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1、石化工业安全仪表系统的安全生命周期及其功能完整性保障doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 （北京） 北京） CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 设备管理与可靠性结课论文 设备管理与可靠性 题目： 石 化工 业 安 全 仪 表系 统 的 安 全 生命 周 期 及其功能完整性保障 小组成员： 小组成员： 完成日期 2011-01-01 题目：石化工业安全仪表系统的安全生命周期及其功能完整性保 障 1.前 言 本文主要介绍石油化工行业中安全仪表系统的安全生命周期 的认定以及其功能完整性的评估，并着重介绍各种安全仪表系统 的安全完
2、整性等级的确定。然后按照现阶段国家和世界的标准对 我国石化工业安全仪表系统的安全生命周期和完整性进行了系统 的描述，并且对过程行业，化工企业，石化装置的安全仪表系统 进行可靠性探究，以国际标准对安全仪表系统进行设计。在总结 和分析前人研究的基础上，找出存在的问题和需要进一步研究探 索的地方。 2. 安 全 仪 表 系 统 的 安 全 生 命 周 期 安 全 仪 器 系 统 S I S ） 由 国 际 电 工 委 员 会 E C ） 准 I E C6 1 5 0 8 （ 是 （ 标 及 IEC6151 定 义 的 独 立 于 DCS/PLC 的 专 门 用 于 工 业 过 程 的 安 全 系统，
3、其对装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态 进行及时响应和保护，事生产装备按照规定的条件或程序退出运 行，从而使危险降低到最低程度，以保证人员、设备的安全和避 免工厂周边环境的污染。安全仪表系统主要由检测部分（传感器、 变送器） 逻辑运算部分、执行动作部分（阀门、泵、电机）等三 、 部分组成。一个安全仪表系统从开始设计到最终停用要经过许多 阶段，在安全仪表系统的设计和执行过程中要考虑其整个生命周 期。 安 全 仪 表 系 统 的 生 命 周 期（ S L C ）模 型 对 安 全 仪 表 系 统 项 目 的 设 计 和 执 行 有 非 常 重 要 的 指 导 意 义 。 I E C 6
4、 1 5 0 8 和 I E C6 1 5 1 定 义 的 安 全 仪 表 系 统 的 生 命 周 期 模 型 与 ISA S8401 定 义 的 安 全 仪 表 系统的生命周期模型有相似之处，其自始至终大致可以分为工艺 设计、危险学习及评估、安全功能分配、系统设计、系统集成、 现场安装、调试和验证、系统投运及维护、系统升级或更新换代 等 阶 段 。 图 1 给 出 了 基 于 ISA S8401 的 安 全 仪 表 系 统 的 生 命 周 期 模型，它是最早的安全仪表系统的生命周期是模型，现已逐渐被 I E C 6 1 5 11 安 全 生 命 周 期 模 型 所 取 代 ，但 其 对 安
5、全 仪 表 系 统 项 目 的 执行仍具有重要的指导意义。 图 1 基 于 ISA S84. 01 的 安 全 仪 表 系 统 的 生 命 周 期 模 型 安全仪表系统的建立是为了保证人员、设备的安全或避免工 厂周边环境的污染。 而其只能降低风险发生的概率, 或者减轻风 然 险 发 生 后 果 的 严 重 性 ,并 不 能 完 全 抑 制 风 险 的 发 生 。 为 降 低 生 产 过 程中风险发生的概率, 应保证工艺设计的固有安全性, 即在工艺 设计中尽可能地采用低压、低容量的设计方案。 3.安 全 仪 表 系 统 SIL等 级 评 估 过 程 典型事故案例分析表明，绝大多数事故的发生都与安
6、全仪表 系统的设置有关。尽管大多数石化装置均安装了安全仪表系统， 但由于安全仪表系统设置的针对性、合理性、有效性等方面的问 题造成当灾难性事故发生时安全仪表系统却失去了作用。在石化 装 置 开 展 安 全 仪 表 系 统 S I L 评 估 ，合 理 、有 效 地 设 置 安 全 仪 表 系 统 ， 实 现 安 全 仪 表 系 统 SI等 级 ， 保 障 石 化 装 置 安 全 ， 已 经 成 为 目 前 迫 切 需 要 解 决 的 问 题 。本 文 以 P TA 装 置 氧 化 反 应 器 为 例 ，介 绍 安 全 仪 表 系 统 SIL等 级 评 估 的 过 程 。 当 美 国 A NS
7、I I S A 决 定 放 弃 A NS I / I S A - 8 4 . 0 1 -1 9 9 6 ， 转 而 采 纳 I E C6 1 5 11 时 ， 引 入 了 O S H A 1 9 1 0 . 11 9 的 “ 宗 亲 条 款 （ Grandfather Clause） ， 使 之 成 为 A NSI / I SA- 8 4 . 01-2 0 0 4， ” 见 A NSI /ISA-84.01-2004-1， 条 款 1.0y。 宗 亲 条 款 解 决 了 功 能 安 全 标 准 从 A N S I / I S A - 8 4 . 0 1 - 1 9 9 6 向 A NS I /
8、 I S A - 8 4 . 0 1 - 2 0 0 4 过 渡 遇 到 的 问 题 ，即 对 于 已 经 存 在 的 SIS，如 何 满 足 或 遵 循 新 的 标 准 ？ 宗 亲条款的中心含义是对于按照以前的标准规范和工程实践设计、 建 造 的 、 已 经 存 在 的 SIS系 统 ， 业 主 或 操 作 者 应 论 证 “ 设 备 是 以 安 全的方式设计、维护、检验、测试和操作” 有两个基本的评判步 。 骤： （ 1） 确 认 进 行 了 危 险 和 风 险 分 析 ， 以 定 量 的 或 定 性 的 方 式 ， 确 定 SIS中 的 每 个 SIF所 应 具 有 的 风 险 降 低
9、水 平 要 求 ； （ 2） 确 认 对 已 经 存 在 的 SIF进 行 了 评 估 ， 确 定 它 们 满 足 了 所 需 要 的风险降低要求。 遵 循 了 这 一 原 则 ， 整 个 安 全 仪 表 系 统 SIL等 级 评 估 过 程 包 括 ： （ 1） 搜 集 工 艺 流 程 资 料 ； （ 2） 危 险 分 析 ， 确 定 安 全 仪 表 系 统 的 安 全 仪 表 功 能 ； （ 3） 风 险 分 析 ， 确 定 安 全 仪 表 系 统 的 安 全 仪 表 功 能 的 目 标 SIL等 级； （ 4） 安 全 仪 表 系 统 操 作 模 式 的 确 定 ； （ 5） 安 全 仪
10、 表 系 统 结 构 约 束 的 确 定 ； （ 6） 安 全 仪 表 系 统 可 靠 性 数 据 的 确 定 ； （ 7） 安 全 仪 表 系 统 SIL等 级 的 计 算 ； （ 8） 安 全 仪 表 系 统 SIL等 级 的 评 估 。 下 图 给 出 了 安 全 仪 表 系 统 SIL 评 估 的 过 程 。 工艺流程 氧 化 反 应 器 T D - 2 0 1 反 应 温 度 为 1 8 5 1 9 5 ， 反 应 压 力 为 0.881.08MPa。 对 二 甲 苯 （ PX） 醋 酸 、 催 化 剂 和 消 泡 剂 按 比 例 、 控制流量进入反应器中。氧化用空气由多级离心式空气
11、压缩机 T C - 2 0 1 和 英 格 索 兰 压 缩 机 T C - 2 0 2 供 给 ，另 有 一 路 氧 气 管 道 可 以 实 施富氧氧化。两路气体压力控制在相同压力，由各自流量调节阀 调 节 汇 合 后 再 分 4路 从 TD-201底 部 吹 入 反 应 器 。 应 尾 气 中 的 氧 含 反 量 要 进 行 监 控 ， 按 照 其 正 常 范 围 （ 2.5%4.3%） 调 节 空 气 流 量 ， 一 旦 超 出 指 标 8%，TD-201停 车 联 锁 动 作 ， 以 保 证 反 应 器 安 全 。 图 2为 氧 化 反 应 器 的 简 图 。 反应器 T D2 0 1
12、醋酸 4.石 油 化 工 装 置 及 其 仪 表 安 全 系 统 功 能 安 全 的 重 要 性 在 现 代 石 油 化 工 装 置 中 ,由 于 工 艺 复 杂 、 装 备 繁 复 ,需 要 许 多 控 制 系 统 ,并 要 求 整 个 控 制 系 统 不 允 许 存 在 任 何 安 全 薄 弱 环 节 。 如 果 系 统 中 过 程 成 套 仪 表 以 及 其 他 设 备 工 作 不 正 常 (失 效 ) ,就 有 可 能 造 成 控 制 系 统 故 障 ,使 生 产 过 程 停 止 ,会 造 成 火 灾 、 爆 炸 等 危 险 事 件 , 对 人 员 、 设 备 和 环 境 造 成 灾
13、难 性 后 果 。 为 了 消 除 危 险 源 ,并 将 风 险 最 小 化 , 需 要 可 靠 的 过 程 工 业 安 全 技 术 来 满 足 最 苛 刻 的 要 求 。因 此 , 在 现 代 石 油 化 工 工 业 过 程 领 域 的 安 全 生 产 过 程 中 ,需 要 采 用 不 同 技 术 的 仪 表 安 全 系 统 (如 机 械 的 、 液 压 的 、 气 动 的 、 电 气 的 、 电 子 的 和 可 编 程 的 等 ) 来 保 证 系 统 安 全 。 所 以 ,仪 表 安 全 系 统 ( SIS) 本 身 的 功 能 安 全 就 成 为 头 等 重 要 的 问 题 。 为 了
14、评 估 SIS 的 功 能 安 全 ,必 须 对 石 油 化 工 工 业 过 程 领 域 SIS 的 安 全 完 整 性 等 级 进 行 评 估 ,确 定 其 SIS 的 等 级 。 SIS 安 全 生 命 周 期 要 求 在 SIS 整 体 安 全 生 命 周 期 中 ,要 实 现 SIS 安 全 生 命 周 期 的 每 个 阶 段 和 活 动 (见 表 1 所 列 ) 。 危 险 和 风 险 评 估 以 及 安 全 要 求 分 配 由 于 在 石 化 工 业 过 程 领 域 里 ,存 在 着 许 多 潜 在 的 危 险 和 风 险 ,包 含 的 复 杂 性 也 各 不 相 同 , 这 些
15、危 险 和 风 险 包 括 被 控 设 备 ( E UC ) 风 险 、 在给定范围 内能够接受的允许风险和采取防护措施后存在的残余风险。这些 风险和危险可以通过仪表及其相关安全系统、其他技术安全相关 系 统 以 及 外 部 风 险 降 低 设 施 ,将 实 际 风 险 降 低 。 风 险 是 对 一 个 危 险 事 件 出 现 的 概 率 和 结 果 的 估 量 ,可 以 对 不 同 情 况 的 风 险 进 行 评 价 ,当 确 定 了 允 许 风 险 ,并 估 计 了 必 要 的 风 险 降 低 后 ,就 可 以 在 仪 表 及 其 相 关 安 全 系 统、其 他技术安全相关系统以及外部风
16、险降低设施之间分配安全完整性 要 求 。常 用 的 方 法 是 采 用 合 理 可 行 的 低 ( A L A R P ) 模 型 , 根 据 这 个 模 型 ,只 要 知 道 允 许 的 风 险 目 标 ,根 据 风 险 等 级 ,列 出 危 险 事 件 可 能 出 现 的 频 率 和 后 果 等 级 ,确 定 满 足 允 许 风 险 的 必 要 的 风 险 降 低 ,最 后 将必要的风险通过预防、控制或减轻来自过程及其相关装置危险 的保护层来分配 安 全 功 能 ,给 仪 表 安 全 功 能 分 配 风 险 ,以 便 降 低 目 标 量 。 SIS 的 设 计 和 工 程 SIS 的 设 计 和 工 程 的 目 的 是 设 计 一 个 或 多 个 SIS 以 提 供 仪 表 安 全 功 能 并 满 足 规 定 的 安 全 完 整 性 等 级 ( S IL) 。 a) SIS 设 计 过 程 中 特 别
