工藝安全管理2-4工藝安全分析SIL

1、工藝平安管理自我簡介 陳建平專業(yè)：設(shè)計平安郵件：safetychen重慶MDI一體化工程西氣東輸榆林樞紐工藝改造工程神華寧夏煤制烯烴工程2一些根本問題為什么不用DCS執(zhí)行平安功能？1oo2和2oo3，哪一個更平安？能否設(shè)計一個100%可靠和不會誤跳車的聯(lián)鎖？SIF什么情況可以刪除/添加？SIF/DCS分開和共享原那么是什么？SIL會不會添加本錢？SIS儀表如何采購，驗證和維護？SIF在天然氣/原油長間隔保送，和石化工程中，過壓維護如何設(shè)計？3課程目錄平安儀表系統(tǒng)(SIS)根本概念；根本概率運算；工藝系統(tǒng)設(shè)計流程；SIL評價4第一部分 SIS根本概念SIS根本概念平安儀

2、表系統(tǒng)SIS：由多個變送器，邏輯處置器和終端元件組成;工藝偏離正常值時，能把系統(tǒng)帶回平安形狀；6SIS根本概念平安儀表功能SIF是平安儀表系統(tǒng)中，為實現(xiàn)某一功能的單一回路；只針對特定一個隱患，把工藝系統(tǒng)帶回平安形狀；每一個SIF回路，對應(yīng)一個SIL等級。7SIS根本概念平安儀表系統(tǒng)生命周期工藝流程 概念設(shè)計；識別隱患 危險源識別；SIL評價 LOPA分析；SIL等級 確定SIF冗余、增刪和 其他非SIS措施；SIF設(shè)計 確定因果圖和技術(shù)參 數(shù)；采購安裝 PFD要求和驗證；調(diào)試 頻率和維護。定義工藝流程隱患識別和分層維護分析確定非SIS措施是不是設(shè)計、采購安裝、驗證、試車維護、調(diào)試確定SIF冗余

3、/增刪其他預(yù)防/減緩措施SIL評價SIS？終了SIS根本概念平安儀表系統(tǒng)缺點方式儀表缺點可分為“平安失效S和“危險失效D。平安失效致誤跳車，降低消費延續(xù)性；危險失效導(dǎo)致事故，降低平安可靠性；缺點60%40%平安失效危險失效DSSIS根本概念平安儀表系統(tǒng)缺點方式平安可探測(SD)60%40%平安失效危險失效SD(SU)平安不可探測(DD)危險可探測危險不可探測(DU)儀表缺點分為可探測的和不可探測的；“平安失效 和“危險失效，均可分為“可探測的和“不可探測的；可探測的和不可探測的“平安失效，會導(dǎo)致誤跳車，把工藝帶回平安形狀；可探測的“危險失效，可轉(zhuǎn)換信號為為“平安失效，把工藝帶回平安形狀；不可探

4、測的“危險失效，不能被系統(tǒng)設(shè)別，會導(dǎo)致平安事故。SIS根本概念SIL定義Demand是工藝系統(tǒng)里，是非平安儀表系統(tǒng)的失效率；PFD=probability of Failure on Demand，是一個SIF回路的失效率；SIL等級SIL 4SIL 3SIL 2SIL 1PFD 失效率10-4 到 10-510-3 到 10-410-2 到 10-310-1 到 10-2SIL是指一個SIF回路的可靠性要求，即PFD；按PFD所在區(qū)間的不同，把SIF回路劃分為四個SIL等級。40%平安失效危險失效SD(DD)危險可探測危險不可探測(DU)PFDavg = 1 - e -DU*TI/260%S

5、IS根本概念SIL定義一個SIF回路的PFD失效率，是SIF三個子系統(tǒng)PFD加和。即變送器、邏輯處置器、終端元件的加和；單個儀表PFD = 1 - e -DU*TI/2的，約等于D *TI/2參見IEC61508；D為危險失效率，由儀表商提供；TI為儀表調(diào)試頻率，由業(yè)主定義；從SIF回路計算的PFD，可驗證回路能否能滿足SIL等級的要求。40%平安失效危險失效SD(DD)危險可探測危險不可探測(DU)PFDavg = 1 - e -DU*TI/260%變送器子系統(tǒng)邏輯處置器子系統(tǒng)終端元件子系統(tǒng)第二部分 - SIS根本概率運算AB簡單概率運算法那么P(A) = 1 = 1/6 P(B) = 3

6、= 1/6P(A AND B)= P(A) x P(B)P(A OR B)= P(A) + P(B)SIS根本概率運算0.04 0.02A1oo1能夠性 跳車率 危險率 (降低消費延續(xù)性) (降低平安可靠性)SIS根本概率運算能夠性 跳車率 危險率 (降低消費延續(xù)性) (降低平安可靠性)SIS根本概率運算BA1oo2 0.08很平安，但跳車相對頻繁0.0004能夠性 誤跳車率 危險率 (降低消費延續(xù)性) (降低平安可靠性)SIS根本概率運算AB2oo20.0016可防止頻繁跳車，但平安性低0.0418SIS根本概率運算2oo3ABC能夠性 誤跳車率 危險率 (降低消費延續(xù)性) (降低平安可靠性

7、)0.00480.0012可防止頻繁跳車，也可確保平安性0.040.020.00482oo30.0012平安性：1oo2 2oo3 1oo1 2oo2 延續(xù)性：2oo2 2oo3 1oo1 1oo2SIS根本概率運算1oo11oo22oo2能夠性 誤跳車率 危險率 (降低消費延續(xù)性) (降低平安可靠性)0.080.00040.0016 0.04冗余比較PFD計算根本公式SIS根本概率運算冗余 1oo1 1oo2 2oo2 2oo3 1oo2D MTBFsp 1/S1/(2S)1/(2S2 * MTTR )1/(6S2 * MTTR )1/(2S2 * MTTR )PFD D (MTTR+TI/

8、2)2D2 (MTTR+TI/2)22D (MTTR+TI/2)6D2 (MTTR+TI/2)22D2 (MTTR+TI/2)2其中: MTTR = 裝配到檢修完好的時間MDT (Mean Down Time) = (MTTR + TI/2) 假設(shè): 1/MDT failure rateT I = 調(diào)試間隔S = 平安失效D = 危險失效壓力變送器各為2oo2的兩組變送器，分別保證消費延續(xù)性；2oo2的兩組變送器，組成1oo2確保平安可靠性；電磁閥和工藝閥門單個閥門兩個電磁閥構(gòu)成2oo2，保證消費延續(xù)性；兩個工藝閥門組成1oo2，保證平安可靠性。如何確保系統(tǒng)可靠性？防止誤跳車？1oo22oo2

9、2oo2SIS根本概率運算第三部分 工藝系統(tǒng)設(shè)計分析工藝系統(tǒng)設(shè)計分析流程輸入輸出工藝流程概念設(shè)計隱患識別和后果分層維護分析是不是SIF設(shè)計SIL等級確定非SIS措施SIS？其他措施物料平衡危險源識別隱患的嚴重性可接受風(fēng)險工藝流程圖維護措施發(fā)生的能夠性工藝流程圖冗余、技術(shù)參數(shù)24工藝系統(tǒng)設(shè)計分析確定可接受風(fēng)險公司；環(huán)境/社區(qū)；地方法規(guī)；識別潛在隱患、后果、發(fā)生能夠性；過高估計后果：投資本錢上升；過低估計后果：措施缺乏呵斥危險；識別非SIS措施：分層和100%勝任原那么；風(fēng)險比較：非SIS措施總風(fēng)險低于可接受風(fēng)險？其他新的控制措施？確定能否需求SIF和SIL等級；確定SIF回路設(shè)計和技術(shù)參數(shù)?？山?/p>

10、受風(fēng)險固有風(fēng)險風(fēng)險分層維護未采取任何措施基于公司、環(huán)境和法規(guī)各層措施分別降低風(fēng)險設(shè)計分析流程定量25工藝系統(tǒng)設(shè)計分析是指事故發(fā)生后，其影響范圍內(nèi)呵斥的人員傷亡、環(huán)境污染、財富損失、公司籠統(tǒng)損害等。設(shè)計意義的后果，是基于一定的估算原那么。例如：人員傷亡：1個，2個，群是群傷等；環(huán)境污染：車間、廠內(nèi)、廠外、跨境等；財富損失后果二、分層維護2. 事故的發(fā)生是可以預(yù)防和/或減緩的典型的預(yù)防措施 -消費操作程序DCS (根本工藝控制系統(tǒng))報警和操作工干涉平安儀表系統(tǒng)(SIS)降低事故發(fā)生的能夠性，來降低風(fēng)險典型的減緩措施：控制點火源；火災(zāi)和氣體探測系統(tǒng)圍堰應(yīng)急撤離降低后果的嚴重性，來降低風(fēng)險26一、可接

11、受風(fēng)險風(fēng)險很難降低到零；風(fēng)險下降越低，投資將越大；人們的“可接受風(fēng)險，與事故后果的“嚴重性相關(guān)。最低合理可行原那么ALARP27一、可接受風(fēng)險根據(jù)事故后果的嚴重性，定義“可接受的風(fēng)險輕微(Ca)嚴重(Cb)極嚴重(Cc)災(zāi)難性(Cd)死亡 0 0.1 1高于極嚴重受傷 0.5 2 15高于極嚴重環(huán)境損失 ($k US) 100 1000 10000高于極嚴重財產(chǎn)損失 ($M US) 5.0 50.0 500高于極嚴重可接受風(fēng)險(1/年) 10-3 10-4 10-5 10-6化工安裝可接受風(fēng)險28二、分層維護每一層措施，都對平安做出奉獻；一個勝利，事故就不會發(fā)生或擴展；維護層總失效率，應(yīng)小于可

12、接受風(fēng)險。29二、分層維護舉例總失效率：10-3 + 910-4 = 1.910-3 , 大于可接受風(fēng)險10-4不符合平安要求！30二、分層維護舉例總失效率：10-4 + 910-5 = 1.910-4 , 大于可接受風(fēng)險10-4不符合平安要求！31可接受風(fēng)險10-4高壓報警員工干涉SIS后果和頻率容器破裂，走漏到環(huán)境容器破裂，走漏到環(huán)境維護層3二、分層維護舉例總失效率：10-5 + 910-5 = 1.910-5 , 小于可接受風(fēng)險10-4符合平安要求！32二、分層維護維護層必需是：獨立的Independence；額定荷載的、可靠的(Dependability)；針對性的Specificit

13、y;可審計的Auditability。33三、獨立維護層獨立維護層，是能防止工藝系統(tǒng)隱患發(fā)生的安裝、系統(tǒng)或行動。自動獨立維護層根本工藝控制系統(tǒng)報警人工干涉平安泄放閥門平安儀表系統(tǒng)被動獨立維護層圍堰/圍堤全開的排氣筒抗爆墻阻火器34四、SIL概念維護層總失效率 可接受風(fēng)險；維護層總失效率 = SIS維護層 + 非SIS維護層失效率；SIS失效率= 可接受風(fēng)險 非SIS維護層失效率35四、SIL概念SIL級別SIL 4SIL 3SIL 2SIL 1失效率PFD10-4 to 10-510-3 to 10-410-2 to 10-310-1 to 10-2一個SIF對應(yīng)一個SIL級別；一個SIS能夠

14、有很多SIL級別?，F(xiàn)有技術(shù)，SIS失效率最低只能降到SIL4；化工系統(tǒng)最多SIL3，不引薦SIL4，除非36五、SIL在SIS設(shè)計的運用根據(jù)SIL審查的意見，思索添加或刪除平安儀表功能；例： 根據(jù)SIL評價結(jié)果，確定輸油管能否需求緊急迫斷系統(tǒng)SIS？海洋37五、SIL在SIS設(shè)計的運用調(diào)整平安儀表功能的冗余設(shè)計：變送器，邏輯處置器，和終端元件；變IEC61511-1 表5 送器，終端元件，和非PE邏輯處置器調(diào)整冗余根據(jù)：IEC61511-1的第11.4 “硬件容錯要求；38五、SIL在SIS設(shè)計的運用SIL最低冗余要求（參閱11.4.3和11.4.4）最低冗余要求（如滿足11.4.4）1002

15、103214參照IEC 61508參照IEC 61508IEC 61511-1 表6變送器，終端元件，和非PE邏輯處置器不建議SIL4：防止過度冗余、消費、維護等問題；思索“非SIS措施，降低SIL等級調(diào)整冗余39SISSIS五、SIL在SIS設(shè)計的運用冗余調(diào)整： SIL140五、SIL在SIS設(shè)計的運用冗余調(diào)整： SIL241五、SIL在SIS設(shè)計的運用冗余調(diào)整： SIL342五、SIL和SIS設(shè)計思索SIS和DCS分開或共用設(shè)計變送器/閥門共用：DCS的失效，不影響SIS的SIL等級；變送器/閥門分開：防止兩那么者同時失效；防止不經(jīng)意的變卦，影響SIS平安功能；邏輯處置器共用(成套設(shè)備)：

16、提高整個邏輯處置器可靠性；整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)、變卦、維護、調(diào)試，按照SIS對待；系統(tǒng)組態(tài)和編程設(shè)置權(quán)限。原那么：SIS/DCS分開設(shè)計，但DCS失效不影響SIS可靠性時，可共用43五、SIL和SIS設(shè)計思索SIS和DCS分開或共用設(shè)計三個變送器中間值做控制用途，2oo3做SIS聯(lián)鎖用途僅用于SIF SIL 1?？捎糜?SIL 1；兩位閥失效率滿足SIL2時，SIL2調(diào)理閥失效非SIF動作緣由時，SIL344五、SIL和SIS設(shè)計思索SIS儀表冗余多樣性：減少“共同緣由失效4.1采用不同“廠家，“原理產(chǎn)品，“型號產(chǎn)品；氣化爐高壓氧氣高壓氮氣通大氣4.2SIL3：應(yīng)思索與DCS分開和儀表冗余多樣性；4

17、5五、SIL和SIS設(shè)計思索SIS儀表冗余多樣性：減少“共同緣由失效4.3SIL4：必需思索與DCS分開，必需采用儀表冗余多樣性；4.4SIL只思索平安可靠性，SIS設(shè)計還應(yīng)思索消費延續(xù)性。鍋爐或氨罐過壓維護聯(lián)鎖壓力和溫度信號組成1oo2；溫度設(shè)定值，為對應(yīng)起跳壓力的飽和蒸氣壓兩個不同檢測原理信號，消除“一樣緣由失效46五、SIL和SIS設(shè)計HIPS設(shè)計運用于火炬系統(tǒng)設(shè)計 5.1工廠火炬系統(tǒng)備注：經(jīng)過SIS切斷再沸器蒸汽，平安閥將不會起跳，關(guān)鍵是SIS可靠性47五、SIL和SIS設(shè)計HIPS設(shè)計運用于火炬系統(tǒng)設(shè)計 5.2天然氣、原油長間隔保送系統(tǒng)備注：任何一個接力緊縮機站跳車，上游將全線超壓P

18、T48五、SIL和SIS設(shè)計HIPS設(shè)計(火炬系統(tǒng)設(shè)計 SIS失效總負荷火炬背壓MPag火炬頭馬赫數(shù)ESD失效概率SIL1SIL2SIL31個200.90.29610-210-310-42個351.310.51910-310-510-73個42-0.68310-410-710-104個48-10-510-9設(shè)計前提：火炬頭馬赫數(shù)不能超越0.5；各平安閥出口背壓，不高于起跳壓力10%(彈簧),或50%(先導(dǎo)或波紋管)；火炬總管超壓150200%概率， 10-5；確定失效SIS數(shù)量，作為火炬系統(tǒng)設(shè)計負荷。49五、SIL和SIS設(shè)計破管維護 高壓氧氣管線；天然氣長間隔管線；50五、SIL和SIS設(shè)計破管維護 原油長間隔輸；海洋石油消