石化工業儀表安全系統安全完整性等級的評估

摘要：隨著經濟的快速發展，石油化工裝置也朝著大型化和復雜化發展。隨著社會的進步，人們對環境和安全的要求也隨之提高。石化工業的安全儀表是石油化工裝置安全的重要保障，在石油工業內開展安全儀表系統安全整性等級的評估，可以有效地減少事故發生的頻率。本文就安全儀表系統的內涵進行闡述，分析安全儀表的生命周期安全要求。

關鍵詞：石油工業；安全儀表系統；等級評估

引言

隨著社會的發展，石化工業實現了大規模的發展，石化工業的規模越大，石油化工裝置過程也就越復雜。由于高溫、高壓和易燃、易爆等原因，導致石油化工業中的火災、爆炸、泄露等重大安全事故不斷的發生。因此，為了保證企業的安全運營，在石化工業中采用安全儀表系統，對于減少這些事故的發生以及維護工作人員的人身安全具有重要作用。

1.安全儀表系統內涵

安全儀表儀態（Safety Instrumented System ，SIS）指的是在生產裝置開車、運行、維護操作以及停車的期間，對裝置設備、人員健康以及環境提供安全的保護系統，當設備在運行的過程中出現故障和危險的時候，安全儀表系統可以按照預先設定的程序立即做出正確的反應，并向設備發出相應的邏輯信號，使生產裝置停止運作，及時地阻止危險的發生和進一步擴散，把危害降到最低。

安全儀表系統主要有傳感器、邏輯運算器、最終執行元件以及其他相應的軟件構成。安全儀表在石油工業中的運用，既可以降低事故發生的頻率，又能對整個生產系統進行監控，在發生安全故障的時候，及時地采取保障措施，防止或阻止危險的發生。同時，又能避免潛在的風險，保障人身安全，減少設備損失，有效地避免環境污染。

2.對安全儀表系統安全生命周期的分析

2.1對危險和風險的評估

石油化工業生產是一個比較復雜的生產過程，在生產的過程中，潛在著許多的風險，其復雜性也各不相同。這些設備的風險主要包括被控設備的風險、在給定范圍內能夠接受的風險、采取防范措施后殘余的風險。對于這些存在的風險，可以通過儀表、相關安全儀表、其他技術以及相關的安全系統進行控制，將風險降到最低。風險預測是對一個未知事件的概率和未知事件的結果進行評估。安全儀表系統可以對不同的風險做出預測，當確定了允許存在的風險以后，就可以在安全儀表系統和其他相關系統、其他技術安全相關系統以及外部風險降低設備之間分配安全完整性要求。在這個過程中，一般采用的是低模型，根據這個模型，只要確定了允許的風險目標以后，可以根據風險的等級，列出風險事件可能出現的頻率和造成后果等級，降低不允許出現的風險，對風險進行預防和控制。同時，在這個過程中，還可以對安全儀表劃分風險，達到降低目標量的目的。

2.2安全儀表系統的安全要求規范

儀表功能的安全要求，可以根據安全儀表功能的分配和在安全計劃編制過程來確定。安全儀表的安全功能主要包括所有儀表具有的功能、對儀表安全功能的過程安全的定義、確定和考慮共同失效的原因、對任何單個過程的安全定義，當這些狀態同時發生的時候，就會產生單一的危險。

2.3對安全儀表系統的設計要點

安全儀表系統在設計的過程中，需要注意以下幾點：

第一，在可行的條件下，把安全儀表系統的安全功能和非安全功能區分開，把安全儀表系統中的基本控制系統設置為一個單獨的獨立系統。

第二，在安全儀表設計的過程中，要遵守可操作性、可測試性以及可維修性的要求。

第三，安全儀表系統的設計，要保障過程安全狀態的設置在設置以后，就會一直保持不變，直到啟動復位的時候為止。

第四，對于安全儀表系統的設置，要考慮使用手動的方式來啟動終端元件。

安全儀表系統在設計的時候，要滿足故障檢測時的行為要求。當安全儀表系統在運行的過程中，子系統在檢測到危險故障時，根據診斷測試和檢驗測試的結果，可以讓一個安全狀態達到規定動作，或者是讓系統在故障修復的過程中，繼續保持過程的安全運行。這些動作為操作員在相應報警的過程中，把報警作為安全儀表系統的一部分。在低要求的模式下，無冗余的儀表安全子系統中檢測到危險時候結果會產生：用來達到或保持某一個安全狀態的規定動作和平均修復故障的時間，在這個過程中，要有其他的措施和約束來保證系統的正常運行，如果不能再平均恢復時間范圍內修復故障的，就要執行另一個動作，讓系統設備達到安全的狀態下。

要達到硬件故障的裕度和安全完整性的結構約束要求。所謂的硬件故障裕度，指的是在系統出現故障或者錯誤的情況下，故障單元繼續執行一個要求功能的能力。硬件故障的裕度和執行安全功能的子系統安全失效分數對硬件安全功能的最高完整性有著制約的作用。對于安全儀表系統的安全功能來說，傳感器、邏輯控制器以及終端元件都應該具有最低的硬件故障裕度。

3.對安全儀表系統功能的安全評估

安全儀表系統功能的安全評估，其目的主要是調查和判斷安全儀表系統和相關系統能達到的安全等級。功能安全評估應該分析進行的危險，降低風險，對系統的安全功能進行分配，最終確定要求的保護層和編制安全的規范。其計算的方法是通過對安全儀表系統的影響和危險后果的分析，計算出安全儀表系統的失效分數以及要求的平均失效分數，再根據安全儀表的子系統結構形式、檢測時間、操作要求以及平均修理時間的要求，計算出安全儀表子系統的平均失效概率，最終根據相關公式得出計算的結果。安全儀表系統的系統功能的平均失效概率是由安全儀表系統的子系統的平均時效概率組合確定的，最后計算出安全儀表系統的目標量。

4.總結

安全儀表系統在現代過程工業生產中，可以有效的降低風險，保障設備長期安全的運行，在石油工業中發揮著越來越重要的作用。同時，石油化工業儀表的安全系統功能是當前石化工業需要迫切解決的問題，需要工作人員共同努力，加強對安全儀表系統安全安全完整性等級評估的研究，為石化工業的安全生產提供有效的保障。

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作者簡介：溫懷海（1975.7—），男，廣東梅州人，大學本科，高級工程師，石油工程儀表自控設計專業，任職于中石化石油工程設計有限公司。