基于贝叶斯方法的石化设备失效数据推断技术研究

可靠性数据在资产完整性和风险管理等领域有广泛应用。目前国内石化行业还没有公开发布的设备可靠性数据库,短期内积累大量设备失效信息存在一定困难,而简单使用频率分析方法对用户自采的少量信息进行统计所获得的失效率精度难以保证。为了得到适合国内石化行业使用的设备可靠性数据库,提出以国外可靠性数据库(如OREDA)作为先验信息(即参考起点),以国内的现场可靠性数据作为抽样信息,利用泊松分布模拟设备失效过程,并引入技术差距系数,以调整设备技术进步对结果的影响,然后通过贝叶斯方法导出动态的石化设备失效率后验分布,计算样本后验分布期望和标准差,从而得到设备累计日历时间和累计运行时间下对应失效模式的平均失效率和标准差估计,结合实际数据算例验证了上述方法的有效性。     

基于贝叶斯蒙特卡罗的液氨罐区安全系统动态风险分析

以概率分布表示液氨罐区各安全系统的失效率,用贝叶斯蒙特卡罗对安全系统进行动态分析.首先,构建事件树;然后,用无信息的均匀分布作为各个安全系统失效率的先验分布,由结果事件发生次数得到似然函数,进而得到安全系统失效的后验分布;最后,由蒙特卡罗模拟得到事件树结果事件发生的概率值.结果表明,火灾和中毒发生的概率比先验值大,液氨罐区总体安全性能降低.报警器、自动关断系统和灭火系统失效率比先验失效率高;浓度传感器、手动关断系统和防火系统失效率比先验失效率低.后验分布的方差逐渐减小,风险评估的不确定性降低.因此,动态分析更能够反映液氨罐区安全系统的安全状态,有利于决策人员及时采取相应措施.     

不完全信息条件下的FPSO油气泄漏风险分析

为解决数据稀缺情况下的浮式生产系统(FPSO)油气泄漏重大事故风险评价问题,引入新的层次贝叶斯风险分析(HBA)方法。首先,基于安全屏障和事件树分析,建立FPSO油气泄漏事件序列模型;其次,根据事故先兆数据和贝叶斯推断,对安全屏障的先验分布增加一层估计,得到FPSO油气泄漏连锁事故的发生概率;最后,通过实时更新屏障失效概率,实现对FPSO事故风险的动态定量分析。结果表明:HBA法可以充分利用稀缺数据,并从相关数据中添加先验信息,得到各参数的后验概率,并据此确定,初始的油气泄漏大多会演变为大范围泄漏和小范围火灾。     

安全设备失效数据获取与计算

安全设备失效数据是安全仪表系统(SIS)分析、设计和维护等活动所需的基础数据信息,对安全仪表系统的开发和功能安全相关标准的实施至关重要。文中总结分析了国内外现有失效数据库的现状,详细介绍了OREDA数据库。研究阐述了设备失效的类型、失效因素和数据的获取要求,讨论了失效数据质量的主要影响因素,研究提出了FMEDA失效数据获取法、现场数据获取流程以及失效率的几种计算方法,给出了失效数据信息的表示形式。     

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。     

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。     

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。     

往复式过山车站台安全门系统安全完整性等级（SIL）评价

区别常规提升式过山车,往复式过山车通过往复运动获得最大运行速度,因此过山车会以较高速度反复通过站台位置,站台安全门系统的安全防护可靠性至关重要。本文参照游乐设施安全相关系统安全完整性评价方法,以往复式过山车站台安全门系统为例,从安全相关系统辨识、安全功能风险评价、安全控制回路设计、安全功能SIL评价4个步骤对站台安全门安全相关电气控制系统进行SIL评价,通过元器件选型计算、安全功能试验2个步骤确认逻辑控制回路PL等级,全过程开展了安全功能的安全完整性等级(SIL)评价工作。提高了往复式过山车站台安全门系统的安全等级,降低了站台操作人员与乘客的伤害风险。     

化工企业安全风险管控信息系统的研究与应用

为提升企业的安全风险管控水平,以R化工厂的甲醇成品罐区为例,运用系统的危险源辨识方法对其设备、工艺过程、切罐、倒罐操作程序、生产作业活动等进行系统全面的危险源辨识,形成安全风险信息数据库。基于安全风险信息数据库,开发各种风险管控工具。利用信息化技术,构建安全风险管控信息系统,对企业实行动态化的安全管理。     

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。     

游乐设施安全相关系统安全完整性评价方法研究

针对目前国内游乐设施安全相关系统在安全完整性评价方法方面的空白,本文参照国际通用安全相关系统功能安全相关标准,借鉴安全仪表系统功能安全评价方法,结合游乐设施本身运动特点和结构型式基础上,开发了适用于游乐设施控制安全相关系统的安全完整性评价方法。该方法以安全相关系统安全功能风险评估为基础,结合失效案例库和风险矩阵法获得安全功能的SIL等级。以典型控制回路四种可靠性指标为基础,参照国际通用标准的SIL验证柱状图对所设计的控制安全回路进行SIL等级验证,以确认安全回路设计的有效性。     

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。     

煤矿作业人员不安全行为的影响因素分析

为分析造成煤矿安全事故不安全行为的主要因素,基于人因分析和分类系统(HFACS),以山西汾西煤矿集团的煤矿安全事故报告为样本,将极大似然估计和模糊语义-数字概率估计方法相结合,构建煤矿作业人员不安全行为影响因素的贝叶斯网络,进而由浅入深地推理出不安全行为的影响因素。结果表明,个人准备状态差是造成作业人员不安全行为的最直接原因,而运行计划不恰当、监督不充分和资源管理不到位是造成作业人员不安全行为的主要深层次原因,作业人员状态对其不安全行为的产生有较大影响。     

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.     

基于JHA-SMART原则的企业检维修作业安全交底管理系统的构建

为改进检维修作业安全交底不完善的现状,减少检维修作业事故的发生,本文基于T港口企业实践对检维修作业安全交底进行研究。首先运用工作危害分析(JHA)对检维修作业进行系统的危险源辨识;然后依据SMART原则建立由检维修作业环境安全风险信息数据库、检维修工具/设备安全风险信息数据库、特殊作业安全风险信息数据库、检维修作业特有安全风险信息数据库组成的检维修作业安全交底知识库;最后开发检维修作业安全交底派工单,构建检维修作业安全交底信息化管理系统并应用。研究表明:该系统实现了安全交底专业化、便捷化,安全管理规范化、共享化,提高了检维修作业安全管理质量。     

铜冶炼企业安全风险信息数据库的建立

以JG铜业为例,论述了系统全面识别铜冶炼生产过程安全风险和危险源的技术路线和方法,以及运用其技术路线和方法实现对企业生产过程安全风险和危险源的系统识别,形成企业安全风险信息数据库。利用信息化手段对安全风险信息数据库的动态管理,实现系统、全面、方便、快捷的企业生产过程的安全风险信息管理。     

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。     

基于RPN-BN的平台-隔水管系统遇内波风险分析

为保障内孤立波作用下的深水半潜式钻井平台-隔水管系统的安全,同时解决海洋平台系统设备失效数据的缺失问题,提出1种风险优先系数（RPN）与贝叶斯（BN）结合的定量风险分析方法。首先,基于故障树和安全屏障方法,建立平台-隔水管系统Bow tie模型和贝叶斯风险演化模型;其次,根据贝叶斯推断和风险优先系数中的事故发生频度估计,得到平台-隔水管系统失效事故的发生概率;最后,通过贝叶斯网络的逆向推理能力辨识内孤立波作用下引起平台-隔水管系统失效的主要风险节点,实现对平台-隔水管系统失效事故的定量风险分析。结果表明:RPN-BN法可应用于平台-隔水管系统遇内波的定量风险分析;加强对平台漂移量的控制,提高动力定位系统控制设备的可靠性可有效抵御内波对系统造成的影响。     

基于蒙特卡罗的石化设备寿命均值估计优化与应用

为提高小样本或高度截尾样本设备寿命均值(MTTF)估计的准确性,须对极大似然估计(MLE)方法进行优化。采用蒙特卡罗方法对MLE公式进行数值模拟。根据均方误差(MSE)最小原则,修正MLE值,比较分析线性估计(LE)、MLE和修正后的极大似然估计(RMLE)的MSE。经大量统计分析得到临界统计量C,使用皮尔逊卡方拟合优度检验方法对临界统计量进行假设检验。利用线性估计、MLE和RMLE,计算某企业12台压缩机的MTTF。结果表明:临界统计量C服从均值为0.722,方差为0.023的正态分布,故将正态均值0.722作为不同截尾情况下估计方法的选取标准。     

铁路信号PES安全性定量分析的研究

铁路信号中的可编程电子系统 (PES)是一种安全相关系统。这类系统更注重失效 -安全 ,而不仅仅是可靠性或可用性。基于系统的可靠性分析方法 ,给出了一种安全性定量分析方法。通过把失效率划分为一些独立的部分 ,据其各自失效率的影响 ,利用 Markov模型可同时分析系统的可靠性和安全性。笔者根据铁路信号 PES常用的 2 oo2 D(附加诊断的二取二 )容错结构给出了方法应用的实例