确定安全完整性等级(sil)需求的方法

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1、确定安全完整性等级(SIL)需求的方法——优势与弊端1简介安全完整性等级(SIL)的概念是随着BSEN61508的发展被引进的。对于具有安全功能的系统，SIL是对其质量或者说靠性进行的一种度量，具体来说，就是对系统能否按预期执行相应功能的可信赖程度的一种度量。本文主要讨论在过程工业设备领域流行的两种确定SIL需求的方法：风险图表法和保护层级分析(LOPA)法并指出两种方法各自的优势和局限，特别是针对风险图表法。同时也给何种情况下应选择何种方法的推荐标准。2SIL的定义相关标准承认，不同的安全功能，其所需的运作方式也迥然不同。很多功能的实际使用频率非常低，比如汽车的如下两项

2、功能：·防抱死系统（ABS）。（当然，这跟司机也有关系）·安全气囊（SRS）另一方面，有些功能的使用频率很高，甚至是持续运作的，比如汽车的这两项功能：·刹车·转向如此，一个根本性的问题便是：这两种类型的功能，其发生故障的频度达到多大会导致事故的发生？针对二者的答案是不同的：·对于使用频率低者，事故频率由两个参数构成：1)功能的使用频率2)当使用时，该功能发生故障的概率——故障概率（PFD）因此，这种情况下，PFD便能恰当地衡量该功能的性能表现，而PFD的倒数则称为：风险消除因数（RRF）。·对于使用频率高者，或持续运作的功能，能恰当地衡量其表现的数据则是故障频率（λ），或

3、者平均无故障时间（MTTF）。假设故障的发生呈指数分布，则MTTF与λ互为倒数。当然，以上的两种表达方式并不是独立的，而是相互关联的。最简单地，假设可以以一个比正常使用频率高的频度对某功能进行检验，则以下关系成立：PFD=λT/2=T/(2xMTTF)或者：RRF=2/(λT)或=(2xMTTF)/T其中T是检验间隔（注意：若要将事故速率显著降低到故障速率λ以下，检验频率1/T应至少为正常使用频率的两倍，最好是能达到5倍或更高。）但这两者却是不同的量：PFD是一个概率，是无量纲量；λ是一个速率，量纲是t-1。然而标准中对两种度量都使用相同的术语——SIL，定义见下表：表1

4、–BSEN61508中低使用频率下的SIL定义SIL平均PFD范围RRF范围①410-5≤PFD＜10-4100000≥RRF＞10000310-4≤PFD＜10-310000≥RRF＞1000210-3≤PFD＜10-21000≥RRF＞100110-2≤PFD＜10-1100≥RRF＞10表2–BSEN61508中高使用频率或持续运作下的SIL定义SILλ范围(每小时故障次数)MTTF范围(年)②410-9≤λ＜10-8100000≥MTTF＞10000310-8≤λ＜10-710000≥MTTF＞1000210-7≤λ＜10-61000≥MTTF＞100110-6≤

5、λ＜10-5100≥MTTF＞10在低使用频率模式下，SIL是PFD的代表；在高使用频率或持续运作模式下，SIL则是故障速率的代表。（在标准中，高低使用频率的分界大体上被设置在每年一次，这与3到6个月的检验间隔是相符的。在很多情况下，要使检验间隔比这更短也不大可行。）现在，考虑有这样一项功能，它可以同时对两种危险进行保护：其中一种平均两周发生一次，约合25次每年，也就是高使用频率型；另一种大约10年发生一次，也就是低使用频率型。如果该功能的平均无故障时间为50年，那么对高频危险的保护将达到SIL1级别。同时，对于低频危险的保护来说，高频危险的发生有效地检验了该功能。其他条

6、件相同的情况下，对低频危险的防护等级实际上达到了：PFD=0.04/(2x50)=4x10-4即：SIL3那么，该功能达到的SIL等级究竟为何呢？显然答案不是唯一的，而是取决于具体保护的危险，特别是危险发生的频率是高还是低。①此栏并非标准中所定义，但通常RRF比PFD更易处理。②此栏并非标准中所定义，但作者发现在过程工业领域，这些近似的MTTF值更有用，因为在这里，时间更多地是以年来计，而不是小时。在前一种情况下，可以达到的SIL等级是由设备的内在属性决定的；后一种情况下，尽管设备的内在属性也很重要，但是可以达到的SIL等级同样受检验制度的影响，这在过程工业领域很重要。在

7、这里，可达到的SIL等级易受现场设备（过程仪表以及其他特别是末端设备如关断阀等）可靠性的影响。这些现场设备需要定期地检验方能达到需求的SIL等级。每天和标准打交道的人可能对这些定义的区别非常了解，但对于偶尔使用的人还是容易混淆的。1确定SIL需求的一些方法BSEN61508提供了三种确定SIL需求的方法：·定量法。·风险图表法，在标准中被作为定性方法。·伤害事件严重性矩阵，在标准中同样被作为定性方法。BSIEC61511则提供了：·半定量法。·安全层级矩阵模型，被作为半定性方法。·标准化风险图表法，在标准中被作为半定性方法，但