sis系统分析系统分析 - 副本

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1、安全联锁系统的可靠性及可用性分析邵建设邵建设先生，南京扬子石油化工设计工程有限责任公司工程师。关键词：安全联锁系统可靠性可用性双重化三重化安全联锁系统SIS(SafetyInterlockingSystem)，也称紧急停车系统ESD(EmergencyShutDown)，是对石油化工生产装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行响应和保护，从而保障石油化工企业的安全生产，避免重大人身伤害及重大设备损害的仪表控制系统。在IEC(国际电工委员会)的标准中，安全系统称为SafetyRelate

2、dSystem，它涵盖的范围非常广泛，适用于所有工业如流程工业、核工业、航空业等；它可以由电动、气动或液动的各种元件构成；它包含了影响安全的各种因素：如由仪表构成的自动保护系统、非仪表的其他安全措施(工艺、设备设计改进，爆破膜等)、管理和操作人员的水平和规章制度等都在内。石油化工装置的安全系统是指由仪表及控制系统构成的自动保护系统，在美国仪表学会标准ISA-S84.01中称为安全仪表系统(SafetyInstrumentedSystem,SIS)。SIS主要由检测元件、逻辑运算单元、最终控制元件

3、和它们间的连线组成，同时包括人机界面、SIS与过程控制系统间的通信等。安全联锁系统能以符合安全要求的概率，在工艺过程中出现预先规定的故障情况时，使过程处在安全状态。安全联锁系统在确保石油化工生产装置安全运行中起重要作用，对于保障生产装置的安全运行以及设备、人员的安全是必不可少的。一安全综合等级为了规范安全系统的设置，简化和理论化系统结构中各部分的安全要求，IEC提出了安全综合等级(SafetyIntegrityLevel,SIL)的概念，通过对事故危险性的分析和评价确认对安全系统性能的不同要求。

4、根据对安全性能由低到高的要求，SIL分为4个等级SIL1、SIL2、SIL3和SIL4。SIL等级是选择、设计不同技术和结构的安全系统的依据。美国标准等同采用了IEC的SIL的概念，但在应用于流程工业的标准ISAS84.01中只承认SIL4的存在，而不包括在SIL4要求下如何实施安全系统的内容。在IEC标准之前，德国标准DINV19250就对安全性要求的等级作出了自己的规定，称为“安全要求等级”(SafetyRequirementClasses)，符号为AK，按安全要求从低到高分为8个等级：AK

5、1～AK8。如表1所示，列出了DIN、IEC和ISA3个标准的安全要求等级对比情况。我国目前还未制定相应的国家标准，石化行业的设计导则[(SHB-Z06-1999)《石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则》]采用的是IEC的SIL概念，但称为安全度等级。在安全联锁系统的设计中，安全度等级是石油化工装置设计的依据，设计人员应根据生产装置的安全度等级选择合适的安全系统技术和配置方式。安全度等级可用于简化和理论化系统结构中各部分的安全要求，并使其定量化。IEC61508定义4个安全度等级及每个等级的两

6、个定量安全要求：对系统连续操作的目标故障要求和对系统按照要求切换到安全功能的目标故障率要求，具体指标如表2所示。随着安全标准的推出以及对安全系统重视度的不断提高，安全系统的认证也变得越来越重要，安全联锁系统的设计思想、系统结构都须严格遵守相应国际标准并取得权威机构的认证。在设置安全系统时，既要满足工业过程安全度要求，又要保证可靠。因此，必须先要对具体的工业过程进行安全度的评价，由于目前我国尚没有制定具体的安全等级划分的标准和设计规范，在设计中主要参照国际上的有关标准，通用的国际标准有德国的DIN

7、19250、DINVDE0801；美国的ISAS84.01及国际的IEC61508/61511。目前，工程技术人员设计选型时采用的重要依据是德国莱茵认证机构的T烿许可证和根据IEC61508定义的安全完整性等级(SafetyIntegrityLevels,SIL)。根据工业过程安全度的要求，用户可以选择取得相应认证的安全联锁系统，但种类繁多，结构也不尽相同。如何根据装置的特点，选择一个合适的安全联锁系统已成为安全联锁系统工程设计的关键。安全联锁系统设计的目的，首先要满足装置的安全度等级，衡量标准

8、在于它能否达到故障概率PFD(ProbabilityofFailureonDemand)，即在实现系统的安全功能上，为了达到装置的安全度等级，系统需具有高的可靠性；系统的高可靠性必然使设备停车次数增多，降低系统的可用性。在石化装置生产中，由于生产的连续化程度极高，设备停车可能造成重大的经济损失，这就要求系统既具有高可靠性，又有高可用性。一个安全联锁系统由现场检测、控制及执行单元3部分组成。控制单元是安全联锁系统的核心部分，它的可靠性与可用性成为评价其性能的一个重要指标。下面以控制单元为可编程电子