電解裝置安全儀表系統(tǒng)的SIL定級

夏剛

(中石化江漢鹽化工湖北有限公司，湖北 潛江 433123)

1 基本情況

中石化江漢鹽化工湖北有限公司(以下簡稱“江漢鹽化工”)是江漢油田綜合開發(fā)利用地下鹽鹵資源而興建的綜合性化工企業(yè)。江漢鹽化工具備60萬t/a鹽硝聯(lián)產、20萬t/a離子膜燒堿、6萬t/a鈉法漂粉精和3萬t/a強氯精的生產能力，產品主要有工業(yè)鹽和食用鹽、離子膜燒堿和液氯、漂粉精和強氯精等3個系列10多個品種。

江漢鹽化工電解V裝置產能為4萬t/a,由I槽、J槽電解單槽組成，采用藍星(北京)化工機械有限公司電解槽工藝，于2011年4月20日投產。電解工藝是國家首批重點監(jiān)管的危險化工工藝，為滿足安全管理的相關要求，江漢鹽化工對電解V裝置開展了裝置聯(lián)鎖回路的SIL評估工作，為后期電解裝置配置獨立的SIS系統(tǒng)提供設計依據(jù)。

SIL定級方法有風險圖法、風險矩陣法和保護層分析法，此次對電解V裝置進行SIL定級采用的方法是保護層分析法(LOPA)。

2 SIL評估基本情況

2.1 評估目的

SIL定級是在HAZOP分析的基礎上，對分析范圍內帶控制點的工藝流程圖(PID)的安全設計進行評估，針對潛在的危害嚴重性事件，識別風險的可接受性，對安全儀表系統(tǒng)進行設計評估，能對誤操作的后果進行分析評價并提出相應的改進措施和防范建議，繼而確定整個回路的安全儀表完整性等級要求[1]。

2.2 評估方法

保護層分析(LOPA)技術是在危險識別的基礎上，進一步評估事故場景中保護措施的有效性，確保事故場景的風險減少到可接受水平的一種方法，其典型的分析方法如圖1所示。

IPL表示有效的獨立保護層；PFD表示獨立保護層的失效概率圖1 典型的LOPA分析圖Fig.1 Typical LOPA analysis chart

LOPA典型分析步驟為：①識別后果，篩選場景，②選擇一個原因/后果場景；③識別場景初始事件，并確定初始事件的頻率，④識別獨立保護層(IPL)，評估每個IPL的需求時的失效概率(PFD)；⑤計算初始事件減緩后的發(fā)生頻率，根據(jù)后果和發(fā)生的頻率評估場景風險；⑥進行風險決策。

獨立保護層(IPL)：能夠阻止場景向不期望后果發(fā)展，并且獨立于場景的初始事件或其他保護層的一種設備、系統(tǒng)或運動。

要求時的失效概率(PFD)：系統(tǒng)要求獨立保護層起作用時，獨立保護層失效，不能完成一個具體功能的概率。

平均誤動作停車時間間隔(MTTFS):MTTFS代表了因SIF回路中任一元件的安全失效所導致裝置的誤停車。

2.3 SIL定級標準

SIL定級依據(jù)《電氣/電子/可編程電子安全相關系統(tǒng)的功能安全》(GB/T 20438—2017/IEC 61508—2010，IDT)，標準將安全完整性等級(SIL)定義為4個等級，即SIL1～SIL4。

SIL4對應的安全儀表系統(tǒng)等級最高，要求安全儀表系統(tǒng)能將該SIF回路降低4個數(shù)量級，SIL1對應的安全儀表系統(tǒng)等級最低，要求安全儀表系統(tǒng)能將該SIF回路降低1個數(shù)量級。表1給出了低要求模式下SIL等級所對應的需求時的失效概率PFD范圍及相應的風險降低因子(Risk Reduction Factor)RRF范圍。

表1 安全完整性等級對低要求操作模式下的失效概率要求Table 1 failure probability required by safety integrity levelin the case of low demand operation mode

SIL驗證是評估每一個SIF回路的結構約束與要求時失效概率(PFDavg)是否滿足SIL等級的要求，并滿足相關規(guī)范要求。根據(jù)SIF回路的結構組成，對每一SIF回路的PFDavg、RRF和結構約束進行評估。驗證SIF回路是否能夠達到目標SIL等級的要求。

3 SIL定級結果

采用LOPA分析方法對江漢鹽化工電解V裝置開展了SIL定級，每條安全儀表功能回路的傳感單元、執(zhí)行單元、安全儀表功能等信息均被識別出來,并且每條安全儀表功能回路對安全儀表系統(tǒng)在安全方面、環(huán)境方面和財產損失方面要求的安全完整性等級及最終要求的安全完整性等級也被確定出來。

表2列出了電解V裝置部分回路的SIL等級。

表2 電解V裝置部分回路SIL分級一覽表Table 2 SIL grading of some circuits for electrolytic device V

采用Markov模型[2]對電解V裝置SIF回路的結構約束和要求時的失效概率進行了驗證計算，驗證過程中部分參數(shù)設置如下:操作模式為低需求模式，設備使用壽命為10年，檢驗測試周期為3年，故障修復時間MTTR定為8 h。表3列舉了等級驗證計算結果。

表3 電解V裝置部分回路SIL驗證計算結果Table 3 SIL verification calculation results of some circuits for electrolytic device V

表3表明：在現(xiàn)有的配置條件下，分析的6條回路均滿足目標SIL定級要求。

4 結語

(1)采用LOAP分析方法對江漢鹽化工電解V裝置開展了SIL定級，為下一步電解V裝置配置獨立的安全儀表系統(tǒng)(SIS)提供了設計基礎。

(2)對定級回路開展了SIL等級驗證，結果表明，在現(xiàn)有的配置條件下，各回路均滿足SIL定級要求。

(3)通過對電解裝置各回路進行SIL定級，能有效地發(fā)現(xiàn)電解裝置中儀表系統(tǒng)配置存在的薄弱環(huán)節(jié)，提出針對性的解決措施，從而提高裝置的本質安全水平，為裝置的安穩(wěn)長滿優(yōu)運行奠定基礎。