定级及验证示例PPT课件

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1、安 全 仪 表 系 统 安 全 完 整 性 等 级 评 估 主 要 内安 全 仪 表 系 统 安 全 完 整 性 等 级 评 估 主 要 内容容u 过程危害分析PHAu SIL定级建立工艺过程的安全目标（可接受风险）u SIF辨识及其SIL等级确定（SIL定级）u 过程安全需求规范（SRS）u HAZOP完善报告（对已经开展过HAZOP）u SIL验证u SIL验证不符合项的建议等。第1页/共39页一 、 过 程 危 害 分 析一 、 过 程 危 害 分 析 P H AP H A 由一组专家系统地评价过程的每一个部分以确定可能的风险，列出可能引发事故的事件、这些事故潜在的后果及已有的能够防止事

2、故发生的安全装置，最后，PHA建议其他一些能够降低过程风险的措施。 识别过程及相关设备的危险事件及原因； 识别危险事件发生的顺序、可能性及后果； 能够防止事故发生的安全装置； 建议其他一些能够降低过程风险的措施 最常用“危险与可操作性研究（HAZOP）”第2页/共39页危 险 及 可 操 作 性 分 析危 险 及 可 操 作 性 分 析 H A Z O PH A Z O P 示 例示 例第3页/共39页H A Z O PH A Z O P 分 析 示 例分 析 示 例第4页/共39页二 、二 、 S I FS I F 辨 识 及 其辨 识 及 其 S I LS I L 等 级 的 确 定 （等

3、 级 的 确 定 （ S I LS I L 的 定 级 ）的 定 级 ）1 .1 . 风 险 矩 阵 示 例风 险 矩 阵 示 例-可忽略风险-如果风险降低的成本超过取得的收益时允许的风险-不期望的风险，当风险降低不可行或成本与取得的收益严重不相称时为允许-不允许风险第5页/共39页2 .2 . 风 险 与风 险 与 S I FS I F 及 其及 其 S I LS I L 等 级等 级第6页/共39页2 .2 . 风 险 与风 险 与 S I FS I F 及 其及 其 S I LS I L 等 级等 级第7页/共39页风 险 是 一 种 对 不 利 影 响 的风 险 是 一 种 对 不 利

4、 影 响 的 可 能 性可 能 性 和和 后 果后 果 的 度的 度量量 用用 风 险 矩 阵风 险 矩 阵 S I LS I L 选 定 ， 用 户 需选 定 ， 用 户 需 分 类 危 害 可 能 性分 类 危 害 可 能 性 分 类 危 害 后 果分 类 危 害 后 果 在在 矩 阵 中 对 应 的 可 能 性 和 后 果 的 交 叉 点 选矩 阵 中 对 应 的 可 能 性 和 后 果 的 交 叉 点 选定 目 标定 目 标 S I LS I L3.SIL定级-风险矩阵（定性的选择）第8页/共39页3.SIL定级-风险矩阵（定性的选择）第9页/共39页3.SIL定级-风险矩阵（定性的选

5、择）第10页/共39页3 . S I L3 . S I L 定 级定 级 - - - - - 风 险 矩 阵 （ 定 性 的 选 择 ）风 险 矩 阵 （ 定 性 的 选 择 ）第11页/共39页4 . S I L4 . S I L 定 级定 级 - - - - - 风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ）风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ） 风 险 被 定 义 为 发 生 伤 害 的 概 率 与 严 重 程 度 的 组 合 。 在 过风 险 被 定 义 为 发 生 伤 害 的 概 率 与 严 重 程 度 的 组 合 。 在 过程 领 域 ， 风 险 是 以 一 下程 领 域 ， 风

6、险 是 以 一 下 4 4 个 参 数 的 函 数 ：个 参 数 的 函 数 ：- - - - - - - - - - - 危 险 状 况 的 后 果 （危 险 状 况 的 后 果 （ C C ） ；） ； 发 生 危 险 事 件 很 可 能 导 致 的发 生 危 险 事 件 很 可 能 导 致 的死 亡 和死 亡 和 / / 或 严 重 受 伤 的 人 数 、 财 产 损 失 及 环 境 影 响 的 程 度 。或 严 重 受 伤 的 人 数 、 财 产 损 失 及 环 境 影 响 的 程 度 。 C CA A C CB B C CC C C CD D （ 注 ： 与 企 业 制 定 的 可

7、结 束 风 险 有 关 ）（ 注 ： 与 企 业 制 定 的 可 结 束 风 险 有 关 ）- - - - - - - - - - - 占 有 率 （ 暴 露 区 域 被 占 用 的 概 率 ） （占 有 率 （ 暴 露 区 域 被 占 用 的 概 率 ） （ F F ） ；） ； 在 发 生 危在 发 生 危险 事 件 时 段 内 暴 露 区 被 占 用 的 概 率 。险 事 件 时 段 内 暴 露 区 被 占 用 的 概 率 。 F FA A F FB B- - - - - - - - - - - 避 免 风 险 状 况 的 概 率 （避 免 风 险 状 况 的 概 率 （ P P ） ；

8、 如 果 要 求 时） ； 如 果 要 求 时 S I FS I F 失 效 ，失 效 ，暴 露 的 人 员 能 够 避 免 存 在 的 风 险 状 况 的 概 率 。暴 露 的 人 员 能 够 避 免 存 在 的 风 险 状 况 的 概 率 。 P PA A P PB B- - - - - - - - - - - 要 求 率 （要 求 率 （ W W ） ；） ； 在 所 考 虑 的在 所 考 虑 的 S I FS I F 不 存 在 的 情 况 下 ， 每不 存 在 的 情 况 下 ， 每年 发 生 危 险 状 况 的 次 数 。年 发 生 危 险 状 况 的 次 数 。 W W1 1 W

9、 W2 2 W W3 3第12页/共39页4 . S I L4 . S I L 定 级定 级 - - - - - 风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ）风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ） 通 用 风 险 图 （ 含 人 员 、 财 产 及 环 境 ）通 用 风 险 图 （ 含 人 员 、 财 产 及 环 境 ）第13页/共39页4 . S I L4 . S I L 定 级定 级 - - - - - 风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ）风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ）项 目 中 给 出 的 风 险 参 数 值项 目 中 给 出 的 风 险 参 数 值第14页/共39页

10、u 4 . S I L4 . S I L 定 级定 级 - - - - - 风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ）风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ） 在在 H A Z O PH A Z O P 研 究 中 识 别 出研 究 中 识 别 出 一 个一 个 S I FS I F 分 析 结 果 提 出分 析 结 果 提 出 P L L = 0 . 9 P L L = 0 . 9 该 地 区 通 常 被 占 用该 地 区 通 常 被 占 用 没 有 避 免 危 害 的没 有 避 免 危 害 的 可 能可 能 要 求 率 是 每 年要 求 率 是 每 年 0 . 0 50 . 0 5 S

11、I L S I L 为 多 少 ？为 多 少 ？ 答 案 ：答 案 ： S I L 1S I L 1第15页/共39页4 . S I L4 . S I L 定 级定 级 - - - - - 风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ）风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ） 在在 H A Z O PH A Z O P 研 究 中 识 别 出研 究 中 识 别 出 一 个一 个 S I FS I F ， 存 在， 存 在 2 0 02 0 0 磅磅剧 毒 的 碳 酰 氯 从 制 作 聚 碳 酸 酯 树 脂 的 反 应 器 中 释 放剧 毒 的 碳 酰 氯 从 制 作 聚 碳 酸 酯 树 脂 的

12、反 应 器 中 释 放出 来 的 事 故 风 险 ，出 来 的 事 故 风 险 ， 该 风 险 将 导 致该 风 险 将 导 致 7 . 67 . 6 人 死 亡 ， 这 种人 死 亡 ， 这 种事 故 未 减 低 风 险 的 频 率 为 每事 故 未 减 低 风 险 的 频 率 为 每 1 1 21 1 2 年 发 生 一 次年 发 生 一 次 。 参 照。 参 照风 险 矩 阵 完 成 一 个风 险 矩 阵 完 成 一 个 S I LS I L 选 定选 定 。由由 H A Z O PH A Z O P 报 告 可 知 ：报 告 可 知 ： C C ： 可 能 导 致： 可 能 导 致 7

13、 . 67 . 6 人 死 亡 ；人 死 亡 ； W W ： 每每 1 1 21 1 2 年 发 生 一 次年 发 生 一 次 F F ： ？： ？ P P ： ？： ？第16页/共39页4 . S I L4 . S I L 定 级定 级 - - - - - 风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ）风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ）HAZOP报告中的每次事件将导致7.6人死亡所以占有率（F）和避免风险状况的概率（P）取FB和PB第17页/共39页4 . S I L4 . S I L 定 级定 级 - - - - - 风 险 图 法 （ 定 性 的 选 择 ）风 险 图 法 （ 定 性

14、 的 选 择 ） 上 述上 述 S I LS I L 选 定 是 在选 定 是 在 “ 这 种 事 故 未 减 低 风 险 的 频 率 为这 种 事 故 未 减 低 风 险 的 频 率 为每每 1 1 21 1 2 年 发 生 一 次年 发 生 一 次 。 ” 的 状 况 下 进 行 的 ， 若 存 在 可 以 有的 状 况 下 进 行 的 ， 若 存 在 可 以 有效 降 低 该 事 故 的 发 生 概 率 ， 或 者 是 可 以 有 效 减 轻 事 故 后效 降 低 该 事 故 的 发 生 概 率 ， 或 者 是 可 以 有 效 减 轻 事 故 后果 的 独 立 保 护 层 的 话 ， 可

15、 以 将果 的 独 立 保 护 层 的 话 ， 可 以 将 S I FS I F 的的 S I LS I L 等 级 降 下 来 。等 级 降 下 来 。 若 反 应 器 上 有 一 个 在若 反 应 器 上 有 一 个 在 B P C SB P C S 中 的 高 液 位 报 警 ， 且 操中 的 高 液 位 报 警 ， 且 操作 人 员 接 到 报 警 后 ， 有 足 够 的 事 件 和 手 段 可 以 组 织 毒 性作 人 员 接 到 报 警 后 ， 有 足 够 的 事 件 和 手 段 可 以 组 织 毒 性物 质 的 泄 漏 ， 则 该 独 立 保 护 层 的 风 险 降 低 因 子物

16、 质 的 泄 漏 ， 则 该 独 立 保 护 层 的 风 险 降 低 因 子 R R FR R F 可 以可 以视 为视 为 1 01 0 ， 即， 即 P F DP F D 为为 0 . 10 . 1 ， 此 时 ， 可 以 将 该， 此 时 ， 可 以 将 该 S I FS I F 的的 S I LS I L 由由S I L 2 S I L 2 降 到降 到 S I L 1S I L 1 。第18页/共39页5.SIL5.SIL定级定级-保护层分析法保护层分析法第19页/共39页5 . S I L5 . S I L 定 级定 级 - - - - - 保 护 层 分 析 法保 护 层 分 析

17、 法独立保护层（IPL）具有以下特点：u专一性：只被设计用来防止或减轻一个潜在的危险事件的后果，由于多种原因都可能导致同一危险事件，因此，多个事件情景都可由一个IPL来启动动作。例如：某储罐超压可以由安全阀保护，但造成超压的事件情景有多种。u独立性：IPL是与已验明的危险相关系统的其他保护层相独立的。u可信性：可信任IPL能执行所设计的那些功能（随机失效和系统失效）。u可审核性：它被设计成能有助于定期确认保护功能。安全系统的检验测试和维护是必要的。第20页/共39页u 典 型 的 独 立 保 护 层典 型 的 独 立 保 护 层1 .1 . 基 本 过 程 控 制 系 统基 本 过 程 控 制

18、 系 统 B P C SB P C S ： P F D 0 . 1P F D 0 . 1 B P C S B P C S 与与 S I SS I S 完 全 独 立 ；完 全 独 立 ； B P C S B P C S 故 障 不 是 造 成 期 望 事 件 的 原 因 ；故 障 不 是 造 成 期 望 事 件 的 原 因 ； B P C S B P C S 有 可 用 的 长 安 崎 和 执 行 器 来 执 行 与有 可 用 的 长 安 崎 和 执 行 器 来 执 行 与 S I SS I S 相 似相 似的 功 能 。的 功 能 。2 .2 . 操 作 员 干 预 ：操 作 员 干 预 ：

19、 P F D 0 . 1 P F D 0 . 1 操 作 员 训 练 有 素 、 有 足 够 的 相 应 时 间 、 总 是 在 监 控操 作 员 训 练 有 素 、 有 足 够 的 相 应 时 间 、 总 是 在 监 控过 程 。过 程 。3 .3 . 泄 放 设 施 （ 安 全 阀 、 爆 破 片 等 ） ：泄 放 设 施 （ 安 全 阀 、 爆 破 片 等 ） ： P F D 0 . 1 P F D 0 . 1 0 . 0 10 . 0 14 .4 . 修 正 因 子 （修 正 因 子 （ M CM C ） 使 用 因 子使 用 因 子 = = 风 险 存 在 时 间风 险 存 在 时

20、间 / / 周 期周 期 占 有 率占 有 率 = = 暴 露 时 间暴 露 时 间 / / 总 时 间 （ 针 对 人 员 ）总 时 间 （ 针 对 人 员 ） 点 火 率 ： 易 燃 气 体点 火 率 ： 易 燃 气 体 0 . 30 . 3 ； 易 挥 发 液 体； 易 挥 发 液 体 0 . 10 . 1 ； 重； 重质 液 体质 液 体 0 . 1 0 . 1第21页/共39页S I LS I L 定 级定 级 - - - - - 保 护 层 分 析 法 示 例保 护 层 分 析 法 示 例u 搅拌器马达每两年失效一次u 保护层PFDPFD为: :- 操作时间为一年的29%-操作响应

21、失效，PFD=0.1-骤停失效，PFD=0.1-减压阀失效，PFD=0.07第22页/共39页反应器超压爆炸的保护层分析反应器超压爆炸的保护层分析第23页/共39页反应器超压爆炸的保护层分析反应器超压爆炸的保护层分析起始时间：搅拌器马达每两年失效一次-失效频率0.5/年保护层PFDPFD为: :-操作时间：一年的29%（MC）-操作响应失效：PFD=0.1-骤停失效：PFD=0.1-安全阀失效：PFD=0.07第24页/共39页反应器超压爆炸的保护层分析反应器超压爆炸的保护层分析第25页/共39页确定是否需要确定是否需要SIFSIF及及计算所需的计算所需的SIL SIL 第26页/共39页确定

22、是否需要确定是否需要SIFSIF及计算所需的及计算所需的SILSIL已知事件发生率=1.0210-4已知可容风险水平=110-5不满足可容许风险水平，需要一个超压保护的SIF 计算SIF的SIL:PFD=可容忍风险/预期风险PFD = 110-5 / 1.0210-4 = 0.098 RRF = 1/PFD = 1/0.098 = 10.2 SIF必须是一个SIL1的系统，准确地描述为SIL1且RRF大于10.2第27页/共39页6 . S I F6 . S I F 的 约 束 条 件的 约 束 条 件（ G B / T 2 1 1 0 9 / / I E C 6 1 5 1 1G B / T

23、 2 1 1 0 9 / / I E C 6 1 5 1 1 ）GB/T21109要求依据安全要求规范，设计符合要求的安全仪表系统，应符合三方面要求：平均失效率（PFDavg/PFH）-满足需求时的失效概率PFDavg(低需求模式）或危险失效频率PFH（高要求或连续模式）；结构约束（AC）-冗余形式;系统能力约束(SC)-（IEC61511-2016）第28页/共39页需 求 时 的 失 效 概 率需 求 时 的 失 效 概 率 P F D a v gP F D a v g ( ( 低 需 求 模 式 ）低 需 求 模 式 ）第29页/共39页 危 险 失 效 频 率危 险 失 效 频 率 P

24、 F HP F H （ 高 要 求 或 连 续 操 作 模 式 ）（ 高 要 求 或 连 续 操 作 模 式 ）第30页/共39页约束条件二约束条件二 ：硬 件 故 障 裕 度硬 件 故 障 裕 度 H F TH F T硬件故障裕度HFT（低要求操作模式下）：b b）传感器、最终元件和非逻辑控制器的最低硬件故障裕度）传感器、最终元件和非逻辑控制器的最低硬件故障裕度HFTHFT有条件的减有条件的减1 1：-根据以往使用的情况选择装置硬件；根据以往使用的情况选择装置硬件；-装置只允许调整过程参数、如：测量范围、上限或下限失效指示；装置只允许调整过程参数、如：测量范围、上限或下限失效指示；-装置过程

25、的参数调整受保护，如跳线、密码；装置过程的参数调整受保护，如跳线、密码；-功能又小于功能又小于4 4的的SILSIL要求要求第31页/共39页约束条件二约束条件二 ：硬 件 故 障 裕 度硬 件 故 障 裕 度 H F TH F T硬件故障裕度HFT（低要求操作模式下）：硬件故障裕度HFT（结构约束）。为克服系统失效a）逻辑控制器的最低硬件故障裕度HFTSIL最低硬件故障裕度（HFT）SFF60%SFF 60%90%SFF90%1100221033214应用特殊要求（见GB/T20438-2006）第32页/共39页三 、三 、 S I LS I L 验 证验 证u平均失效概率（PFDavg/

26、PFH）SIF回路所有设备及附件的总失效概率PFDSystem应小于等于要求的PFDavg第33页/共39页SIFSIF的的PFDavgPFDavg计算示例计算示例第34页/共39页冗余结构与冗余结构与PFDPFD第35页/共39页S I FS I F 的 约 束 条 件的 约 束 条 件 2 2u 结构约束（AC）： 为消除系统失效，达到一定的安全完整性等级，必须满足硬件故障裕度（HFT）要求，HFT与设备的安全失效分数、设备类型有关 IEC61508.2 IEC61511.1-2003传感器、最终元件和非逻辑控制器的HFT第36页/共39页结 构 约 束 （结 构 约 束 （ A CA C ）第37页/共39页不当之处，请指正。谢谢！第38页/共39页感谢您的观看！第39页/共39页