導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 化工安全論文>>正文

化工裝置安全儀表系統(tǒng)功能安全評(píng)估體系的研究與應(yīng)用

文檔作者：吳承剛文檔來(lái)源：中海殼牌石油化工有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月31日
下載地址：點(diǎn)擊這里	文件大?。?1.73 MB 共2頁(yè)	文檔格式： PDF	下載點(diǎn)數(shù)： 1 點(diǎn)（VIP免費(fèi)）

全屏查看

內(nèi)容預(yù)覽 [文件共2頁(yè)]

本文件共2頁(yè)，如需編輯使用，請(qǐng)下載。

注：預(yù)覽效果可能會(huì)出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問(wèn)題，下載是正常的。

	文件大小：1.73 MB 共2頁(yè) 文件格式：PDF 下載點(diǎn)數(shù)：1 點(diǎn)（VIP會(huì)員免費(fèi)）

下一篇：化工工藝設(shè)計(jì)中安全危險(xiǎn)的識(shí)別與控制

上一篇：化工工藝設(shè)計(jì)中安全危險(xiǎn)的問(wèn)題

文本預(yù)覽

僅提取頁(yè)面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

化 工 設(shè) 計(jì) 通 訊 工業(yè)生產(chǎn)
Chemical Engineering Design Communications Industrial Production
·121·
第43卷第1期
2017年1月
近年來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)規(guī)模化特點(diǎn)，我國(guó)工業(yè)正處于現(xiàn)代
化發(fā)展階段，人們對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)安全性提出了更高要求。安
全成為化工生產(chǎn)的核心。在化工生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)、操作及實(shí)施
任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，都會(huì)給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重情
況下，還會(huì)造成人員傷亡。傳統(tǒng)化工生產(chǎn)中，很多環(huán)節(jié)都存
在漏洞，且采取人工監(jiān)測(cè)，埋下了較大的安全隱患。為了避
免這一問(wèn)題出現(xiàn)，在化工行業(yè)引入SIS 非常必要，該系統(tǒng)融合
了邏輯控制器等多項(xiàng)設(shè)備于一體，自動(dòng)化水平較高。在應(yīng)用中，
一旦出現(xiàn)生產(chǎn)與預(yù)期相悖的情況，系統(tǒng)便會(huì)及時(shí)響應(yīng)，采取
相應(yīng)措施，保障整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程安全、穩(wěn)定。因此加強(qiáng)對(duì)該系
統(tǒng)應(yīng)用的研究非常重要，能夠?yàn)榛どa(chǎn)提供支持。
1 安全儀表系統(tǒng)概述
安全儀表系統(tǒng)，是指由一個(gè)或者多個(gè)儀表相同安全功能
的系統(tǒng)，主要應(yīng)用于對(duì)危險(xiǎn)狀況響應(yīng)，如系統(tǒng)超限制等情況，
能夠保證生產(chǎn)過(guò)程處于安全狀態(tài)當(dāng)中，為人員、設(shè)備等構(gòu)建
安全環(huán)境。一般來(lái)說(shuō)，SIS 是由傳感器、邏輯控制器等組成，
采集生產(chǎn)中的某些參數(shù)，并運(yùn)用邏輯控制器對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析，
如果進(jìn)入到危險(xiǎn)范圍，那么執(zhí)行元件會(huì)進(jìn)行安全操作，達(dá)到控
制目標(biāo)。針對(duì)不同的行業(yè)，安全儀表系統(tǒng)可以劃分為多種形
式，如化工、電子及汽車(chē)等安全儀表，每個(gè)行業(yè)根據(jù)生產(chǎn)需
求還可以進(jìn)行細(xì)化[1]。現(xiàn)階段，SIS 朝著多元化方向發(fā)展，雖
然應(yīng)用領(lǐng)域有所差別，但是其功能和實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)都具有一致
性，都是為了確保生產(chǎn)安全、穩(wěn)定而設(shè)計(jì)的一種安全防護(hù)系統(tǒng)，
且具有嚴(yán)格的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。
2 SIL評(píng)估計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1 方法選擇
SIL 評(píng)估方法，現(xiàn)階段，SIL 主要具有四個(gè)等級(jí)，其中等
級(jí)4 最高，等級(jí)1 最低。在實(shí)踐應(yīng)用中，主要有后果分析法、
風(fēng)險(xiǎn)圖等方法（如圖1），由于生產(chǎn)裝置有所差別，其對(duì)應(yīng)的
工藝流程等也會(huì)隨之改變。因此對(duì)于方法的選擇要結(jié)合實(shí)際
情況。如對(duì)于其中的可能性分析法來(lái)說(shuō)，過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)頻率是設(shè)
計(jì)事件頻率的結(jié)合，圍繞著時(shí)間，使得每個(gè)事件范圍都處于
固定范圍內(nèi)，一旦超出范圍，能夠及時(shí)響應(yīng)。另外，SIL 等級(jí)
評(píng)估方法可以劃分為定性與定量?jī)煞N形式，定性方法無(wú)法達(dá)
到精確的等級(jí)要求，定量分析評(píng)估SIL 才能夠更好地保障安全。
如故障樹(shù)分析法可以應(yīng)用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式、布爾代數(shù)解決復(fù)
雜的回路問(wèn)題，以此來(lái)識(shí)別和分析引起指定不期望事件發(fā)生
的條件。
危險(xiǎn)事件
后果C
危險(xiǎn)事件
頻率Fnp
EUC風(fēng)
險(xiǎn)Rnp
EUC和ECU控制系統(tǒng)
必要的風(fēng)險(xiǎn)降低△R
與必須的風(fēng)險(xiǎn)降低
匹配的安全相關(guān)
系統(tǒng)的安全完整性
△R＝FtFnp即
PFDavg安全防
護(hù)系統(tǒng)要求的
平均失效概率
允許風(fēng)
險(xiǎn)目標(biāo)
要求達(dá)到必要的風(fēng)險(xiǎn)
降低的安全防護(hù)系統(tǒng)
Rnp＝Fnp×C Rt＝Ft×C時(shí)Rnp＞Rt
Fnp Ft
圖1 風(fēng)險(xiǎn)與安全完整性水平關(guān)系
2.2 構(gòu)建模型
馬爾科夫模型主要有兩種，一種是離散的時(shí)間馬爾科夫
模型，另一種是連續(xù)時(shí)間馬爾科夫模型其中前者能夠通過(guò)計(jì)
算機(jī)計(jì)算，使得求解更加便利。具體模型如下：
MTTF=
2.3 軟件設(shè)計(jì)
本文對(duì)于軟件的設(shè)計(jì)，主要在MFC 框架下，進(jìn)行matlab
混合編程。在MFC 框架下，能夠使得系統(tǒng)界面更加美觀(guān)、且
辨識(shí)度更高，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)互動(dòng)。針對(duì)開(kāi)發(fā)中遇到的矩陣
運(yùn)算問(wèn)題，應(yīng)用C++ 實(shí)現(xiàn)難度較大，且程序存在繁瑣問(wèn)題。
對(duì)此，可以引用Matlab 相關(guān)函數(shù)，有效解決矩陣問(wèn)題，使得
程序功能得到有效發(fā)揮[2]。完成上述工作后，應(yīng)對(duì)傳感器等部
件進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，設(shè)置好各個(gè)模塊失效率參數(shù)，點(diǎn)擊計(jì)算按鈕，
對(duì)程序進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)失效率比例的計(jì)算。
在此基礎(chǔ)上，能夠合理評(píng)估安全儀表系統(tǒng)SIL 等級(jí)，將其應(yīng)
用到化工裝置安全評(píng)估工作中，提高計(jì)算準(zhǔn)確性，從而實(shí)現(xiàn)
對(duì)評(píng)估質(zhì)量的有效改善。
2.4 SIL計(jì)算機(jī)軟件整體設(shè)計(jì)
本軟件設(shè)計(jì)目的是在傳感器、邏輯控制器及執(zhí)行器等失
效率已知的情況下，構(gòu)建的緊急停車(chē)系統(tǒng)。市面上的多數(shù)儀
表說(shuō)明書(shū)，都增加了失效率這一項(xiàng)，各自冗余結(jié)構(gòu)已知條件下，
導(dǎo)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的模型，然后對(duì)對(duì)象運(yùn)用Markov
模型進(jìn)行整體SIL 等級(jí)和PFD（概率失敗需求）等計(jì)算和驗(yàn)證。
當(dāng)明確各期間失效率時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)結(jié)合失效率之間的關(guān)系得
出相應(yīng)的參數(shù)。完成上述工作后，軟件開(kāi)發(fā)中使用的Matlab
函數(shù)為組件工具性能的發(fā)揮提供了支持，使用該工具能夠制
作出想要的組件，供其他支持COM 編程語(yǔ)言調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)
Matlab 與其他變成語(yǔ)言的整合。
摘 要：安全儀表系統(tǒng)（SIS）作為一項(xiàng)現(xiàn)代化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)動(dòng)態(tài)化監(jiān)督和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行安
全評(píng)估。從安全儀表系統(tǒng)概念入手，對(duì)SIL 評(píng)估計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，最后探討在德固賽（是一家來(lái)自德國(guó)法蘭克福的貴
金屬提煉公司）安全聯(lián)鎖系統(tǒng)功能安全評(píng)估中應(yīng)用措施。
關(guān)鍵詞：化工裝置安全儀表系統(tǒng)；功能安全；評(píng)估體系；應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ086 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003–6490（2017）01–0121–02
Research and Application of Safety Evaluation System of
Safety Instrument System in Chemical Plant
Wu Chen-gang
Abstract ：Safety Instrumented System（SIS），as a modern system，can realize the dynamic monitoring and control of chemical
production，and realize the safety assessment of the whole production activities.This article from the concept of safety instrument
system，the appraisal of the SIL analysis and design calculation software，finally discussed in（Degussa is from Germany Frankfurt
precious metal refining company）application of safety interlock system functional safety assessment.
Key words ：chemical equipment safety instrumented system ；functional safety ；evaluation system ；application
化工裝置安全儀表系統(tǒng)功能安全評(píng)估體系的研究與應(yīng)用
吳承剛
（中海殼牌石油化工有限公司，廣東惠州 516086）
收稿日期：2017–01–06
作者簡(jiǎn)介： 吳承剛（1968—），男，遼寧盤(pán)錦人，助理工程師，主要
從事工控網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)及過(guò)程控制程序組態(tài)工作。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
工業(yè)生產(chǎn)化 工 設(shè) 計(jì) 通 訊
Industrial Production Chemical Engineering Design Communications
·122·
第43卷第1期
2017年1月
3 在德固賽安全聯(lián)鎖系統(tǒng)功能安全評(píng)估中的應(yīng)用
對(duì)于SIS 進(jìn)行功能安全評(píng)估來(lái)說(shuō)，選取德固賽安全聯(lián)鎖系
統(tǒng)作為研究對(duì)象，對(duì)其安全完整性等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，從中發(fā)現(xiàn)
問(wèn)題及隱患，并提出相應(yīng)的改進(jìn)建議。
3.1 SIS安全聯(lián)鎖系統(tǒng)
針對(duì)安全裝置來(lái)說(shuō)，按照工藝需求，過(guò)程聯(lián)鎖主要是由
DCS 實(shí)現(xiàn)。在實(shí)踐中，我們堅(jiān)持安全原則，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行
控制。安全聯(lián)鎖信號(hào)應(yīng)為硬接線(xiàn)，且獨(dú)立存在于控制系統(tǒng)中。
如針對(duì)反應(yīng)器R1025 來(lái)說(shuō)，作為MMA 裝置的壓力容器，其
內(nèi)涵主物料為異丁烯、蒸汽，通過(guò)循環(huán)氣的混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，
生成甲基丙烯醛。該化學(xué)反應(yīng)需要在特定溫度下進(jìn)行。不僅
如此，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部壓力達(dá)到限定值后，高保護(hù)設(shè)定點(diǎn)將被激活，
信號(hào)傳遞到邏輯控制器中，啟動(dòng)執(zhí)行元件，將生產(chǎn)過(guò)程及時(shí)
切斷，確保壓力容器穩(wěn)定性。從技術(shù)先進(jìn)等角度來(lái)看，結(jié)合
該項(xiàng)目特點(diǎn)，主要采用集散型控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，該系統(tǒng)由
單元控制裝置、過(guò)程接口等構(gòu)成，在過(guò)程參數(shù)控制、生產(chǎn)過(guò)
程聯(lián)鎖等功能實(shí)現(xiàn)上能夠達(dá)到目標(biāo)，使得各個(gè)裝置生產(chǎn)控制
更加靈活。具體結(jié)構(gòu)如圖2。
邏輯控制器
壓力
傳感器
01UZ100 01
PZA-001/B
PZA-001/A
容器
R1025
L
圖2 壓力保護(hù)安全儀表系統(tǒng)
3.2 評(píng)估計(jì)算
針對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行功能安全評(píng)估。由于該系統(tǒng)內(nèi)部為邏
輯結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣P 能夠得出，并應(yīng)用模型對(duì)系
統(tǒng)安全完整性水平進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)loo1 結(jié)構(gòu)PFD 公式能夠得
出一年內(nèi)系統(tǒng)安全失效率。根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)看，雖然傳感器、
邏輯控制器能夠滿(mǎn)足SIL=2等級(jí)要求，但是系統(tǒng)平均危險(xiǎn)失效
率概率較高，根據(jù)IEC61511 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，系統(tǒng)安全完整性水平
較低，仍然屬于低要求操作模式，還有待進(jìn)一步完善。其中
執(zhí)行器部分的危險(xiǎn)失效率較高，占比高達(dá)78.5%，傳感器與邏
輯控制器分別占比為18.3%、13.2%。因此執(zhí)行器部分對(duì)于系
統(tǒng)功能的貢獻(xiàn)率最大，其次是傳感器，影響最小的是邏輯控
制器部分。要想提高系統(tǒng)安全完整性，在具體實(shí)踐中，應(yīng)重
視SIF 執(zhí)行能力的控制，并對(duì)執(zhí)行器細(xì)節(jié)之處進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，
從而提高整個(gè)安全儀表系統(tǒng)的SIL 等級(jí)。
表1 傳感器部分改進(jìn)結(jié)果
傳感器SIS
PFD PFS PFD PFS SIL
改進(jìn)前5.98×10-3 3.42×10-5 3.28×10-2 1.72×10-4 l
傳感器1oo2 3.32×10-4 6.64×10-5 2.72×10-2 2.04×10-5 l
傳感器2oo2 1.16×10-2 2.26×10-6 3.83×10-3 1.38×10-4 l
傳感器2oo3 9.78×10-4 6.61×10-7 2.78×10-3 1.45×10-6 l
對(duì)于本文選取的研究案例，可以將執(zhí)行器部分的冗余配
置由單一改成雙重冗余，且閥門(mén)采取統(tǒng)一型號(hào)。再次對(duì)系統(tǒng)
進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的安全性達(dá)到了SIL2 級(jí)別，根據(jù)
IEC61511 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，執(zhí)行危險(xiǎn)失效率大幅度下降，下降到
21.3%，表1 傳感器部分改進(jìn)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，能夠確保生產(chǎn)、
人員安全，且增強(qiáng)安全儀表系統(tǒng)執(zhí)行安全性，從而使得工業(yè)
生產(chǎn)能夠滿(mǎn)足安全標(biāo)準(zhǔn)要求。通過(guò)對(duì)分析結(jié)果來(lái)看，我們能
夠發(fā)現(xiàn)誤差較小，說(shuō)明Markov 模型計(jì)算出來(lái)的PFD 結(jié)果要
比通過(guò)簡(jiǎn)化公式計(jì)算出來(lái)的PFD 更小。且當(dāng)λT=6時(shí)，2oo3 邏
輯結(jié)構(gòu)系統(tǒng)計(jì)算產(chǎn)生的誤差＞7%，在實(shí)際化工生產(chǎn)中，周期
性功能測(cè)試一般會(huì)＞ 8 760h，隨著T 的增長(zhǎng)，故障樹(shù)模型帶來(lái)
的誤差更加明顯。對(duì)于Markov 模型，不受功能檢測(cè)周期影響
是其優(yōu)點(diǎn)之一，能夠顯著提升計(jì)算準(zhǔn)確性。因此我們將該模
型作為系統(tǒng)的一部分，以此來(lái)提高評(píng)估準(zhǔn)確性。
4 結(jié)論
未來(lái)工業(yè)發(fā)展中，安全已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的主流趨
勢(shì)，廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)生產(chǎn)中。安全儀表系統(tǒng)作為一項(xiàng)重
要的系統(tǒng)，在提高生產(chǎn)安全性等方面占據(jù)至關(guān)重要的位置。
因此化工企業(yè)要充分認(rèn)識(shí)到引入該系統(tǒng)的必要性，同時(shí)根據(jù)
化工裝置特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行功能安全評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)
存在的不足之處，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。一般
來(lái)說(shuō)，化工裝置內(nèi)部多含有化學(xué)成分，存在一定危險(xiǎn)性。通
過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)行功能安全評(píng)估，能夠在很大程度上提高生產(chǎn)安
全性，為生產(chǎn)人員構(gòu)建良好的工作環(huán)境，從而促進(jìn)化工企業(yè)
持續(xù)健康發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 文華，鈕英建. 功能安全評(píng)估在安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用體系研究[J]. 中
國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2011，（7）：116-119.
[2] 楊紹軍. 煤制烯烴項(xiàng)目安全儀表系統(tǒng)評(píng)估工作的探討[J]. 儀器儀表
用戶(hù)，2016，（5）：25-27+31.
（上接第114頁(yè)）
基層單位不折不扣執(zhí)行，管理部門(mén)再跟蹤檢查、考核，對(duì)發(fā)
現(xiàn)的偏差及時(shí)糾正，促進(jìn)安全管理水平提升。
參考文獻(xiàn)
[1] 張德全. 我國(guó)石油石化企業(yè)安全管理模式的探討[D]. 北京：中國(guó)地
質(zhì)大學(xué)（北京），2005.
[2] 雍瑞生. 石化工程項(xiàng)目精益安全管理研究與實(shí)踐[D]. 武漢：華中科
技大學(xué)，2012.
[3] ?；蹠? 石化企業(yè)安全管理措施淺析[J]. 化工設(shè)計(jì)通訊，2016，42
（4）：180.
[4] 呂海洋. 淺談國(guó)際大型石化工程安全管理[J]. 科教探索，2008，（12）：
136.
（上接第113頁(yè)）
促使化工企業(yè)的發(fā)展更具活力，同時(shí)也會(huì)間接地提升生產(chǎn)效
率，為企業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
3 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，隨著社會(huì)的發(fā)展以及時(shí)代的進(jìn)步，當(dāng)前的化
工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐在逐漸加快，同時(shí)化工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效
益對(duì)于社會(huì)整體性經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的影響，因此，現(xiàn)階
段的化工產(chǎn)業(yè)所肩負(fù)的社會(huì)責(zé)任增多。而化工企業(yè)要想在此
社會(huì)發(fā)展背景下，實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)式的發(fā)展，就要將生產(chǎn)運(yùn)作中易
出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題予以解決，還要正視各個(gè)環(huán)節(jié)的作用和優(yōu)勢(shì)，
尤其是化工產(chǎn)業(yè)運(yùn)作中的化工分析環(huán)節(jié)，這一步驟可以良好
的促進(jìn)化工企業(yè)的生產(chǎn)效率提升，還會(huì)間接地降低環(huán)境污染，
為化工企業(yè)的發(fā)展提供動(dòng)力。
參考文獻(xiàn)
[1] 丁秋琴. 化工分析在化工生產(chǎn)過(guò)程中的作用探討[J]. 化工管理，
2014，12（20）：99-99.
萬(wàn)方數(shù)據(jù)

網(wǎng)友評(píng)論 more

化工安全論文最新內(nèi)容

03-11