多阶段马尔科夫模型及其在SIS安全评估中的应用

为综合分析检验测试因素对安全仪表系统(SIS)安全评估的影响,基于多阶段马尔科夫模型,提出一种SIS安全评估方法。首先,基于多指标优化方法确定检验测试策略,并构建运行期的马尔科夫状态转移模型以及涉及测试自身引起失效概率和非理想检验测试率的检验测试模型;然后,融合马尔科夫状态转移模型和检验测试模型得到多阶段马尔科夫模型;最后,将该模型应用于某循环流化床(CFB)锅炉压力保护系统的安全等级评估中。结果表明,多阶段马尔科夫模型能够综合考虑检验测试自身引起失效概率和非理想检验测试率对SIS失效率的影响;检验测试因素对SIS的安全性有较大影响,因此不容忽略。     

基于UPM的柴油机冷却系统共因失效分析

为在应用β因子模型分析系统的共因失效时,合理地确定β因子值,提高分析结果的精确性,提出一种基于整合部分法(UPM)的共因失效分析方法。首先,建立系统故障树模型,获取各基本事件的结构重要度并确定共因部件组;然后,建立包含共因失效基本事件的系统故障树模型,并通过筛选分析确定重要的共因失效基本事件,应用UPM确定共因部件相应的β因子值,计算各主要部件以及系统故障发生的概率;最后,以柴油机冷却系统的共因失效分析为例,验证所提方法。结果表明:采用基于UPM的共因失效分析方法可以准确估计β因子值,并能针对共因失效的基本事件精确分析各主要部件共因失效的影响程度。     

安全仪表系统的性能维护及指标值计算

安全仪表系统（SIS）作为保障工业生产安全的重要措施,需要在危险发生时正确地执行其安全功能,采取有效措施维持安全仪表系统在运行阶段的性能是保障系统功能安全的关键。详细阐明了SIS在运行阶段应遵循风险评估分析、安全功能分配文件、安全要求规范、安全分析报告、安全完整性等级符合性等重要文档中的要求,给出了维持SIS安全完整性的主要活动,并在加强旁路、禁止和超驰控制管理,对SIS失效的响应、记录和分析,进行定期检查、维护和功能测试以及安全仪表系统的变更管理等方面提出了要求。提出了SIS的安全性能指标及目标值的简易计算方法,给出失效率更新流程、计算方法和功能安全测试间隔调整技术。所提的技术方法为如何保证安全仪表系统运行阶段的安全性能提供了有力指导,其可操作性强,便于在实际工程中进行应用。     

基于人因可靠性的间歇装置SIL分析与改进

IEC 61508和IEC 61511等标准针对连续工艺装置提出了安全仪表系统安全完整性等级评估方法。但对于间歇装置的SIL评估，受人因因素影响水平并未明确，且没有提出相应计算模型。以某六氟磷酸锂间歇生产装置典型SIS为例，采用HAZOP结合LOPA方法对其进行风险分析，在明确间歇生产装置存在人员中毒、窒息及燃烧爆炸风险的基础上，确定并验证其安全仪表系统的SIL，再依据间歇生产装置人工依赖性高，即部分安全仪表系统未接入自动联锁且需人工手动触发的特点，建立人因可靠性模型，来分析人因可靠性对安全仪表系统SIL的影响，并进行改进研究。研究结果表明:人因因素对安全仪表系统SIL有显著影响；可通过改变SIS元件冗余结构、测试策略并结合改进人因管理措施来提高SIL。     

周期检测策略对基于Markov模型的PFS计算的影响

为准确评估安全仪表系统(SIS)的安全失效概率(PFS),在传统Markov模型基础上,提出一种新的计算模型。考虑周期检测覆盖率,以及周期检测导致的系统安全失效概率的周期检测策略,构建SIS的PFS新计算模型;并以加氢工艺热高压分离器液位控制SIS为例,应用该模型计算不同周期检测策略下该系统的安全失效概率。结果表明:该模型能够解决PFS计算过于理想化的问题;相较于理想检测策略,该模型对现场SIS的PFS计算更准确,且为SIS提供了一定的安全裕度。     

基于多故障冲击模型和故障树的PFDavg计算方法研究*

为提高安全仪表功能（SIF）要求时危险失效平均概率（PFDavg）计算结果的精确度,提出1种能准确计算SIF在多重共因失效影响下的PFDavg的数学模型。建立包含多重共因失效的系统失效故障树,然后利用多故障冲击模型区分普通失效率和多重共因失效率,根据瞬时不可用率的定义和故障树的逻辑关系计算出SIF的瞬时不可用率;基于PFDavg的定义,计算出SIF的PFDavg,以某化工企业SIF为例进行验证。结果表明:方法有效考虑了多重共因失效对SIF的影响,通过模型计算出SIF的PFDavg大于基于马尔可夫（Markov）方法的软件计算结果,但二者处于相同的数量级。模型在评估SIF的PFDavg时比传统方法偏保守,能提高安全仪表功能的安全性。     

基于检验测试覆盖率的冗余结构系统PFD计算探讨

安全性是安全仪表系统设计、安装、运行的重要指标。安全仪表系统常通过计算要求时危险失效平均概率(PFDavg)来验证其在低要求运行模式下是否满足目标安全完整性水平。为准确评估安全仪表系统的安全性,本文基于IEC 61508标准,考虑冗余结构、维修维护模式及检验测试覆盖率(PTC)因素,提出了安全仪表系统的PFDavg计算公式,并将该公式应用于某天然气储气库作业区的SIS安全评估中。结果表明:该公式适用于异构冗余结构系统,可应用于周期性维修维护场景下的SIS安全评估,计算结果符合实际情况。     

高要求模式SIS异型冗余结构PFH计算模型*

为了满足石油化工生产中对高要求操作模式下采用异型设备的安全联锁回路进行SIL定级的需求,避免因误用同型PFH公式导致SIL等级评估误差。考虑各通道差异性及其失效顺序的遍历性,以MonteCarlo仿真值为多元线性回归模型观察样本,以改进共因失效部分多样性修正因子确定方法,提出异型KooN冗余结构每小时危险失效平均频率(PFH)的计算公式;比较该模型独立失效部分与异型1oo2结构Markov模型PFH结果,并分别将该模型和传统同型PFH公式应用于海上采油平台高完整性压力保护系统(HIPPS)异型关断阀子系统的比较分析。研究结果表明:在不同检测周期内,所提出的PFH计算模型与Markov模型PFH计算结果相对误差均保持在10-3数量级;但当检测周期大于3 a时,使用同型PFH公式会出现对HIPPS子系统SIL等级的误判,造成井口压力联锁保护功能过保护或欠保护。研究结果有助于生产单位准确评估联锁保护风险和设备维护投入。     

基于贝叶斯网络融合共因失效的接触网系统可靠性分析

为分析电气化铁路接触网的可靠性,基于系统的二态性特征,提出选取β因子模型作为共因失效(CCF)模型。通过运用马尔科夫理论对一般系统进行分析和建模,推导出考虑共因失效后一般系统各可靠性指标的具体计算公式;结合某段电气化铁路接触网的特性,运用Matlab对基于接触网系统构建的考虑了共因失效的贝叶斯网络进行编程,绘出相应的可靠度变化曲线,完成接触网系统的定量及定性分析,并找出其薄弱环节。结果表明:考虑共因失效后,接触网系统各可靠性指标变得更加接近实际。     

基于风险的检验技术在苯加氢装置管道的应用

简述基于风险的压力管道检验技术基本理念,讨论压力管道的危害风险和失效模式,介绍了风险评估方法及其适用场合、风险评估程序。对某苯加氢装置的管道系统进行风险检验评价,对该管道的各种危险因素进行分析,并对其基础数据和检验检测结果进行了研究和探讨,近而采用5×5风险矩阵法和定性分析,对苯加氢装置管道系统进行风险评估,根据该评估结论,提出了科学制定检修计划的建议和控制风险措施。研究结果表明:基于风险的检验技术,既能节约大量的停机和检验维修费用,又能有效地提高重点设备的安全性和管理水平。     

基于FFTA-LOPA的化工装置安全仪表系统SIL确定方法

为了优化确定化工装置安全仪表系统（SIS）安全完整性等级（SIL）,分析了现有确定SIL的不足,针对化工装置的失效数据缺失和不确定性特点,提出模糊事故树-保护层（FFTA-LOPA）模型计算安全仪表系统SIL。以某低密度聚乙烯反应釜为例,建立了该反应釜爆炸事故树,运用模糊理论定量分析顶上事件发生的概率,最终确定其安全仪表系统安全完整性等级为SIL 1。结果表明:该方法结合两种风险分析理论,分析结果与实际和理论统计结果符合性较好,具有一定地准确性和实用性,可以为定量确定系统SIL提供理论指导。     

基于危险工艺装置设置安全联锁系统的研究

针对危险工艺装置设置安全联锁系统(SIS)问题进行分析和研究,提出在装置建设和改造中,应合理设置独立的SIS,并根据生产装置的安全度等级选择合适的联锁回路,并具有一定的冗余能力,以避免由于硬件随机失效或系统故障时造成联锁功能无法执行;指出SIS在设计时应遵循独立原则、故障安全型原则、共享原则、可靠性原则等。研究结果表明:SIS可提高化工装置的本质安全度,保障生产过程的安全、稳定运行,最大限度地减少由于过程失控造成的人身伤害和设备损坏。     

基于SIL评估的LNG加气站安全仪表系统问题分析及改进建议*

为分析LNG加气站安全仪表系统的功能完备性与可靠性,以3座典型的三级LNG加气站为研究对象,全面开展安全仪表功能辨识、安全完整性等级（SIL）定级与验证,进而提出针对性的改进建议。结果表明:3座LNG加气站的安全仪表系统均存在功能不完备、设备组件缺少失效数据的问题;为满足风险控制要求,三级LNG加气站需设置15个安全仪表功能,其中1个应达到SIL2等级,14个应达到SIL1等级;LNG加气站的安全仪表系统应选用获得功能安全认证的设备组件,并在设计阶段开展SIL评估工作。研究结果可为今后LNG加气站安全仪表系统的设计与管理提供重要参考。     

我国安全生产行政执法统计指标体系研究与应用

我国安全生产行政执法统计指标体系自施行以来，一直存在统计指标体系过于繁杂、部分统计指标较笼统，未充分体现安全生产重点工作及其成效等问题，创新改革安全生产行政执法统计制度具有重要的理论意义和实用价值。通过梳理安全生产行政执法统计指标体系演变脉络，在实地调研和现场访谈的基础上，基于PDCA理论提出以执法人员-执法对象-执法行为“三位一体”的安全生产行政执法统计指标体系，明确包含执法力量、执法对象、执法检查和事故查处等方面的综合评价指标，并在实践中得以应用和检验，为全面分析安全生产执法效能拓展空间，统计制度的后续修订和安全生产综合分析工作奠定基础。     

安全仪表系统的应用及发展

探讨安全仪表系统在过程工业中的必要性与重要性,以ISA/S84.01安全仪表系统生命周期为基本框架,介绍安全仪表系统的基本组成和生命周期各阶段的主要工作,阐述安全仪表系统与过程控制系统的异同。研究安全仪表系统设计过程中风险分析与安全完整性水平等的关键技术;总结了目前安全仪表系统所呈现出的新特点、新趋势;指出安全仪表系统未来发展的方向;同时认为安全仪表系统作为一种有效的安全保障措施,应当以风险与危害分析为基础,按照最低合理可行原则,根据对象的不同特点,确定适当的安全完整性水平。该应用研究成果对于安全仪表系统的设计与应用具有一定的指导意义。     

IEC61511标准及在石化行业安全管理中的应用

功能安全的定量评定技术已成为确保石化行业安全生产的重要手段。针对石化行业普遍存在的功能安全问题,笔者以国际电工学会(IEC)专门制定的功能安全评定标准IEC61508及IEC61511为指导,介绍其标准制定的背景、目的、体系结构以及如何利用标准开展石化行业安全联锁系统(Safety Instrumented System,SIS)的安全与误跳车定量分析。通过对SIS开展定量安全评估,可发现联锁功能存在的安全不足与误跳车现象,对于提高我国石化行业安全生产水平具有重要的促进作用,标准中有关寿命周期功能安全管理方法及重要的工程经验也对提高我国石化安全生产水平具有借鉴作用。     

HAZOP、LOPA和SIL方法的应用分析

通过概括介绍危险与可操作性分析(HAZOP)、保护层分析(LOPA)和安全完整性等级分析(SIL)三种方法的特点,总结三种分析方法之间的关系.LOPA分析是HAZOP分析的继续,可以解决HAZOP分析中残余风险不能定量化的不足,是对HAZOP分析结果的丰富和补充;SIL分析则在LOPA分析的基础上,进一步对需要增加的安全仪表系统(SIS)进行设计,并对LOPA分析结果进行验证,即HAZOP、LOPA分析是SIL分析的前期准备工作.因此,在详细介绍SIS的组成、安全生命周期阶段、SIL的选择确定方法以及SIL分析流程之前,也简要介绍了HAZOP、LOPA分析方法,梳理了两种方法的分析流程.最后通过引入示例来展示三种分析方法之间的关系.     

安全联锁设备SIL验证中的参数估计偏差分析*

为提高安全联锁系统（SIS）不可用度计算的准确性,减少SIL验证的不确定性偏差,研究参数估计置信度分别为70%和90%时功能安全标准IEC61508的恒定失效率算法与实际非恒定失效率（威布尔分布）算法结果的偏差。结果表明:在70%置信度时,采用指数分布算法计算PFDavg,比威布尔分布算法的计算结果偏大,2者的相对偏差平均值为68.01%;90%置信度时,2者的相对偏差平均值为42.63%,揭示功能安全标准IEC61508恒定失效率计算将显著高估SIS的不可用性,可能造成企业不必要的整改和相应的维护成本。