《安全仪表系统SIS(1).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安全仪表系统SIS(1).ppt（53页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、安全仪表系统SIS,一些基本问题,为什么不用DCS执行安全功能？ 1oo2和2oo3，哪一个更安全？ 能否设计一个100%可靠和不会误跳车的联锁？ SIF什么情况可以删除/增加？ SIF/DCS分开和共享原则是什么？ SIL会不会增加成本？ SIS仪表如何采购，验证和维护？ SIF在天然气/原油长距离输送，和石化项目中，过压保护如何设计？,SIS基本概念,,/01,SIS基本概念,安全仪表系统（SIS）： 由多个变送器，逻辑处理器和终端元件组成;,工艺偏离正常值时，能把系统带回安全状态；,SIS基本概念,安全仪表功能（SIF） 是安全仪表系统中，为实现某一功能的单一回路； 只针对特定一个隐患，
2、把工艺系统带回安全状态； 每一个SIF回路，对应一个SIL等级。,SIS基本概念,安全仪表系统生命周期,工艺流程 概念设计； 识别隐患 危险源识别； SIL评估 LOPA分析； SIL等级 确定SIF冗余、增删和 其他非SIS措施； SIF设计 确定因果图和技术参 数； 采购安装 PFD要求和验证； 调试 频率和维护。,SIS基本概念,安全仪表系统故障模式,仪表故障可分为“安全失效S”和“危险失效D”。,安全失效致误跳车，降低生产连续性； 危险失效导致事故，降低安全可靠性；,故障,SIS基本概念,安全仪表系统故障模式,仪表故障分为可探测的和不可探测的； “安全失效” 和“危险失效”，均可分为“
3、可探测的”和“不可探测的”； 可探测的和不可探测的“安全失效”，会导致误跳车，把工艺带回安全状态； 可探测的“危险失效”，可转换信号为为“安全失效”，把工艺带回安全状态； 不可探测的“危险失效”，不能被系统设别，会导致安全事故。,SIS基本概念,SIL定义,Demand是工艺系统里，是非安全仪表系统的失效率； PFD=probability of Failure on Demand，是一个SIF回路的失效率；,SIL是指一个SIF回路的可靠性要求，即PFD； 按PFD所在区间的不同，把SIF回路划分为四个SIL等级。,SIS基本概念,SIL定义,一个SIF回路的PFD（失效率），是SIF三个子
4、系统PFD加和。即变送器、逻辑处理器、终端元件的加和； 单个仪表PFD = 1 - e -DU*TI/2的，约等于D *TI/2（参见IEC61508）； D为危险失效率，由仪表商提供； TI为仪表调试频率，由业主定义； 从SIF回路计算的PFD，可验证回路是否能满足SIL等级的要求。,SIS基本概率运算,,/02,简单概率运算法则,P(A) = 1 = 1/6,P(B) = 3 = 1/6,P(A AND B) = P(A) x P(B),P(A OR B) = P(A) + P(B),SIS基本概率运算,0.04 0.02,1oo1,可能性 跳车率 危险率 (降低生产连续性) (降低安全可
5、靠性),SIS基本概率运算,可能性 跳车率 危险率 (降低生产连续性) (降低安全可靠性),SIS基本概率运算,1oo2,0.08,很安全，但跳车相对频繁,0.0004,可能性 误跳车率 危险率 (降低生产连续性) (降低安全可靠性),SIS基本概率运算,2oo2,0.0016,可避免频繁跳车，但安全性低,0.04,16,SIS基本概率运算,2oo3,可能性 误跳车率 危险率 (降低生产连续性) (降低安全可靠性),0.0048,0.0012,可避免频繁跳车，也可确保安全性,0.04 0.02,0.0048,2oo3,0.0012,安全性：1oo2 2oo3 1oo1 2oo2 连续性：2oo
6、2 2oo3 1oo1 1oo2,SIS基本概率运算,1oo1,1oo2,2oo2,可能性 误跳车率 危险率 (降低生产连续性) (降低安全可靠性),0.08 0.0004,0.0016 0.04,冗余,比较,PFD计算基本公式,SIS基本概率运算,压力变送器 各为2oo2的两组变送器，分别保证生产连续性； 2oo2的两组变送器，组成1oo2确保安全可靠性； 电磁阀和工艺阀门 单个阀门两个电磁阀构成2oo2，保证生产连续性； 两个工艺阀门组成1oo2，保证安全可靠性。,如何确保系统可靠性？避免误跳车？,SIS基本概率运算,工艺系统设计分析,,/03,工艺系统设计分析,流程,输入,输出,22,工
7、艺系统设计分析,确定可接受风险（公司；环境/社区；地方法规）； 识别潜在隐患、后果、发生可能性； 过高估计后果：投资成本上升； 过低估计后果：措施不足造成危险； 识别非SIS措施：分层和100%胜任原则； 风险比较： 非SIS措施总风险低于可接受风险？ 其他新的控制措施？ 确定是否需要SIF和SIL等级； 确定SIF回路设计和技术参数。,设计分析流程（定量）,23,工艺系统设计分析,是指事故发生后，其影响范围内造成的人员伤亡、环境污染、财产损失、公司形象损害等。 设计意义的后果，是基于一定的估算原则。例如： 人员伤亡：1个，2个，群是群伤等； 环境污染：车间、厂内、厂外、跨境等； 财产损失,后
8、果,二、分层保护,2. 事故的发生是可以预防和/或减缓的,典型的预防措施 - 生产操作程序 DCS (基本工艺控制系统) 报警和操作工干预 安全仪表系统(SIS) 降低事故发生的可能性，来降低风险,典型的减缓措施： 控制点火源； 火灾和气体探测系统 围堰 应急撤退 降低后果的严重性，来降低风险,一、可接受风险,风险很难降低到零； 风险下降越低，投资将越大； 人们的“可接受风险”，与事故后果的“严重性”相关。,最低合理可行原则（ALARP）,一、可接受风险,根据事故后果的严重性，定义“可接受的风险”,化工装置可接受风险,二、分层保护,每一层措施，都对安全做出贡献； 一个成功，事故就不会发生或扩大
9、；,保护层总失效率，应小于可接受风险。,二、分层保护（举例）,总失效率：10-3 + 910-4 = 1.910-3 , 大于可接受风险10-4,不符合安全要求！,二、分层保护（举例）,总失效率：10-4 + 910-5 = 1.910-4 , 大于可接受风险10-4,不符合安全要求！,高压报警,员工干预,SIS,后果和频率,容器破裂，泄漏到环境,容器破裂，泄漏到环境,保护层3,二、分层保护（举例）,总失效率：10-5 + 910-5 = 1.910-5 , 小于可接受风险10-4,符合安全要求！,二、分层保护,保护层必须是： 独立的（Independence）； 额定荷载的、可靠的(Depe
10、ndability)；,针对性的（Specificity）; 可审计的（Auditability）。,三、独立保护层,独立保护层，是能防止工艺系统隐患发生的装置、系统或行动。,主动独立保护层 基本工艺控制系统 报警人工干预 安全泄放阀门 安全仪表系统,被动独立保护层 围堰/围堤 全开的排气筒 抗爆墙 阻火器,四、SIL概念,保护层总失效率 可接受风险； 保护层总失效率 = SIS保护层 + 非SIS保护层失效率； SIS失效率 = 可接受风险 非SIS保护层失效率,四、SIL概念,一个SIF对应一个SIL级别； 一个SIS可能有很多SIL级别。,现有技术，SIS失效率最低只能降到SIL4； 化
11、工系统最多SIL3，不推荐SIL4，除非,五、SIL在SIS设计的应用,根据SIL审查的意见，考虑增加或删除安全仪表功能；,例： 根据SIL评估结果，确定输油管是否需要紧急切断系统（SIS）,五、SIL在SIS设计的应用,调整安全仪表功能的冗余设计：变送器，逻辑处理器，和终端元件；,变IEC61511-1 表5 送器，终端元件，和非PE逻辑处理器,调整冗余,根据：IEC61511-1的第11.4 “硬件容错要求”；,五、SIL在SIS设计的应用,IEC 61511-1 表6,变送器，终端元件，和非PE逻辑处理器,不建议SIL4：避免过度冗余、生产、维护等问题； 考虑“非SIS”措施，降低SIL
12、等级,调整冗余,SIS,SIS,五、SIL在SIS设计的应用,冗余调整： SIL1,五、SIL在SIS设计的应用,冗余调整： SIL2,五、SIL在SIS设计的应用,冗余调整： SIL3,五、SIL和SIS设计,考虑SIS和DCS分开或共用设计,变送器/阀门共用： DCS的失效，不影响SIS的SIL等级； 变送器/阀门分开： 避免两则者同时失效； 避免不经意的变更，影响SIS安全功能；,逻辑处理器共用(成套设备)： 提高整个逻辑处理器可靠性； 整个系统的运行、变更、维护、调试，按照SIS看待； 系统组态和编程设置权限。,原则： SIS/DCS分开设计，但DCS失效不影响SIS可靠性时，可共用,
13、五、SIL和SIS设计,考虑SIS和DCS分开或共用设计,三个变送器中间值做控制用途，2oo3做SIS联锁用途 仅用于SIF SIL 1。,可用于 SIL 1； 两位阀失效率满足SIL2时，SIL2 调节阀失效非SIF动作原因时，SIL3,五、SIL和SIS设计,考虑SIS仪表冗余多样性：减少“共同原因失效”,4.1 采用不同“厂家”，“原理”产品，“型号”产品；,4.2 SIL3：应考虑与DCS分开和仪表冗余多样性；,五、SIL和SIS设计,考虑SIS仪表冗余多样性：减少“共同原因失效”,4.3 SIL4：必须考虑与DCS分开，必须采用仪表冗余多样性；,4.4 SIL只考虑安全可靠性，SIS
14、设计还应考虑生产连续性。,锅炉或氨罐过压保护联锁 压力和温度信号组成1oo2； 温度设定值，为对应起跳压力的饱和蒸气压 两个不同检测原理信号，消除“相同原因失效”,五、SIL和SIS设计,HIPS设计（应用于火炬系统设计）,5.1 工厂火炬系统,备注： 通过SIS切断再沸器蒸汽，安全阀将不会起跳，关键是SIS可靠性,五、SIL和SIS设计,HIPS设计（应用于火炬系统设计）,5.2 天然气、原油长距离输送系统,备注： 任何一个接力压缩机站跳车，上游将全线超压,PT,五、SIL和SIS设计,HIPS设计(火炬系统设计 ）,设计前提： 火炬头马赫数不能超过0.5； 各安全阀出口背压，不高于起跳压力
15、10%(弹簧),或50%(先导或波纹管)；,火炬总管超压150200%概率， 10-5； 确定失效SIS数量，作为火炬系统设计负荷。,五、SIL和SIS设计,破管保护,高压氧气管线；,天然气长距离管线；,五、SIL和SIS设计,破管保护,原油长距离输； 海洋石油生产和输送； 罐区管线等等。,SIL评估确定保护在SIS或DCS实现,安全要求规范,假设SIS的设计已经满足下列要求： SIL等级的可靠性要求； 与DCS分开设计的要求； 冗余要求； 多样性要求。,但SIS在事故发生前，却不一定动作。 原因之一，可能是安全要求设计错误。,问题：,安全要求规范,假设SIS的设计已经满足下列要求： SIL等级的可靠性要求； 与DCS分开设计的要求； 冗余要求； 多样性要求。,案例分析：2oo3去联锁1个变送器去控制,Thanks,