考虑人因可靠性的安全仪表功能SIL验证方法研究

油气站场一般设置有紧急停车系统（ESD）等存在操作员介入的非常规安全仪表功能（SIF），为解决已有的安全完整性等级（SIL）评估方法不能针对此类SIF进行功能安全评价的情况。对存在操作员介入的非常规SIF进行研究，将其中的人为因素细分为观察、决策和执行3个阶段；根据各类人因可靠性分析方法优缺点，筛选CREAM和HCR方法分别分析紧急情景环境和应急响应时间对非常规SIF人因失效概率的影响，建立考虑人因可靠性的SIL验证模型；基于此模型选取某输油站典型SIF开展SIL评估，分析人因失效对SIF整体可靠性的影响水平，并提出改善措施。结果表明:将操作员应急响应过程中的人因失效概率引入传统的SIL验证模型中，可实现对非常规SIF的功能安全评价；人因失效对非常规SIF具有显著影响，筛选的人因可靠性模型可准确计算人因失效概率。     

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。     

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。     

合成氨装置系统安全仪表系统安全完整性等级分析

论文在介绍安全仪表系统、安全完整性等级的基本原理基础上,综合分析了危险与可操作性分析(HAZOP)、保护层分析(LOPA)等系统风险分析理论的应用方法。并结合上述理论,确定了安全仪表系统的安全完整性等级(SIL)定级。以合成氨装置为例,应用HAZOP及保护层分析方法,得出了合成塔压力过高及废热锅炉液位过低2个场景下的安全完整性SIL等级。结果表明:合成塔装置仪表的SIL等级为1,废热锅炉仪表的SIL等级为2。     

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.     

SIL评估及HAZOP分析技术在海洋平台安全评估中的应用

针对海洋平台安全仪表系统安全可靠性要求的提高,分析海洋平台安全仪表系统SIL评估及HAZOP分析方法,对SIL评估的必要性、目的和内容、方法与流程进行论述,对SIL等级选择的HAZOP和LOPA分析方法进行介绍,对SIL评估过程中的重要数据问题进行阐述,对SIL等级验证中各参数和失效数据的选取进行说明。通过案例进一步论述SIL评估及HAZOP分析技术的要点和实施步骤,针对该案例提出了提高SIL等级的建议和措施,为海洋平台安全仪表系统的SIL评估提供重要的参考和依据。     

贝叶斯方法在安全仪表系统设备失效率确定中的应用

为获得更符合企业实际的安全仪表系统(SIS)设备失效率,应用贝叶斯方法,以海上平台可靠性数据手册(OREDA.)数据库信息作为设备失效率先验信息,综合先验信息、企业收集的相关设备样本信息和蒙特卡洛方法仿真的企业样本信息,得到设备失效率贝叶斯估计。并以某石化装置为例,分别将设备失效率的贝叶斯估计和数据库信息代入不同模型进行安全完整性等级(SIL)验证并对比。结果表明,通过贝叶斯方法获得的设备失效率更为合理,使系统由SIL3降为SIL2。     

LNG卫星站安全仪表系统功能安全评价

针对国内一已运营的典型LNG卫星站,采用HAZOP分析方法对其需要的安全仪表功能进行了辨识,利用LOPA法确定了相应安全仪表功能的SIL等级,并采用马尔可夫模型进行了SIL验证。结果表明:该站已有的安全仪表功能尚不完善,还需新增储罐超压联锁排放和空温式气化器过压保护等两个安全仪表功能,且其SIL等级应达到SIL2。针对SIL等级达不到要求的两个新增安全仪表功能,提出了调整功能测试周期、选用带危险失效自诊断的仪表和冗余结构配置等多种措施组合的优化改进方案。LNG卫星站应在设计阶段即开展安全仪表系统功能安全评价,以确保安全仪表系统设计的合理性与可靠性。     

安全仪表系统的研究与应用

本文探讨了安全仪表系统在工业过程中起着保障生产安全、降低风险的重要作用;从使用者的角度论述了过程控制系统与安全仪表系统的区别,说明安全仪表系统需要完全独立安装的重要性;最后应用实例说明选择不同的安全完整性等级对企业的成本和收益的影响。SIL越高,对经济支出和管理的要求就越高,如何选择SIL应取决于原有设备的安全程度和加装安全相关系统后希望达到的安全程度。     

An evaluation approach using a HARA and FMEDA for the hardware SIL

Safety instrumented systems (SIS) are becoming increasingly complex, and form a growing proportion of programmable electronic parts. The IEC 61508 global standard was established to ensure the functional safety of SIS; however, it was expressed in highly macroscopic terms. The safety integrity level (SIL) is a criterion describing whether a component meets the safety requirements of a SIS. The safety requirements give a target SIL for the expected risks using hazard analysis and risk assessment (HARA). The SIL must correspond to the safety requirements. This study introduces an evaluation process for determining the hardware SIL through failure modes, effects, and diagnostic analysis (FMEDA). First, the components of the SIS subsystem are defined in terms of failure modes and effects, and then the failure rate and failure mechanism distribution are assigned to each component. The safety mode and detectability of each failure mode are determined for each component and, finally, the hardware SIL is evaluated. We perform a case study to evaluate the hardware SIL of the flame scanner system using HARA and FMEDA, where the safety requirement of the flame scanner was determined using the risk graph method. We verified that the hardware SIL of the flame scanner corresponded to the safety requirement.     

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。     

An extension of the fuzzy improved risk graph and fuzzy analytical hierarchy process for determination of chemical complex safety integrity levels

The risk graph (RG) is widely used to evaluate the safety integrity level (SIL) of safety instrument systems (SIS). However, subjective opinion-based conventional RGs cannot provide successful results for the problems of risk parameters, such as shortages or lack of data; hence, the output of a conventional approach lacks sufficient reliability. We introduced the fuzzy improved risk graph (FIRG), an extension of fuzzy set theory, to deal with possible ambiguities during SIL study and increase the reliability of conventional RGs. In the present study, the levels of consequences defined as linguistic terms were converted into qualitative intervals; therefore, by correlating the proposed approach with experts’ opinions and attributing weight factors, a desired SIL value was obtained. The output of this new approach can be compared directly with quantitative risk assessment techniques to improve the safety performance of industrial systems.     

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。     

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。     

Human and organisational factors in the operational phase of safety instrumented systems: A new approach

The international standards IEC 61508 and IEC 61511, which provide a general framework for the design and implementation of safety instrumented systems, require quantification of the achieved risk reduction, expressed as a safety integrity level (SIL). Human and organisational factors affect the performance of safety instrumented systems during operation and may threaten the achieved SIL, but this is usually not explicitly accounted for. This article presents a new approach to address human and organisational factors in the operational phase of safety instrumented systems. This approach gives a prediction of the operational SIL and can also be used to improve safety. It shows which human and organisational factors are most in need of improvement and it provides guidance for preventive or corrective action. Finally, the approach can be used as part of a SIL monitoring strategy in order to maintain the achieved SIL at the required level during the operational phase.