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1、工艺安全管理,自我简介 陈建平,专业：设计安全电话：13452180917；邮件：,重庆MDI一体化项目,西气东输榆林枢纽工艺改造项目,神华宁夏煤制烯烃项目,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？,课程目录,安全仪表系统(SIS)基本概念；基本概率运算；工艺系统设计流程；SIL评估,第一部分 SIS基本概念,SIS基本概念,安全仪
2、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，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
3、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“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
4、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。,第二部分 - SIS基本概率运算,简单概率运算法则,P(A) = 1 = 1/6,P(B) = 3 = 1/6,P(A AND B)= P(A)
5、 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,0.04,18,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
6、,0.0012,可避免频繁跳车，也可确保安全性,0.040.02,0.0048,2oo3,0.0012,安全性：1oo2 2oo3 1oo1 2oo2 连续性：2oo2 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),0.080.0004,0.0016 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
7、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,第三部分 工艺系统设计分析,工艺系统设计分析,流程,输入,输出,24,工艺系统设计分析,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）,25,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
8、。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
9、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；,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
10、求！,二、分层保护,保护层必须是：独立的（Independence）；额定荷载的、可靠的(Dependability)；,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
11、可能有很多SIL级别。,现有技术，SIS失效率最低只能降到SIL4；化工系统最多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SIL
12、4：避免过度冗余、生产、维护等问题；考虑“非SIS”措施，降低SIL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
13、分开设计，但DCS失效不影响SIS可靠性时，可共用,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；,4.2SIL3：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”,4.3SIL4：必须考虑与DCS分开，必须采用仪表冗余多样性；
14、,4.4SIL只考虑安全可靠性，SIS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
15、背压，不高于起跳压力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,SIS的安全要求规范Safety Requirement Specification,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,
