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。     

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。     

石化装置安全仪表系统KooN表决结构的误跳车率定量分析

为了更准确量化安全仪表系统的误跳车率,基于联锁回路SIF中传感器、逻辑解算器、执行机构引发误跳车的不同失效机理和模型,考虑共因失效对误跳车率的影响,提出1种更符合实际并适用于异型KooN结构的新子系统误跳车率计算模型（STR of Non-identical Redundant System,SNRS）。针对SIF回路的误跳车率计算,建立了1种分析安全联锁SIF回路误跳车率（Reliability based Spurious Trip,RST）的计算框架。研究结果表明:以某聚丙烯装置第三反应器保护系统为例,将SNRS和RST方法与目前主流的多种计算方法进行数值计算对比,验证了方法的有效性,能够有效进行定量分析。     

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。     

页岩气集输站场撬装设备失效后果面积计算方法

为准确评估页岩气集输站场撬装设备组件发生连锁失效的后果,避免在后果面积计算中因忽视连锁效应、低估或高估后果危害性、忽视失效后果面积重叠计算等问题,首先,在美国石油协会(API)581标准的基础上,考虑可能存在的多米诺场景,建立失效后果面积加权计算模型;然后,引入圆弧并面积算法,消除失效后果面积重叠计算的影响,并结合设备失效概率与多米诺场景概率确定连锁效应加权系数,形成撬装设备失效后果面积计算方法与计算步骤;最后,以某页岩气集输站场吸收撬为例,计算其失效后果面积。结果表明：考虑失效后果重叠计算得到的失效后果面积为759.48 m²,常规失效后果计算方法对后果低估了38.5%,未消除后果重叠的常用多米诺方法对后果高估了62.7%,考虑失效后果面积重叠计算可以帮助合理评估页岩气集输站场撬装设备组件发生连锁失效的后果面积。     

基于JC法的RBI通用失效概率修正模型研究

基于风险的检测技术失效概率的分析始于同类设备的失效频率数据库,然后通过设备修正因子和管理系统评价因子来修正这些同类频率。针对RBI的不足,结合可靠度理论,分析均值一次二阶矩法在实际应用过程中局限性,应用基于JC法的通用失效概率计算模型完成设备失效概率的修正。该方法适合任何概率分布下的情况,可以避免统计数据正态分布一刀切的缺点。     

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。     

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。     

核电厂动态灭火失效概率模型研究

为量化火灾模型输入参数的不确定性对灭火失效概率的影响,推动我国核电厂动态火灾概率安全评估(PSA)的开展,基于火灾区域模型、蒙特卡罗模拟与马尔科夫链,建立核电厂动态灭火失效概率计算方法。将此方法应用于某压水堆核电厂一电子配电柜间,结合美国核管理委员会(NRC)修正后的消防队响应计算模型,得到房间内部电缆的灭火失效概率的累积时间分布。结果表明,通过考虑火灾模型输入参数的不确定性得到的灭火失效概率的累积时间分布为指数分布。     

生产设备安全性预警研究

以系统安全理论为基础,结合可靠性理论,建立了生产设备安全性的预警模型。利用该模型可实现通过计算设备零部件随时间变化的失效概率进而求得相应时刻生产设备可能导致某种事故发生的概率,当事故的发生概率即将达到可接受的限值时进行预警,及时采取相应措施,从而预防事故发生。     

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。     

改进的一次二阶矩计算埋地管道失效概率方法及其应用

为探究不同影响因素对埋地管道运行安全的影响,基于改进的一次二阶矩计算方法,综合考虑埋地管道环向受力和纵向受力的特性,依据应力-强度理论和钢制管道结构设计规范建立了埋地管道失效结构功能函数;通过对ABAQUS软件中的UVARM模块进行二次开发,建立了腐蚀、温度和不均匀沉降耦合作用下的三维管道-地层整体模型,模拟不同管道参数下的管道状况.运用该方法对工程实例进行了计算,分析可靠指标和失效概率的分布情况.结果表明:埋地管道工作内压与管道失效概率呈正相关关系,管道壁厚和管径与失效概率呈负相关关系;在影响参数变化相同的条件下,管道中部失效概率变化最快,两端的失效概率变化较慢.该模型计算结果体现了管道不同部位失效概率的特点,在管道设计、维护和风险评估方面有一定的借鉴意义.     

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。     

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.     

基于马尔科夫链-复杂网络事故传播的罐区储罐失效概率研究

通过对国内外储罐失效概率研究方法的分析,本文引入复杂网络事故传播理论和马尔科夫链,建立基于马尔科夫链的复杂网络事故传播模型,以解决传统方法涉及较少的储罐之间的n-n相互作用问题。并进行实例分析,将该模型计算结果与传统方法进行对比,结果表明,该模型计算结果能为安全防范提供了更好的建议。     

设备动态风险评估与预测研究

工业系统运行中的设备,受系统状态和设备工况的影响,其失效风险具有动态属性。因此,在认识设备失效风险的可能性和严重性的同时,还必须认识和研究设备在系统寿命周期内失效风险的动态属性。设备失效的动态风险因素可以归纳为设备自身失效率变化、设备外部载荷变化、系统结构变化以及功能变化引起的失效后果严重度变化,依此提出了动态风险模型。利用该模型对江苏某储气库水溶造腔系统进行实证研究,获得注水泵失效动态风险图,明确了造腔初期、中后期和注气排卤三个典型阶段的注水泵失效风险波动状况以及波动原因。实证研究说明,运用该分析模型可以推断系统运行周期内设备失效风险的变化状态和趋势,从而适时、有效地控制风险。     

铁路车站计算机联锁控制系统的可靠性和安全性分析

铁路车站计算机联锁控制系统 ,直接关系到列车运行的安全。通过可靠性框图分析法 ,对采用不同冗余结构的铁路车站计算机联锁控制系统的可靠性和安全性的指标进行了分析和比较 ,并通过仿真计算对分析和比较的结果进行了验证 ,为铁路车站计算机联锁控制系统的选型提供了技术支持     

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。