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1、安全仪表系统安全完整性评估安全仪表系统安全完整性评估文献综述文献综述262目目 录录1 1研究背景与意义2 2功能安全相关系统简介3 3安全完整性等级评估4 4研究方向构思2632642652662672682693.1 SIL定级SILSIL定级中选用定级中选用HAZOPHAZOP与与LOPALOPA结合的方法结合的方法26103.1 SIL定级场景的发生频率计算见下式：式中：MF 减轻后的事件频率；IEF初始事件频率；PFD1、PFD2保护措施（保护措施 1，保护措施 2，）的失效概率。事故频率等级确定事故频率等级确定26113.1 SIL定级风风险险矩矩阵阵2612低要求操作模式下的安全
2、完整性水平低要求操作模式低要求操作模式安全完整性水平平均要求时失效概率风险降低因子410-510-410000100000310-410-3100010000210-310-21001000110-210-1101003.1 SIL定级26133.2 SIL验证美国Triconex公司的Summers在比较了可靠性框图计算方法与事故树分析法后，提出复杂系统的评估采用事故树分析法更适用。2000年，美国Exida公司根据概率数学的规则和标准化的定义推导出了仪表安全功能（SIF)的要求失效概率（PFD)的计算方法。2007年，美国Exida公司的Miller等通过两年的可靠性研究，提出了一套基于S
3、IL的阀门选择技术并建立了阀门可靠性数据库。2011年，挪威科技大学将失效概率分成两种模式进行计算，即低要求操作模式和高要求操作模式国外研究现状国外研究现状26143.2 SIL验证2004 年由仪器仪表综合技术研究所开始对IEC61508-1-7 和 IEC61511-1-3 标准化等同翻译2006 年制定了国家标准 GB/T20438.1-72006电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全2007 年制定了 GB/T 21109.1-32007过程工业领域安全仪表系统的功能安全鉴于 IEC61508 在标准中仅给出了最后 PFD 计算公式，而没有给出详细的过程，清华大学郭海涛等利用可靠
4、性框图（RBD）的方法详细计算了各种结构的 PFD国内研究现状国内研究现状26153.2 SIL验证浙江大学工业控制技术国家重点实验室提出了基于马尔可夫建模的安全完整性等级计算软件的设计方案，采用 VB6.0 和 Matlab 进行了软件的开发实现。相比其他建模方法，马尔可夫建模方法具有 高度灵活性、准确性等优点。神华宁夏煤业集团烯烃公司、中国石油宁夏石化公司参考了安全仪表标准IEC61508 和 IEC61511，定量地分析了工艺过程的危害事件的潜在后果及发生的频率等，确定了安全仪表系统结构设计原则及验证方法，使其满足工艺系统的安全要求，从设计层面解决了工厂安全仪表系统的可靠性问题国内研究现
5、状国内研究现状26163.2 SIL验证SILSIL验证方法验证方法1.1.可靠性框图可靠性框图可可靠靠性性框框图图是是一一种种传传统统的的可可靠靠性性分分析析方方法法,它它用用图图形形的的方方式式来来表表示示系系统统内内部部件件的的串串并并联联关关系系,具具有有简简单单、清清晰晰直观的特点。直观的特点。2.2.故障树分析法故障树分析法故故障障树树是是根根据据布布尔尔逻逻辑辑用用图图表表示示系系统统的的特特定定故故障障(称称为为顶顶上上事事件件)。它它对对故故障障发发生生的的基基本本原原因因进进行行推推理理分分析析,然然后后建建立立从从结结果果到到原原因因描描述述故故障的有向逻辑图。障的有向逻
6、辑图。3.3.马尔可夫模型马尔可夫模型系统由一种状态以某种系统由一种状态以某种概率转移到另一种状态概率转移到另一种状态,无论发生失效还是进行无论发生失效还是进行维修维修,状态之间的转换状态之间的转换用箭头转移弧表示用箭头转移弧表示,并并标注相应的失效率或维标注相应的失效率或维修率修率,从而描述了系统从而描述了系统随时间变化的行为随时间变化的行为26173.2 SIL验证计算方法RBDFTAMarkov失效模式指数模式指数模式Markov链计算精度近似计算近似计算精确计算瞬时失效概率无法计算可以计算可以计算平均失效概率可以计算可以计算可以计算难易程度较简单较简单较复杂方法比较26183.3 失效
7、数据计算 E/E/PE安全相关系统的安全功能在要求时的平均失效概率，是通过计算和组合提供安全功能的所有子系统在要求时的平均失效概率确定的。因此在此附录中的失效概率很低，它可以表示为：26193.3 失效数据计算要求时失效概率计算：D：子系统中通道的危险失效率DD：检测到的子系统中通道每小时的危险失效率DU：未检测到的子系统中通道每小时的危险失效率tCE：结构中通道的等效平均停止工作时间（h）MTTR：平均修复时间26203.3 失效数据计算失效数据的失效数据的来源来源26213.3 失效数据计算海上设备可靠性数据库海上设备可靠性数据库（OREDA）:DNV过程设备可靠性数据库过程设备可靠性数据
8、库（PERD）:CCPS安全设备可靠性手册安全设备可靠性手册（SERH）:EXIDA安全仪表系统可靠性数据安全仪表系统可靠性数据（PDS）：）：SINTEF典典型型数数据据库库：26224 方向构思题目一：某装置基于可靠性的失效数据计算研究题目一：某装置基于可靠性的失效数据计算研究来来源源：国国内内无无系系统统的的可可用用的的数数据据库库，失失效效数数据据的的计计算算都都参参照照国国外外数数据据库库，由由于于地地域域、政政策策等等多多方方面面的的差差异异，直直接接应应用国外数据库进行计算，结果未必准确。用国外数据库进行计算，结果未必准确。思思路路：论论文文侧侧重重于于对对于于各各项项失失效效参
9、参数数的的计计算算，利利用用其其自自身身失效状况得到的数据，评估该装置的安全完整性。失效状况得到的数据，评估该装置的安全完整性。26234 方向构思26244 方向构思题目二：某装置安全完整性等级评估研究题目二：某装置安全完整性等级评估研究思路：思路：论论文文侧侧重重于于在在化化工工装装置置上上的的应应用用，涉涉及及到到LOAPLOAP方方法法与与HAZOPHAZOP方方法法的的结结合合来来判判定定系系统统现现有有的的防防护护装装置置是是否否能能满满足足对对于安全级别的要求；于安全级别的要求；SILSIL验验证证环环节节，涉涉及及到到在在现现有有可可靠靠性性框框图图、故故障障树树分分析析法法和和马马尔尔可可夫夫模模型型法法的的基基础础上上，结结合合新新的的方方法法，能能更更快快捷捷、精确的确定安全完整性等级。精确的确定安全完整性等级。26254 方向构思3226敬请各位老师、同学批评指正！敬请各位老师、同学批评指正！敬请各位老师、同学批评指正！敬请各位老师、同学批评指正！谢谢！谢谢！谢谢！谢谢！中国石油大学（华东）安全环保与节能技术中心中国石油大学（华东）安全环保与节能技术中心Center for Safety,Environmental&Energy Conservation Technology志存高远志存高远志存高远志存高远