安全仪表系统的功能安全介绍视频
本帖最后由 live859 于 2019-11-8 09:31 编辑安全仪表系统的功能安全介绍--杭州豪鹏科技有限公司 产品经理李强（如不能下载，请微信扫二维码直接观看！）一、前言： 国家安监总局发布的“安监总管三116号”文件中对安全仪表系统(SIS)的评估提出了具体要求，包括进一步加强安全仪表系统全生命周期的管理，从源头加快规范新建项目安全仪表系统管理工作，并且积极推进在役安全仪表系统评估工作。另外：在役装置2019年底前完成安全仪表系统评估和完善工作，老旧装置及新建项目如未配套安全仪表系统和未进行SIL定级则将不核发新的《安全生产许可证》。今后安全仪表系统的相关工作会越来越多，越来越重要，基于此，本文将对安全仪表系统的功能安全知识进行介绍。 IEC61508、IEC61511、ISA84等标准中对安全仪表系统整体生命周期有详细的描述，它是一个结构化的流程，各阶段的活动之间并不是孤立存在的，实际上是一个完整的体系，相互之间有一定的逻辑关系和顺序。安全仪表SIS系统的安全生命周期分为3个阶段：即分析阶段、实现阶段、运行阶段。在分析阶段对风险进行管理，主要工作是危害和风险的分析，对降低风险的进行确认。在实现阶段，需要考虑sis系统采用的技术、结构和测试间隔周期等，并对系统的可用性和安全性进行评估，实现系统的性能要求。
最后在运行阶段，要进行启动前的安全监控，工程师要理解系统是否满足了所有的安全要求，所有的SIF回路是否满足SIL等级要求等。并且在每次维护和修改系统都需要有详细的文档记录。 安全仪表系统的生命过程，在初始阶段进行危险识别，一般采用HAZOP分析方法，或者WHAT-IF等，识别出风险高的假想事故场景，然后进一步对这些风险高的事情场景进行半定量分析，这里一般采用保护层分析方法（LOPA），以确定是否需要安全仪表功能SIF，同时对SIF回路的SIL等级要求明确。接下来在安全要求规范（SRS）中编写安全仪表功能SIF的技术要求，包括SIL水平，测试间隔、可靠性要求，输入输出等内容。确定SRS方后下一步工作就是需要对SIF回路进行SIL验证工作，根据安全需求规格说明书（SRS）的要求，收集SIF回路相关设备的失效数据和架构约束，计算SIF回路已达到的SIL等级。最后就是运营阶段，需要周期性维护，在线测测，离线检测等确保系统的性能。 二、安全仪表系统（SafetyInstrumented System） 安全仪表系统（SIS）由传感器、逻辑运算器和最终控制元件组成的系统.当工艺条件偏离时，使装置处于安全状态的目的。安全仪表系统功能功能包括，1，监视生产过程的状态，判断生产过程中是否出现某种潜在的危险条件。2，当出现危险的条件时，自动执行其规定的安全仪表功能（SIF） ，防止危险事件的发生。换句话说，安全仪表系统一旦执行了正常的安全仪表功能，则不会发生危险事件。3，减轻危险事件造成的影响，也就是通过减少损失，或者减少影响后果的办法来降低风险。在一些情况下，安全仪表系统实现安全仪表功能的目的是减少风险，或者说是减少潜在危险发生的概率。另外一些情况，实现其安全仪表功能的目的是减弱已经发生危险事件的后果，还有一些情况，则是两种情况的综合. SIF即安全仪表功能是安全仪表系统是否能有效地执行其安全功能的体现，每一个安全仪表功能针对特定的风险事故场景进行保护。在安全仪表功能中，讨论的危险事故场景不同则其关键动作也会不同。在实际系统中，需要对控制、设备及工艺过程等多方面的深入的认识，才能正确的设计安全仪表功能SIF。安全仪表SIS系统中包括多个安全仪表功能SIF。 一个传感器或一个执行器可能隶属于多个SIF（安全仪表功能回路），比如S-1传感器监控的参数超过设定值，可以让6号最终执行元件动作。同时S-2传感器也可以使6号最终执行元件动作。不同的SIF对应的SIL等级可以不同，因为每个一个SIF回路所对应的假想事故场景的风险并不一样。同时一个SIF回路在二个事故场景中，所要求的SIL等级也可能是不同的。不可以说整个SIS系统是SIL-1等级 关于安全仪表系统(SIS)和 基本过程控制系统（BPCS)的差异，让很多初学者疑惑，二种系统从逻辑结构上来看明明是差不多的，为什么还要区分呢？现在来讲一下它们的差异。1、两者执行的功能有所不同，基本过程控制系统是执行常规生产过程控制的系统，据统计，工业中95%以上的控制系统都是基本过程控制系统。由此可见，BPCS执行基本生产控制功能，以达到生产过程的正常操作要求。SIS则是监视生产过程的状态，判断危险条件，防止事故的发生。2、两者具备不同的工作状态，SIS是被动的、休眠的，BPCS是主动的，动态的，是用来满足生产需要，所以要动态的运行，保持生产过程的连续稳定的运行。3、对于失效，两种系统有着不同的表现形式。BPCS其大部分失效都是显而易见的，比如生产过程中，达不到特定的开关状态，必定会影响正常的生产，因此故障的发生就会显现出来。SIS系统由于大部分时间处于休眠状态，所以很难觉察它是否出现了失效或者存在隐性的问题。所以SIS系统需要自诊断测试系统，还要周期性的离线测试和在线测试。 IEC61508中对SIL的定义为：在一定时间，一定条件下，安全相关的系统执行其所规定的安全功能的可能性。选择安全完整性水平的目的是通过降低风险发生的概率，把风险降低到一个可以接受的水平。IEC61508规范中“高要求操作模式”和“低要求操作模式”所定义的SIL等级有所差异。低要求操作模式是指对安全仪表系统提出的操作要求频率不大于每年一次，或者不大于二倍的功能测试频率。 SIL安全完整性等级，简单的说，SIL是对安全可靠性的一种衡量。每一个SIL等级代表一个风险降低的数量级，比如一个SIL-1安全功能装置使一个事故发生的频率降低了一个数量级，SIL-2使风险发生的频率降低了二个数量级。
英国健康和安全署HSE对34个直接由控制系统和安全系统失效造成的事故进行调查，得到的结果显示，44%的事故是由于不正确的安全要求规范引起的。第二类高的引发事故的原因是调试后的变更，占21%。所以确定安全要求规范正确的重要性显而易见，换话名说，系统可能完成了其设计的所具有的功能，但是这些功能本身不是正确的。
前面所说的由控制系统失效直接造成的事故中44%是由于不正确的安全要求规范引起的，那么SIF的安全要求规范如何编制？在IEC61511标准中的定义：包含了安全仪表功能（SIF）所有要求的规范。它的目标是规定详细的过程安全信息中所需要的要求。在安全要求规范编写前，我们需要收集以下资料，1，概念的过程安全设计。2，危险分析和风险评估，3，非安全仪表系统保护层的应用。4，为必须的安全仪表功能确定安全完整性等级。这些内容必须是有效的、完善的。如果这些过程不存在或者不完善，无论在制定系统的规范上花费多少时间，最终得到的都是不正确的安全要求规范。当在安全要求规范中提出SIF回路要求实现SIL-2的安全完整性等级时，我们应该如何来设计系统架构呢？如果我们选用SIL-2的传感器、逻辑控制器、最终执行元件组成1oo1的结构是否可以实现SIF回路的SIL-2等级呢？回答是不一定能达到SIL-2.因为安全仪表回路总的平均危险失效概率PFD约等于传感器、逻辑控制器、最终执行元件每个单元的平均危险失效概率相加。那么可以考虑用SIL-3的设备来实现SIL-2的SIF回路，那么这样的成本可能要高很多。所以我们更多的是考虑冗余结构来实现。比如1oo2，2oo3等。这里看到1oo2，2oo2，2oo3的冗余结构，第一个1oo2的结构中只要有一个设备是正常的，系统就不会发生危险失效，可以明显降低危险失效的概率。但是安全失效的概率却增大了，因为只要有一个设备发生了安全失效，就会造成系统的误停车。如果选2oo2的冗余结构，要求2个设备同时判断出现了工艺参数的偏离，安全仪表功能回路才会动作，这样呢明显降低了安全失效（可用性）的概率，也就是减少误停车的影响。2oo2的冗余结构明显的降低了系统的安全，提高了危险失效的概率。
1oo2，2oo2结构要么不能满足安全性要求，要么不能满足可靠性要求，所以很多时候大家会选择2oo3的冗余结构，这种冗余结构同时考虑了安全失效和危险失效，是一种相对折中的冗余结构方案。
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