清、清华大学成立国家软科学计划项目课题组，项目编号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，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，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

49、作等法律法规、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。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。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院（5）GB/T20438.1-2006电气电气/电子电子/可编程电子安全相关系统功可编程电子安全相关系统功能安全，能安全，IEC61508完整转换，于完整转换，于2006年年7月发布，月发布，2007年年1月月1日日实施。实施。（6）GB/T21109.1-2007过程工业领域安全仪表系统的功能安全过程工业领域安全仪

50、表系统的功能安全由由IEC61511完整转换，于完整转换，于2007年年10月月11日发布，日发布，2007年年12月月1日日实施。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，）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月月审核，正在征求意见。预计审核，正在征求意见。预计2010年底发布。标准引入安全生命周期概年底发布。标准引入安全生命周期概念。念。国内还处于起步阶段，需要业界的不懈努力。国内还处于起步阶段，需要业界的不懈努力。QDRISE 2008 版权所有 No.2008-PPT-001安安 全全 工工 程程 研研 究究 院院 五、前期工作五、前期工作 （1）2