CN104007755B - 应用在过程工业中的降低风险方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用在过程工业中的降低风险方法，主要解决现有技术中对于石油化工装置尚无通过检验测试方法定量的对安全仪表系统进行风险评估，确定安全完整性SIL等级的问题。本发明通过采用一种应用在过程工业中的降低风险方法，根据安全仪表系统SIS的平均危险失效率Fd以及开车时对安全仪表功能要求其执行安全功能的要求频率d来确定最优的检验测试周期T，进而确定平均安全无效性SU=1/2×Fd×T，最终确定安全仪表功能安全完整性SIL等级；其特征在于T<2/(d+Fd)的技术方案，有效地解决了该问题，可用于过程工业的降低风险分析中。

Description

应用在过程工业中的降低风险方法

技术领域

本发明涉及一种应用在过程工业中的降低风险方法。

背景技术

在我们每一项社会活动中，都存在着一定的风险，我们不可能完全将这些风险消除，但是我们通过一些方法，降低风险发生频率以及风险的严重性，从而使风险降低到我们可接受的水平。其中一个方法就是通过对安全仪表系统的检验测试来减少过程工业中的风险。简单地说，所有的工业过程中存在着固有的风险，这些风险或早或晚的将会导致事故的发生。通过事故发生频率以及后果严重性来定义风险的可接受水平，并且通过风险可接受水平来建立分析工业过程。当事故后果严重性水平不被接受时，需要降低事故发生频率。通过认真精确的安全研究来定义所需要降低的风险程度。

过程工业(如石油化工行业)属于高危行业，高危险性行业希望防范涉及有害物质的重大事故。他们还希望采取措施，限制此类事故对人员和环境的影响。对于现代化的工艺装置必须实行现代化安全管理，也就是从系统的观念出发，运用科学分析方法识别、评价、控制危险，降低风险，使工艺装置达到最佳安全状态，进而保证人身安全、经济损失和环境破坏，保障装置长周期安全稳定运行。

应用系统的方法预先找出影响工艺装置正常运行的各种事件出现的条件，可能导致的后果，以及消除和控制这些事件的相关措施，以达到预防事故、实现装置安全的目的。有许多方法能降低风险，其中之一是使用安全仪表系统(SIS)。一般来说，SIS由一些安全仪表功能(SIF)构成，每一个SIF有专用的安全回路以及相关的风险参数。如果使用SIF来降低风险，那么SIF的构成要素的危险失效率被认为是一个危险威胁，即一个真正的危险源。

平均风险率(h)取决与SIS的平均危险失效率(Fd)和要求执行安全功能的平均要求率(d)。它们之间是相互独立的，所以他们之间的关系可以用公式表示：

1/h＝1/Fd+1/d

当不存在SIS、1/Fd不存在的时候h＝d，即要求执行其安全功能时就会造成危险。

通过比较设备的平均风险率(h)风险降低因数(RRF)来计算。

RRF＝d/h＝(Fd+d)/Fd

当SIF要求被执行而SIF不能安全动作时，风险就存在，这是平均安全无效性(SU)。平均风险率可以用公式表示为：

h＝d*SU

实际上这个不可用时期不会比最大的要求寿命(T_L)更长。假设开车之后的故障发生率与要求寿命结束之前的故障发生率相同的话，那么很明显，平均安全不可用(SU_L)为1/2*Fd*T_L。

平均风险率可以表示为：

h＝d*SU_L＝1/2*d*Fd*T_L

RRF＝d/h＝1/SU_L

然而，公式h＝d*SU_L＝1/2*d*Fd*T_L只有在d*T_L<<1并且Fd*T_L<<1时才会被使用，只有在要求执行安全功能的平均要求率(d)非常低的工业过程中上述公式才会被使用，这就意味着需要用其他的方法来确定SIF的SIL。将平均危险失效时间规定为更短的时间，这种方法是通过SIF的检验测试实现的。假如经过检验测试后的SIF被置于初始状态，那么SU和SU_L值相同，并且通过检验测试SIF的RRF值为1/SU。

通过人工测试会减少SIF要求的Fd值。这种测试方式称为检验测试。检验测试可以间接的降低SIF的费用成本，但是这种费用成本优势会被进行检验测试的费用消除。将来，执行检验测试会更加简单而且设备会被彻底修复。一些专家建议进行检验测试后的设备可以被视为“新”设备，检验测试除了可以完成设备的测试以及维修，还可以推测出其它的危险失效。

发明专利CN200910052211.9设计一种静电保护装置的可视性检验测试方法，包括：第一场效应管和第二场效应管，所述第一场效应管的栅极与其漏极、以及所述第二场效应管的源极相连接，作为所述静电保护装置的输入端；所述第二场效应管的栅极与其漏极、以及所述第一场效应管的源极相连接，作为所述静电保护装置的输出端。该方法将静电保护与可视性检验测试相结合，不仅能有效地实施静电保护,还可通过控制所述静电保护装置上的电压使其导通和截断从而实施可视性检验测试,降低了工艺复杂度。

本发明采用一种新的检验测试定量分析方法，根据安全仪表系统各组成元件的使用寿命以及开车时对安全仪表功能要求其执行安全功能的要求频率来确定最优的检验测试周期，进而确定安全仪表功能安全完整性等级，有效的解决了上述问题。

发明内容

本发明所要解决的主要问题是现有技术中对于石油化工装置尚无通过检验测试方法定量的对安全仪表系统进行风险评估，确定安全完整性SIL等级的问题。提出一种新的应用在过程工业中的降低风险方法，具有可定量、可根据安全仪表系统各组成元件的使用寿命以及开车时对安全仪表功能要求其执行安全功能的要求频率来确定最优的检验测试周期，进而确定安全仪表功能安全完整性等级的优点。

本发明采用的技术方案为：一种应用在过程工业中的降低风险方法，利用检验测试方法定量的对石油化工装置安全仪表系统进行风险评估，确定安全完整性SIL等级。根据安全仪表系统SIS的平均危险失效率Fd以及开车时对安全仪表功能要求其执行安全功能的要求频率d来确定最优的检验测试周期T，进而确定平均安全无效性SU＝1/2×Fd×T，最终确定安全仪表功能安全完整性SIL等级；其特征在于T<2/(d+Fd)。

在上述技术方案中，所述Fd<<d；所述安全完整性等级SIL基于IEC61508；所述安全完整性等级SIL通过定义整个安全仪表功能SIF寿命的平均安全无效性SU来表示；通过一定检验测试周期T进行检验测试的安全仪表功能SIF风险率ht小于平均风险率h，ht＝1/2×d×Fd×T，h＝d×Fd/(d+Fd)。

检验测试只有在能够证明改进风险减少上起作用才有意义。换句话说，如果h代表不进行检验测试SIF的风险率，ht代表通过一定时间间隔(T)进行检验测试的SIF风险率，那么ht/h<1。定义ht时需要决定通过时间间隔T进行的检验测试SIF的平均安全无效性(SU)，通过相同的方法可以计算出SU_L。

SU＝1/2Fd*T

ht＝d*SU＝1/2d*Fd*T

因为：h＝d*Fd/(d+Fd)

由于只有在ht/h<1时检验测试才有意义，所以：

$\frac{1/2d*Fd*T}{d*Fd/(d+Fd)}<1$

所以1/2(d+Fd)T<1

即T<2/(d+Fd)

实际上我们假定Fd<<d，所以上述公式可以被简化为T<2/d，这样就给出了要求执行安全功能的平均要求率与检验测试周期之间的关系。不等式T<2/d给出能改善风险率降低的最大检验测试间断(2/d)，很显然它与要求执行安全功能的平均要求率有关。

由前项所述，SIF所需要的风险降低不但可以通过平均SIF的平均危险失效率表示，也可以通过定义整个SIF寿命的平均安全无效性来表示。IEC61508中规定了很多定义安全完整性水平(SIL)的方法。它通过规定了两个表格形式来对四个SIL等级进行分类。第1个表格是以SUp为基础，(为了替代SU，IEC使用平均危险失效率来实现设计功能需要，缩写为PFDAVG)。第2个表格是以Fd为基础。PFDAVG表格只能在低要求操作模式中使用，这意味着这个表格在SIF的要求率<1/年时使用。(IEC61508第4部分)。第2个表格必须在高操作或连续操作模式中使用。

采用本发明所述的方法，可以定量的根据安全仪表系统各组成元件的使用寿命以及开车时对安全仪表功能要求其执行安全功能的要求频率来确定最优的检验测试周期，进而确定安全仪表功能安全完整性等级，具有较好的技术效果。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

乙烯装置是易燃、易爆、剧毒的大型化工装置，生产过程具有工艺流程复杂、技术要求高、危险性大等特点，一旦在管理上和操作上出现疏忽，就会造成事故的发生，随着装置运行年限的延长，生产规模扩大，工艺复杂程度提高，设备、仪表的老化等客观因素的存在，装置的安全生产就显得更加重要了。

该乙烯装置采用两头一尾流程，即两套裂解炉、急冷系统、裂解气压缩系统、一套分离系统。通过对原料石脑油在裂解炉进行裂解，裂解后的高温裂解气进入压缩单元进行冷却，再经过分离单元进行成分分离。本文通过介绍乙烯装置裂解单元裂解炉设备的安全仪表功能，来说明利用检验测试方法来降低安全仪表系统的安全仪表功能的风险。表1给出了乙烯装置裂解炉急冷器温度高SIF回路。

以乙烯装置急冷器出口高高联锁回路为例，原料石脑油通过进料阀XSOV-10101进入裂解炉，在裂解炉内通过蒸汽加热裂解，产生裂解气，裂解气离开裂解炉后进入急冷器进行冷却。急冷器出口设有温度传感器，如检测到急冷器出口裂解气温度高，则安全仪表功能动作，即要求裂解炉石脑油进料开关阀XSOV-10101关闭。

前期我们通过保护层分析方法(LOPA)确定了此安全仪表功能的安全完整性等级，并且通过现场调研，确定了安全仪表回路结构及元件组成，如表2所示。

由图1我们可以看出急冷器出口温度高高联锁是由一台温度传感器(传感器)、FSC逻辑处理器以及一台切断阀(执行元件)构成。通过现场调研，确定了此安全仪表功能的要求执行安全功能的平均要求率(d)为1次/2年，通过公式T<2/d，计算出进行检验测试的最小时间间隔(T)为至少1年。我们假设工厂每年正常进行一次检验测试。

而通过安全仪表功能的故障树建模，我们可以计算出急冷器出口温度高高的危险失效率Fd值为1.982E-03(通过这个值我们确定表2中的SIL级别)。

通过公式SU＝1/2Fd*T，我们可以算出经过正常检验测试周期进行检验测试的SIF回路SU值为0.991E-03，即此SIF的硬件实际SIL等级为SIL3。

通过SIF硬件的检验测试，我们提高了整个SIF的SIL级别，降低了设备风险。

表1 SIF回路一览表

表2

Claims (5)

1.一种应用在过程工业中的降低风险方法，根据安全仪表系统SIS的平均危险失效率Fd以及开车时对安全仪表功能要求其执行安全功能的要求频率d来确定最优的检验测试周期T，进而确定平均安全无效性SU＝1/2×Fd×T，最终确定安全仪表功能安全完整性等级SIL；其特征在于T<2/(d+Fd)。

2.根据权利要求1所述应用在过程工业中的降低风险方法，其特征在于所述Fd<<d。

3.根据权利要求1所述应用在过程工业中的降低风险方法，其特征在于所述安全完整性等级SIL基于IEC61508。

4.根据权利要求1所述应用在过程工业中的降低风险方法，其特征在于所述安全完整性等级SIL通过定义整个安全仪表功能寿命的平均安全无效性SU来表示。

5.根据权利要求1所述应用在过程工业中的降低风险方法，其特征在于在检验测试周期T进行检验测试的安全仪表功能SIF风险率ht小于平均风险率h，ht＝1/2×d×Fd×T，h＝d×Fd/(d+Fd)。