[精选]安全系统知识课件.pptx
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1、安全安全仪表系表系统知知识培培训 1 1 什么是安全什么是安全仪仪表系表系统统?1.Process2.DCS-集散控制系统集散控制系统3.Alarm Operators-操作员操作员报警报警4.SIS 安全仪表系统安全仪表系统5.Relief Devices 释放设备释放设备6.Physical protection(F&G)物理保护物理保护7.Emergency Response 紧急响应紧急响应工艺过程工艺过程石油化工安全保护级别石油化工安全保护级别 1 1 什么是安全什么是安全仪仪表系表系统统?系统对风险的控制系统对风险的控制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
2、)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HAZOPSIL SISHazard and Operability Study 1 1 什么是安全什么是安全仪仪表系表系统统?不同层次的保护措施不同层次的保护措施process valueNormal behaviorTimeSIS controlledHuman controlledProcess ControlControl SystemAsset ManagementAlarm SystemOperatorSISInterlocksLayers of protectionIEC61511IEC61511将安全将安全仪仪
3、表系表系统统SISSIS定定义为义为用于用于执执行一个或多行一个或多个安全个安全仪仪表功能表功能Safety Instrumented SystemSafety Instrumented System的的仪仪表表系系统统。SISSIS是由是由传传感器如各感器如各类类开关、开关、变变送器等、送器等、逻辑逻辑控控制器、以及最制器、以及最终终元件如元件如电电磁磁阀阀、电动门电动门等的等的组组合合组组成。成。从从SISSIS的开展的开展过过程看,其控制程看,其控制单单元局部元局部经历经历了了电电气气继电继电器器ElectricalElectrical、电电子固子固态电态电路路ElectronicEle
4、ctronic和可和可编编程程电电子系子系统统Programmable Electronic SystemProgrammable Electronic System,即,即E/E/PESE/E/PES三个三个阶阶段。段。1 1 什么是安全什么是安全仪仪表系表系统统?以以下以以下图为图为由由PESPES构成的构成的SISSIS 1 1 什么是安全什么是安全仪仪表系表系统统?检测单元检测单元输入模块输入模块控制模块控制模块输出模块输出模块执行单元执行单元PESn按照按照SIS的定义,下述系统均属于安全仪表系统:的定义,下述系统均属于安全仪表系统:n安全联锁系统安全联锁系统Safety Inter
5、lock SystemSISn安全关联系统安全关联系统Safety Related SystemSRSn仪表保护系统仪表保护系统Instrument Protective SystemIPSn透平压缩机集成控制系统透平压缩机集成控制系统Integrated Turbo&n pressor Control SystemITCCn火灾及气体检测系统火灾及气体检测系统Fire and gas systemsF&Gn紧急停车系统紧急停车系统Emergency Shutdown DeviceESDn燃烧管理系统燃烧管理系统Burner Management Systemn列车自动防护系统列车自动防护系统
6、ATP 2 2 安全安全仪仪表系表系统统的分的分类类 3 SIS3 SIS的相关的相关标标准及准及认证认证机构机构 鉴鉴于于SIS涉涉及及到到人人员员、设设备备、环环境境的的安安全全,因因此此各各国国均均制制定定了了相相关关的的标标准准、标标准准,使使得得SIS的的设设计计、制制造造、使使用用均均有有章章可可循循。并并有有权权威威的的认认证证机机构构对对产产品品能能到到达达的的安安全全等等级级进进行行确确认认。这这些些标标准准、标标准准及及认认证证机机构构主主要要有:有:我国石化集团制定的行业标准我国石化集团制定的行业标准SHB-Z06-1999石油化石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则工紧
7、急停车及安全联锁系统设计导则。2006年、年、2007年等同采用年等同采用IEC61508、IEC61511的中国的中国国家标准国家标准GB/T20438、GB/T21109相继发布,中国的功相继发布,中国的功能安全标准开始标准我国的功能安全工作。能安全标准开始标准我国的功能安全工作。3 SIS3 SIS的相关的相关标标准及准及认证认证机构机构国际电工国际电工 会会1997年制定的年制定的IEC 61508/61511标准,对标准,对用机电设备继电器、固态电子设备、可编程电子用机电设备继电器、固态电子设备、可编程电子设备设备PLC构成的安全联锁系统的硬件、软件及应构成的安全联锁系统的硬件、软件
8、及应用作出了明确规定。用作出了明确规定。仪表学会制定的仪表学会制定的ISA-S84.01-1996安全仪表系统在安全仪表系统在过程工业中的应用过程工业中的应用。化学工程学会制定的化学工程学会制定的AICHEccps-1993,化学化学过程的安全自动化导则过程的安全自动化导则。英国健康与安全执行英国健康与安全执行 会制定的会制定的HSE PES-1987,可可编程电子系统在安全领域的应用编程电子系统在安全领域的应用。3 SIS3 SIS的相关的相关标标准及准及认证认证机构机构 德国国家标准中有安全系统制造厂商标准德国国家标准中有安全系统制造厂商标准-DIN V VDE 0801、过程操作用户标准
9、、过程操作用户标准-DIN V 19250和和DIN V 19251、燃烧管理系统标准、燃烧管理系统标准-DIN VDE 0116等。等。德国技术监督协会德国技术监督协会TV是一个独立的、权威的认是一个独立的、权威的认证机构,它按照德国国家标准证机构,它按照德国国家标准DIN,将,将ESD所到所到达的安全等级分为达的安全等级分为AK1AK8,AK8安全级别最高。安全级别最高。其中其中AK4、AK5、AK6为适用于石油和化学工业为适用于石油和化学工业 取得取得TUV认证的认证的SIS产品产品 4 4 安全安全仪仪表系表系统统常用的常用的术语术语冗余冗余RedundantRedundant指定的独
10、立的指定的独立的N N:1 1重元件,且可自动地检测故障,切换到后援设备上。重元件,且可自动地检测故障,切换到后援设备上。冗余系统冗余系统Redundant SystemRedundant System指并行使用多个系统部件,并提供错误检测和校正能力,该系统标为冗指并行使用多个系统部件,并提供错误检测和校正能力,该系统标为冗余系统。余系统。容错容错Fault TolerantFault Tolerant指有内部冗余的并行元件和集成逻辑,当硬件或软件局部故障时,能识指有内部冗余的并行元件和集成逻辑,当硬件或软件局部故障时,能识别故障并使用故障旁路,系统仍具有继续运行指定功能的能力。容错是别故障并
11、使用故障旁路,系统仍具有继续运行指定功能的能力。容错是通过冗余和故障屏蔽通过冗余和故障屏蔽的结合来实现。的结合来实现。容错系统容错系统Fault Tolerant SystemFault Tolerant System指具有容错结构的硬件和软件系统。该系统能自动检测到故障,并指具有容错结构的硬件和软件系统。该系统能自动检测到故障,并通知操作员何处产生故障。系统即使通知操作员何处产生故障。系统即使出现故障,系统仍能正常工作,并出现故障,系统仍能正常工作,并能自动检测故障已被排除,恢复正常时的操作状态。容错系统又分为硬能自动检测故障已被排除,恢复正常时的操作状态。容错系统又分为硬件容错系统和软件容
12、错系统,硬件容错系统在件容错系统和软件容错系统,硬件容错系统在SISSIS系统中更有优势。系统中更有优势。4 4 安全安全仪仪表系表系统统常用的常用的术语术语 综合安全级别综合安全级别Safety Integrity Level-SILSafety Integrity Level-SIL指综合安全等级,用指综合安全等级,用PFDPFD来定义来定义、定性分析系统故障对生产装置和人员的、定性分析系统故障对生产装置和人员的伤害程度。伤害程度。故障危险概率故障危险概率Probability of Failing Dangerously-PFDProbability of Failing Dangero
13、usly-PFD 指每年故障危险出现的概指每年故障危险出现的概率率。故障安全故障安全Failing to Safe-FTSFailing to Safe-FTS 指系统故障时,系统应回到预定指系统故障时,系统应回到预定安全状态的能力,被控过程能安全安全状态的能力,被控过程能安全 停车。正常工况处于励磁状态,故障工况处于非励磁状态。停车。正常工况处于励磁状态,故障工况处于非励磁状态。可用性可用性AvailabilityAvailability 用用%计算概计算概率数。率数。4 4 安全安全仪仪表系表系统统常用的常用的术语术语 可靠性可靠性ReliabilityReliability指系统在规定时
14、间间隔指系统在规定时间间隔t t内发生故障的内发生故障的概概率率。表决表决VotingVoting 一一套套SISSIS系系统统或或者者其其中中的的某某一一局局部部,有有M M个个独独立立的的通通道道,以以这这样样的的方方式式连连接接:即至少需要其中即至少需要其中N N个通道完好个通道完好,才能执行正确的安全功能才能执行正确的安全功能.指系统中用多数原则将每个支路的数据进行比较和修正。指系统中用多数原则将每个支路的数据进行比较和修正。1oo1D 1oo1D 1 out of 1D1 out of 1D1 1取取1 1带诊断带诊断1oo2 1oo2 1 out of 21 out of 22 2
15、取取1 11oo2D 1oo2D 1 out of 2D1 out of 2D2 2取取1 1带诊断带诊断2 2oo3 oo3 2 out of 32 out of 33 3取取2 22 2oo4D oo4D 2 out of 4D2 out of 4D4 4取取2 2带诊断带诊断.5 SIL5 SILSafety Integrity LevelSafety Integrity Level的概念的概念 安全完整性指在规定条件下、规定时间内成功实现所要求的仪表安全功安全完整性指在规定条件下、规定时间内成功实现所要求的仪表安全功能的平均概率。安全完整性等级是用来规定分配给能的平均概率。安全完整性等
16、级是用来规定分配给SISSIS安全功能的安全完安全功能的安全完整性要求的别离等级整性要求的别离等级,记为记为SILSIL,共分,共分4 4个等级个等级,SIL4,SIL4为最高等级。为最高等级。可见,装置所要求的安全度等级越高,则要求它所采用的安全仪表系统发生故障的概率越可见,装置所要求的安全度等级越高,则要求它所采用的安全仪表系统发生故障的概率越低,相应地,要求系统所具有的风险降低因子越高。低,相应地,要求系统所具有的风险降低因子越高。SILSIL与与PFDPFD是安全仪表系统的目标值。是安全仪表系统的目标值。5 SIL5 SILSafety Integrity LevelSafety In
17、tegrity Level的概念的概念 “4“4-CatastrophicCatastrophic munity Impact.munity Impact.灾难性团体的冲突灾难性团体的冲突 “3 3-Employee and munity Protection.-Employee and munity Protection.雇员和团体保护雇员和团体保护 “2 2-Major Property and Production Protection.-Major Property and Production Protection.Possible injury to employee.Possib
18、le injury to employee.主要财产和产品保护,可能会伤害雇员主要财产和产品保护,可能会伤害雇员 “1 1-Minor Property and Production Protection.-Minor Property and Production Protection.次要财产和产品保护次要财产和产品保护 5 SIL5 SILSafety Integrity LevelSafety Integrity Level的概念的概念 5 SIL5 SILSafety Integrity LevelSafety Integrity Level的概念的概念 SISSIS系统的安全完整性
19、水平系统的安全完整性水平SILSIL是由构成是由构成SISSIS系统的三个单元的系统的三个单元的SILSIL来确定的,即来确定的,即SILSIL系统系统=SIL=SIL传感器传感器+SIL+SIL逻辑解算器逻辑解算器+SIL+SIL执行机执行机构。假设传感器为构。假设传感器为SIL2SIL2级,而级,而SIL2SIL2级其级其PFDPFD为为0.01-0.0010.01-0.001,取中间,取中间值为值为0.0050.005;逻辑解算器单元为;逻辑解算器单元为SIL3SIL3级,取级,取PFDPFD中间值为中间值为0.00050.0005;执行机构为执行机构为SILlSILl级,级,PFDPF
20、D中间值为中间值为0.050.05;则系统的;则系统的PFDAVG=0.005+0.0005+0.05=0.0555PFDAVG=0.005+0.0005+0.05=0.0555;只能满足;只能满足SILlSILl级。级。这说明整个系统的安全完整性水平这说明整个系统的安全完整性水平SILSIL由其构成的三个单元中由其构成的三个单元中最低的最低的SILSIL等级所决定的。尽管逻辑解算器为等级所决定的。尽管逻辑解算器为SIL3SIL3,但整体,但整体SISSIS系系统的统的SILSIL等级为等级为SIL1SIL1级。这就是目前企业在使用级。这就是目前企业在使用SISSIS系统时存在的系统时存在的主
21、要问题。主要问题。6 SIS6 SIS系系统统的表决的表决 1oo21oo1D1oo1输入模块控制模块输出模块感 测 器最终元件+输入回路输出回路MPU输入模块控制模块输出模块 感 测 器最终元件+输入回路输出回路诊断回路诊断回路诊断回路MPUAB输入模块控制模块输出模块感 测 器最终元件输入模块控制模块输出模块+输入回路输出回路输入回路输出回路MPUMPUAB1oo1 1oo1 由单套由单套元件组成元件组成1 1oo1Doo1D 由单套由单套元件组成,诊断找出元件出故障时,输出动作元件组成,诊断找出元件出故障时,输出动作1 1oo2 oo2 由两套由两套元件并联组成,两套元件之一发出动作信号
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