火电厂汽包水位保护系统的安全评估

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1、火电厂汽包水位保护系统的安全评估摘要：为了使我国传统的电力生产过程符合国家及国际标准需要对火力发电厂中的安全相关系统进行安全评估。针对火电厂典型的安全仪表系统SIS——锅炉汽包水位保护系统进行了系统的安全评估，从而确保了其安全功能的有效执行，并对未达到标准的SIS结构及其运行方式进行了相应的修改。确认系统的安全仪表功能(SIF),利用风险矩阵法选择SIF的目标安全完整性等级(SIL);分析并确认系统结构及其操作模式,通过搜集系统设备的失效率数据,利用故障树分析计算系统定量的安全性指标------要求时失效概率(PFD);通过对计算结果的分析给出了系统的改进建议。关键词：安全

2、仪表系统；锅炉汽包水位保护系统；安全完整性等级；要求时失效概率0、引言安全仪表系（SafetyInstrumentedSystem，SIS）是由国际电工委员会（IEC）标准IEC61508及IEC61511定义的独立于DCS/PLC的专门用于工业过程的安全系统，它对装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态及时地进行响应和保护，使生产装置按照规定的条件或程序退出运行，从而使危险降低到最低程度，以保证人员、设备的安全和避免工厂周边环境污染。在石油、化工、核电等高危险性流程工业中已经得到广泛的应用。石油、化工、核电等高危险性流程工业都已制定了与本行业相关的安全标准和规范，因

3、此其SIS设计相对于火电厂来说更加规范，更能满足国际标准的要求，安全功能的执行情况也更能得到保障。然而，在传统的发电行业中由于之前机组较小系统自动化程度不高并且为了提高经济效益过程的安全问题没有得到重视一些必要的保护措施没有得到合理有效的利用随着机组容量的不断加大各设备都工作在机械极限状态电厂中各种大小事故的不断出使人们开始逐渐重视电厂的安全生产所以对火电厂现有的安全仪表系统进行评估以确保其安全仪表功能的执行对不符合标准的SIS结构及其运行方式进行相应的修改势在必行。火电厂典型的安全仪表系统主要由检测部分（传感器、变送器）、逻辑运算部分、执行动作部分（阀门、泵、电机）3部分

4、组成。火电厂典型的SIS有锅炉汽压保护系统、锅炉水位保护系统、直流锅炉断水保护系统、再热器保护系统、炉膛安全监控系统、燃烧器管理系统、汽轮机紧急跳闸保护系统等。现以锅炉水位保护系统为例，介绍SIS的安全评估过程。1、安全仪表系统的评估过程IEC61508针对由电气/电子/可编程电子部件构成的、起安全作用的电气/电子/可编程电子系统（E/E/PE）的整体安全生命周期，建立了一个基础的评价方法。首次提出的安全完整性等级（SIL）成为安全评估领域中重要的定量评估指标，确定SIS的目标SIL和计算SIS的要求时失效概率PFD成为评估过程的主要工作。确定SIS的目标SIL涉及的工作包

5、括过程危险分析PHA和风险分析。计算SIS的PFD需要：（1）确定SIS的结构及操作模式；(2)搜集SIS的可靠性数据；(3)建立SIS的可靠性模型故障树或马尔可夫模型；(4)结合模型和可靠性数据计算SIS的安全性指标PFD。若有需要还可计算SIS的可用性指标PFS。最后，将计算得到的SIS的SIL与目标SIL比较得出系统的安全性是否满足要求。整个系统安全评估的流程如图1所示2。2、锅炉汽包水位保护系统的安全评估2.1水位保护系统的安全仪表功能清楚地确定安全仪表系统的安全仪表功能是安全评估的首要工作之一。安全仪表功能（SIF）是指对某个具体的潜在危险事件实行的保护措施。安全

6、仪表系统可以执行个或多个安全仪表功能。每个安全仪表功能都有不同的安全完整性等级。若多个SIF共用1个设备，那么此设备需要满足所有中最高的SIL要求。锅炉汽包水位保护系统有2个SIF:水位高保护（SIFI）和水位低保护(SIF2)。图2给出了水位保护逻辑。一般水位偏差分为3个值，称为高一、高二、高三值（例如：+50、+150、+250mm），反之称为低一、低二、低三值（例如：-50、-150、-250mm）。SIFI:当水位高一、高二值相继出现且不存在虚假水位时，汽包水位保护系统动作，打开事故放水门。当水位恢复到高一值时，关事故放水门。当水位低一、低二值相继出现时，开备用给水

7、门。当水位出现高三值和低三值时，需要紧急停炉。这层保护已不属于水位保护系统的范畴，因此图中未画出水位高、低三值。2.2目标SIL的选择通过危险和风险分析确定了系统的SIF后,需要确定各个SIF的目标SIF。SIF不仅是安全仪表系统安全性能的衡量标准,而且是整体安全生命周期中的主线。其选择应该恰到好处，过高会造成成本的浪费，过低会使风险不可接受。因此目标SIL的选择是系统安全评估中十分重要的工作。选择SIL值时,要先假设没有安全仪表功能,在只考虑分散控制系统(DCS)、预报警、机械设备等危险降低措施的情况下，根据危险