CN104504502A - 一种lng项目安全仪表系统sil判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LNG项目安全仪表系统SIL评估单元，包括项目信息管理模块、HAZOP结果导入模块、中间数据管理模块、SIL评估计算模块、数据库管理模块及评估结果输出模块；项目管理信息模块建立SIL分析项目；HAZOP结果导入模块将SIL分析项目的HAZOP分析结果以剧情为单位进行结构化处理，中间数据管理模块对所述HAZOP结果导入模块中储存的HAZOP分析剧情进行管理、查询、编辑，SIL评估计算模块采用LOPA方法，针对输入的每一条HAZOP分析剧情进行评估计算，得到需要设置的SIL；数据管理模块提供LOPA分析所需要的影响事件可接受风险频率、初始事件发生频率及独立保护层失效概率参考值；评估结果输出模块自动生成SIL评估报告。本发明可以广泛应用于LNG项目安全仪表系统SIL评估中。

Description

一种LNG项目安全仪表系统SIL判断方法

技术领域

本发明涉及一种安全仪表系统SIL(安全完整性等级)判断方法，特别是关于一种LNG(液化天然气)项目安全仪表系统SIL判断方法。

背景技术

在工程工业领域，紧急停车系统、火气监测系统等以安全保护和抑制减轻灾害为目的的安全仪表系统，已广泛用于不同的工艺或设备防护场合，保护人员、生产设备及环境。LNG项目涉及到低温(-165℃)和可燃性介质，安全性非常重要，随着LNG产业的不断发展，LNG装置和设施的规模越来越大型化，对自动化水平的要求越来越高，相应的SIS(安全仪表系统)也越来越受到重视。

功能安全是SIS设计和运行管理的核心问题。SIS执行安全功能时的绩效或可能达到的功能安全水平，采用SIL来表征，SIL的定义为在规定的状态和时间周期内，SIS系统圆满完成所要求安全功能的概率。一个安全仪表功能(SIF)通常由传感器、控制器和执行器三部分组成。在LNG项目的设计阶段，需要确定SIS各个安全仪表功能回路的SIL，进而根据SIL来选择相应的传感器、控制器和执行器，使得整个回路的故障失效率满足相应的SIL要求。因此，SIL的判断对于接收站SIS系统设计非常重要，如果SIL过低，则无法保证LNG项目的装置及工艺过程的安全，如果SIL过高，则对SIS系统各个仪表和设备的故障率等级要求也更高，需要选择更贵的产品，或者是缩短仪表设备的检修周期，增加停产时间。

目前，在LNG项目中所采用的SIL判断方法主要包括风险图法和LOPA(保护层分析)方法。其中，风险图法为定性方法，根据事件后果的严重性来确定SIF的SIL，分析方法主要为头脑风暴，对分析人员的知识水平和经验要求较高，主观影响较大；LOPA方法为半定量方法，其分析基于洋葱模型，通过设置不同的独立保护层，将事件的风险降低到可接受的范围，并据此计算出相应的SIF失效率，从而确定SIL。LOPA方法计算SIL需要输入大量的仪器设备可靠性数据，而在目前的LNG项目设计中缺少相应的数据支撑，很多时候仍是依靠分析人员的经验来确定，主观影响同样较大。

同时，无论是风险图法还是LOPA方法，目前主要依靠人工分析和记录，操作繁琐，工作量大，容易出错，有较大的局限性。此外，SIL判断工作通常引用HAZOP(危险与可操作性分析)分析结果作为参考，但是两者往往是由两组不同的人员完成，在场景定义、严重性分析等方面经常出现不一致的情况，缺少良好的手段将两者结合起来。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以判断SIF回路所需要的SIL，在企业可接受风险范围内，合理地进行SIF回路的设计和仪表、设备选型的LNG项目安全仪表功能SIL判断方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种LNG项目安全仪表系统SIL判断方法，其包括以下步骤：1)项目信息管理：在项目管理信息模块中建立多个SIL分析项目，并对所建立的SIL分析项目的项目信息、SIL评估会议信息、评估人员清单进行管理；2)HAZOP结果的处理：采用HAZOP结果导入模块将项目管理信息模块中所建立的SIL分析项目的HAZOP分析结果以剧情为单位进行结构化处理，每条HAZOP分析剧情包括节点、偏差、后果、原因、后果严重性、保护措施、安全仪表系统设置，并将结构化处理后的HAZOP分析结果储存在HAZOP结果导入模块中；3)中间数据的管理：采用中间数据管理模块对HAZOP结果导入模块中储存的HAZOP分析剧情进行管理、查询、编辑，对HAZOP分析剧情进行筛选，选择设置有SIF回路的HAZOP分析剧情和后果严重性等级较高的HAZOP分析剧情输入至SIL评估计算模块进行评估计算；4)数据库的建立：数据管理模块根据LNG项目特点整理并选取了国际权威数据库和国内外大型企业的设备可靠性数据，以及过往LNG项目SIL评估中使用的数据，建立了针对LNG项目SIL评估计算的风险矩阵、初始事件发生频率以及保护层失效概率核心数据库；5)SIL分析项目的判断：SIL评估计算模块采用LOPA方法，针对输入的每一条HAZOP分析剧情对SIL分析项目进行SIL判断，得到需要设置的SIL；6)SIL判断结果的输出：评估结果输出模块根据来自SIL评估计算模块的SIL判断结果自动生成SIL评估报告。

所述步骤4)中建立的数据库为能够进行数据查询、编辑和增加的开放式数据库。

所述步骤5)中SIL分析项目的判断包括以下步骤：(1)在相应的LOPA分析计算表格中导入结构化处理后的HAZOP分析剧情，LOPA分析计算表中所需要的参数节点、场景、影响事件、初始事件、后果严重性、独立保护层、SIF回路分别对应HAZOP分析剧情中的节点、偏差、后果、原因、后果严重性、保护措施、安全仪表系统；(2)SIL评估计算模块自动从数据管理模块中的风险矩阵、初始事件发生频率以及保护层失效概率数据库中搜索LOPA分析所需的影响事件可接受风险频率、初始事件发生频率以及独立保护层失效概率的数据参考值；(3)SIL评估计算模块采用LOPA方法根据导入LOPA分析计算表中的所有参数对SIL分析项目的SIL进行判断，并将SIL判断结果输入评估结果输出模块。

所述步骤(2)中LOPA分析所需的影响事件可接受风险频率、初始事件发生频率以及独立保护层失效概率的数据参考值在LOPA分析计算表中进行人工编辑。

所述步骤6)中SIL评估报告中所包括的内容可以进行设置。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用HAZOP结果导入模块将HAZOP分析的结果进行结构化处理并导入系统，能够对HAZOP分析的所有剧情进行梳理和分析，便于SIL评估工作与HAZOP分析的衔接，有效地解决了过往设计工作中SIL评估与HAZOP分析脱节，存在缺漏或者前后不一致的问题，保证了SIL评估结果的全面性和准确性。2、本发明由于采用建立风险矩阵、初始时间发生频率以及保护层失效概率三个核心数据库，有效解决了过去LNG项目安全仪表系统SIL评估中缺少可靠性数据支持，分析人员凭经验和头脑风暴设定失效概率，导致同样回路SIL要求不一的问题，有利于提高SIL评估的准确性和标准化。3、本发明能够实现安全仪表功能回路SIL评估的自动分析与计算。在分析过程中，能够根据输入参数的类型和关键字匹配自动搜索并给出建议的参考值，并根据预先设定的企业可接受风险值，自动计算出该回路所要求的SIL，省去了繁琐且容易出错的SIL计算和记录过程，减少了人工工作量，提高了SIL评估效率。4、本发明系统可以将企业里的SIL分析项目更有效、有序的汇总在一起，在使用的过程更方便，统计、查询更高效，在系统中可以更快速的统计出不同的SIL的情况，以及各SIL的系统信息。综上所述，本发明可以广泛应用于LNG项目安全仪表系统SIL评估中。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明的HAZOP分析剧情与LOPA分析结果之间的对应关系图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种LNG项目安全仪表系统SIL判断方法，其包括以下步骤：

1)项目信息管理

在项目管理信息模块中建立多个SIL分析项目，并对所建立的SIL分析项目的项目信息、SIL评估会议信息、评估人员清单等进行管理。

2)HAZOP结果的处理

采用HAZOP结果导入模块将项目管理信息模块中所建立的SIL分析项目的HAZOP分析结果以剧情为单位进行结构化处理，每条HAZOP分析剧情包括节点、偏差、后果、原因、后果严重性、保护措施、安全仪表系统设置等字段，并将结构化处理后的HAZOP分析结果储存在HAZOP结果导入模块中。

3)中间数据的管理

采用中间数据管理模块对HAZOP结果导入模块中储存的HAZOP分析剧情进行管理、查询、编辑，对HAZOP分析剧情进行筛选，选择设置有SIF回路的HAZOP分析剧情和后果严重性等级较高的HAZOP分析剧情输入至SIL评估计算模块进行评估计算。

4)数据库的建立

数据管理模块根据LNG项目特点整理并选取了国际权威数据库和国内外大型企业的设备可靠性数据，以及过往LNG项目SIL评估中使用的数据，建立了针对LNG项目SIL评估计算的风险矩阵、初始事件发生频率以及保护层失效概率等核心数据库，且数据管理模块中所建立的数据库为开放式数据库，能够进行可靠性数据的查询、编辑和增加。

5)SIL分析项目的判断

SIL评估计算模块采用LOPA方法，针对输入的每一条HAZOP分析剧情对SIL分析项目进行SIL判断，得到需要设置的SIL。具体步骤如下：

(1)在相应的LOPA分析计算表格中导入结构化处理后的HAZOP分析剧情，如图2所示，LOPA分析计算表中所需要的参数节点、场景、影响事件、初始事件、后果严重性、独立保护层、SIF回路分别对应HAZOP分析剧情中的节点、偏差、后果、原因、后果严重性、保护措施、安全仪表系统。

(2)SIL评估计算模块自动从数据管理模块中的风险矩阵、初始事件发生频率以及保护层失效概率数据库中搜索LOPA分析所需的影响事件可接受风险频率、初始事件发生频率以及独立保护层失效概率等数据参考值。如果分析小组判断某些数据不准确或者数据库没有给出参考值，也可以在LOPA分析计算表中进行人工编辑。

(3)SIL评估计算模块采用LOPA方法根据导入LOPA分析计算表中的所有参数对SIL分析项目的SIL进行判断，并将SIL判断结果输入评估结果输出模块。

6)SIL判断结果的输出

评估结果输出模块根据来自SIL评估计算模块的SIL判断结果自动生成SIL评估报告，SIL评估报告内容中包括判断当前所采用的保护措施是否能够将风险降低到可接受的范围内，如果不符合要求则提出建议增加的保护措施，如增加SIF回路等，且可以设置SIL评估报告中所包括的内容。

具体实施例:

下面通过具体实施例对本发明的LNG项目安全仪表系统SIL评估单元作进一步说明。

某LNG接收站LNG储罐的压力低低联锁回路使用本发明的LNG项目安全仪表系统SIL判断方法进行SIL等级判断，包括以下步骤：

1)项目信息管理

在项目信息管理模块中建立LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目；

2)HAZOP结果的处理

HAZOP结果导入模块将LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目的HAZOP分析结果以剧情为单位进行结构化处理，如图2所示，LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目的HAZOP分析剧情包括节点、偏差、后果、原因、后果严重性、保护措施、安全仪表系统设置；其中，节点是储罐；偏差为压力偏差；一个后果是储罐真空度过高引起结构损坏，原因包括PSV阀失效、外输泵失效、BOG压缩机失效、台风环境压力降低4条原因；后果严重性为非常严重(5级)；保护措施有4条，包括设有补气阀、BOG压缩机调节、设置压力检测报警、设有真空安全阀；安全仪表系统设置为储罐压力低低连锁，并将结构化处理后的LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目的HAZOP分析结果储存在HAZOP结果导入模块中。

3)中间数据的管理

由于LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目的HAZOP分析剧情中后果严重性为非常严重(5级)，等级很高，因此中间数据管理模块通过对HAZOP结果导入模块中储存的HAZOP分析剧情进行筛选，选择出后果严重性等级高的LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目的HAZOP分析剧情，将其输入至SIL评估计算模块进行评估计算。

4)SIL分析项目的判断

SIL评估计算模块采用LOPA方法对LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目进行SIL判断，如图2所示，将LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目的HAZOP分析剧情中的节点、偏差、后果、原因、后果严重性、保护措施和安全仪表系统设置分别输入到LOPA分析计算表中的节点、场景、影响事件、初始事件、后果严重性、独立保护层和SIF回路。同时，SIL评估计算模块自动从数据管理模块中的风险矩阵、初始事件发生频率以及保护层失效概率数据库中搜索到对LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目进行LOPA分析所需要的影响事件可接受风险频率、初始事件发生频率以及独立保护层失效概率。

6)SIL判断结果的输出

评估结果输出模块根据SIL评估计算模块的分析计算自动生成LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目的SIL评估报告，如表1所示，LOPA分析中有1个影响事件，即储罐真空度过高导致结构损坏，严重性等级为5该影响事件的可接受风险频率为1.00e-005；对应PSV阀失效、外输泵失效、BOG压缩机失效、台风环境压力降低4个初始事件，初始事件的发生频率分别为0.01次/年、0.01次/年、0.01次/年、0.1次/年；3条独立保护层，分别为BPCS、操作与报警、安全泄放装置，其中，BPCS对应保护措施中的设有补气阀和BOG压缩机控制，操作与报警对应保护措施中的设置压力检测报警，安全泄放装置对应保护措施中的设有真空安全阀，3条独立保护层的失效概率分别为0.1、0.1、0.01；该场景下总的中间事件发生概率之和为1.3e-005，高于影响事件的可接受风险频率1.00e-005，因此设置SIF功能的SIL等级为1，得到已减轻事件发生概率为1.3e-006，使得风险降低到可接受范围内。

表1 LNG储罐的压力低低联锁回路SIL分析项目的SIL评估报告

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种LNG项目安全仪表系统SIL判断方法，其包括以下步骤：

1)项目信息管理

在项目管理信息模块中建立多个SIL分析项目，并对所建立的SIL分析项目的项目信息、SIL评估会议信息、评估人员清单进行管理；

2)HAZOP结果的处理

采用HAZOP结果导入模块将项目管理信息模块中所建立的SIL分析项目的HAZOP分析结果以剧情为单位进行结构化处理，每条HAZOP分析剧情包括节点、偏差、后果、原因、后果严重性、保护措施、安全仪表系统设置，并将结构化处理后的HAZOP分析结果储存在HAZOP结果导入模块中；

3)中间数据的管理

采用中间数据管理模块对HAZOP结果导入模块中储存的HAZOP分析剧情进行管理、查询、编辑，对HAZOP分析剧情进行筛选，选择设置有SIF回路的HAZOP分析剧情和后果严重性等级较高的HAZOP分析剧情输入至SIL评估计算模块进行评估计算；

4)数据库的建立

数据管理模块根据LNG项目特点整理并选取了国际权威数据库和国内外大型企业的设备可靠性数据，以及过往LNG项目SIL评估中使用的数据，建立了针对LNG项目SIL评估计算的风险矩阵、初始事件发生频率以及保护层失效概率核心数据库；

5)SIL分析项目的判断

SIL评估计算模块采用LOPA方法，针对输入的每一条HAZOP分析剧情对SIL分析项目进行SIL判断，得到需要设置的SIL；

6)SIL判断结果的输出

评估结果输出模块根据来自SIL评估计算模块的SIL判断结果自动生成SIL评估报告。

2.如权利要求1所述的一种LNG项目安全仪表系统SIL判断方法，其特征在于：所述步骤4)中建立的数据库为能够进行数据查询、编辑和增加的开放式数据库。

3.如权利要求1所述的一种LNG项目安全仪表系统SIL判断方法，其特征在于：所述步骤5)中SIL分析项目的判断包括以下步骤：

(1)在相应的LOPA分析计算表格中导入结构化处理后的HAZOP分析剧情，LOPA分析计算表中所需要的参数节点、场景、影响事件、初始事件、后果严重性、独立保护层、SIF回路分别对应HAZOP分析剧情中的节点、偏差、后果、原因、后果严重性、保护措施、安全仪表系统；

(2)SIL评估计算模块自动从数据管理模块中的风险矩阵、初始事件发生频率以及保护层失效概率数据库中搜索LOPA分析所需的影响事件可接受风险频率、初始事件发生频率以及独立保护层失效概率的数据参考值；

(3)SIL评估计算模块采用LOPA方法根据导入LOPA分析计算表中的所有参数对SIL分析项目的SIL进行判断，并将SIL判断结果输入评估结果输出模块。

4.如权利要求2所述的一种LNG项目安全仪表系统SIL判断方法，其特征在于：所述步骤5)中SIL分析项目的判断包括以下步骤：

(1)在相应的LOPA分析计算表格中导入结构化处理后的HAZOP分析剧情，LOPA分析计算表中所需要的参数节点、场景、影响事件、初始事件、后果严重性、独立保护层、SIF回路分别对应HAZOP分析剧情中的节点、偏差、后果、原因、后果严重性、保护措施、安全仪表系统；

(2)SIL评估计算模块自动从数据管理模块中的风险矩阵、初始事件发生频率以及保护层失效概率数据库中搜索LOPA分析所需的影响事件可接受风险频率、初始事件发生频率以及独立保护层失效概率的数据参考值；

(3)SIL评估计算模块采用LOPA方法根据导入LOPA分析计算表中的所有参数对SIL分析项目的SIL进行判断，并将SIL判断结果输入评估结果输出模块。

5.如权利要求3或4所述的一种LNG项目安全仪表系统SIL判断方法，其特征在于：所述步骤(2)中LOPA分析所需的影响事件可接受风险频率、初始事件发生频率以及独立保护层失效概率的数据参考值在LOPA分析计算表中进行人工编辑。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种LNG项目安全仪表系统SIL判断方法，其特征在于：所述步骤6)中SIL评估报告中所包括的内容可以进行设置。

7.如权利要求5所述的一种LNG项目安全仪表系统SIL判断方法，其特征在于：所述步骤6)中SIL评估报告中所包括的内容可以进行设置。