安全仪表系统安全完整性等级的评估技术

SIL是Safety Integrity Level的缩写，译为安全完整性等级。

SIL是在1998年颁布的IEC61508功能安全标准中首次提出的，它是功能安全等级的一种划分。

IEC61508将SIL划分为4级，即SIL1，SIL2，SIL3和SIL4。

安全相关系统的SIL应该达到哪一级别，是由风险分析得来的，即通过分析风险后果严重程度、风险暴露时间和频率、不能避开风险的概率及不期望事件发生概率这四个因素综合得出。

级别越高要求其危险失效概率越低。

SIL整体安全性等级PFD按要求的故障概率PFH每小时的危险故障概率1 10-2~10-1 10-6~10-52 10-3~10-2 10-7~10-63 10-4~10-3 10-8~10-74 10-5~10-4 10-9~10-8工厂内的设备/系统故障可能会引起环境破坏、爆炸和人员伤亡等。

SIL概念使得工厂运行者能够根据预期损害来划分其设备的要求。

另外，SIL概念为产品制造商提供了一个描述产品故障性能的方法。

所有设备/系统，甚至包括那些最精密的设备系统都可能产生故障。

SIL概念就是评定故障及其后果。

评估结果是根据概率计算得出的。

为了简化安全评估，SIL概念将安全级别化分为SIL1-SIL4（SIL4为最高安全级别）。

安全完整性等级的确定需要进行安全系统风险分析，它是进行系统研发的目标和基础，是评估系统能否保证安全的依据。

安全评估体系在完成了安全相关系统研发工作之后还涉及到对整个系统的安全性评价和认可问题，即安全评估。

它是要检查工程的安全管理是否完善，能否和安全计划保持一致。

把安全相关系统和安全需求规范相对照以评价它对控制系统风险是不是已经足够，以及系统能不能满足安全需求规范。

安全评估的目标是对于E／E／PE安全相关系统在功能安全方面达到的水平进行调查，并得出结论。

在石化、钢铁、电力、医药等工业领域，大部分安全问题依赖于仪表与控制系统执行正确的功能，这种安全依赖于系统功能的情况，被称为“功能安全”。

72一、引言随着国家经济的持续发展，成品油市场需求也越来越大，成品油储油库数量和容积也越来越大。

而成品油油库作为易燃、易爆的重大危险源，安全管理成为了重中之重。

目前，导致油库发生安全事故的原因主要有以下几类：工艺设计不合理、设备运行管理不到位、操作程序偏离等。

但是历史数据表明，几乎所有过程性事故的发生，均与安全仪表的失灵有关。

由此可见，安全仪表系统的完整性与否，与生产过程的控制和油库安全运行有着非常紧密的联系。

如何保证油库安全仪表系统的可靠性、完整性，成为了目前油库安全管理的研究方向。

二、国内研究现状在近代工业控制研究中，欧美一些国家指定并发布了一系列技术标准，旨在解决安全仪表系统功能性的相关问题。

我国在SIS系统的研究起步较晚，中国石油化工集团集团于1999年颁布并实施SHB-Z06-1999，参考并采用了IEC的相关标准，首次提出了SIS的概念。

2003年，由国家经济贸易委员会发布并实施SY/T10045-2003，等同采用ISA81.01-1996。

国家发改委于2004年发布石油化工行业标准SH/T3018-2003，已然是等同采用IEC的相关标准。

近几年，国家实施、颁布并更新了一批相关SIL规范，成立了多个研究机构，并在2011年，国家安监总局将功能安全管理作为危化品企业一级标准化企业考核要素。

通过多年的努力，目前已逐步赶上欧美发达国家的管理标准和理念。

三、SIL评估在油库中的应用油库的SIL 评估一般采用保护层分析方法（LOPA），确定装置风险降低是否需要安全仪表功能以及该安全仪表功能所需要的安全完整性等级，对于其中需求安全完整性等级为SIL1 及其以上的SIF，通过功能安全的方法验证其实际能够达到的安全完整性等级，确认其是否满足需求的SIL等级及风险降低要求。

1.评估程序油库安全仪表系统评估一般根据油库的基础技术资料（P&ID、因果图或联锁逻辑图等），明确设计意图，完成安全仪表功能（SIF）辨识环节。

1引言最近几年，我国新建了许多大型的甲醇装置，例如：中海油东方市的80万吨/年海上天然气制甲醇项目、重庆的80万吨/年天然气制甲醇项目等。

甲醇作为基础化工原料，在我国工业发展中具有举足轻重的地位。

随着工业化的发展，甲醇装置逐渐大型化已成为一个发展趋势。

随着甲醇生产装置不断大型化，对装置的自动化程度要求也越来越高,其安全仪表系统对安全的重要程度也越来越显著。

所以，按照IEC61511、IEC 61508对甲醇装置的SIS进行安全完整性的等级SIL评估变得更加重要[1]。

本文通过对甲醇装置安全仪表系统的SIL等级评估实施过程以及效果进行介绍，分析了评估技术方面有关的难点，并对SIL评估工作当中的特点等进行了深入探讨。

2SIL评估技术和流程SIS系统直接影响着装置的可靠性和安全运行。

根据有关数据显示，在现有石油化工装置当中，安全联锁缺乏的占了10%左右，安全联锁过度的占了50%左右，联锁合理的仅仅占了40%左右。

目前，在工业比较发达的国家，联锁系统SIL等级的定量评估工作已经开展。

SIL主要描述的是SIS安全性能的指标。

在一定的时间和条件下，SIS能够很好地执行其安全功能。

SIS功能的安全技术利用受控单元对危险以及后果进行分析，以此确定正确的安全功能。

然后，选择出合适的目标SIL，设计满足目标SIL的安全联锁功能。

利用SIS功能的安全水平进行测试以及评估工作，将受控过程的风险降低到一个能够接受的水平上来。

3甲醇装置的安全仪表系统评估这个项目中主要需要完成下面几个方面的内容：①对国内外有关的标准以及文献资料进行收集和归纳。

研究国内外各种SIS安全评估标准以及方法等，特别是对IEC 61511背景以及内容进行了解，充分理解并且掌握这些标准以及资料。

②对装置进行风险识别以及分析计算。

通过国际通用的安全阀风险分析方法为基础，按照装置的实际状况，对其进行定量风险评价[2]。

③对联锁回路SIL等级进行计算。

按照IEC61511以及有关材料，对选定的联锁回路，根据恰当的评定计算方法，定量计算出联锁回路的SIL以及误动作跳车的概率。

一、概述随着我国大型石油化工行业的发展，工艺路线的多元化，越来越多的装置中含有高温、高压、有毒、有害、易燃易爆介质，SIS系统做为保证装置安全生产的关键环节，其SIL等级的确定是SIS系统设计的基础，应由具备SIL评估资质的专业公司进行SIL等级确认，并依据等级在SIS系统配置完成后对其进行验证。

在大型石油化工装置进行SIL评估，合理设置SIS系统，可以有效保障石化装置安全。

二、安全仪表系统安全完整性等级的确定1.安全完整性等级（SIL）安全完整性等级（S I L）是以IEC61508及IEC61511中所涉及的反应失效概率（PFD）为基准的。

标准中将反应失效概率划分为四个范围，并对应相应的SIL等级。

表2-1给出了与每一个SIL 等级所对应的反应失效概率（PFD）的范围及相应的风险降低因子（RRF）。

表2-1　安全完整性等级（SIL）及对应的PFD和RRFＳＩＬＰＦＤＲＲＦ４≥　１０－５　ａ　＜１０－４＞１０　０００　ａ　≤１００　０００３≥　１０－４　ａ　＜１０－３＞１０００　ａ　≤１０　０００２≥　１０－３　ａ　＜１０－２＞１００　ａ　≤１０００１≥　１０－２　ａ　＜１０－１＞１０　ａ　≤１００SIL等级是一个重要的安全可靠性的参数，用以表征安全相关系统针对一个特定的功能需求所能达到的风险降低的程度。

根据IEC61508/61511的规定，安全完整性等级低于SIL1的保护功能可以通过基本工艺控制系统（BPCS）来实现，对于安全完整性等级大于或等于SIL1的保护功能来说，必须通过安全仪表系统来实现。

2. SIL定级本文采用的S I L等级评估方法为IEC61511标准中的保护层分析法（LOPA 法），主要包含以下步骤：①系统划分及确定受保护设备（EUC）；②识别每个EUC包含的安全仪表功能（SIF）；③分析需求SIF动作的触发原因及原因的失效频率；④评价可能的安全、环境和经济后果及其严重等级（不考虑任何保护措施）；⑤判断初始风险是否满足风险可接受准则（如果风险可接受，则该场景没有SIL等级要求，该场景分析结束）；如果不满足风险可接受准则，则进入下一步分析；⑥识别该场景的独立保护层及其PFD值；⑦判断残余风险是否满足风险可接受准则（如果风险可接受，则该场景没有SIL等级要求，该场景分析结束）；如果不满足风险可接受准则，则进入下一步分析；⑧根据残余风险和可接受风险的差距，分配SIF的SIL等级；⑨重复以上步骤，直至所有系统和EUC中的SIF分析完毕。

石化安全仪表系统 SIL评估应用摘要：通过对老化工装置进行安全完整性等级评估，能深入剖析装置现存的安全隐患，平衡联锁回路的过保护和欠保护程度，夯实装置的安全保护层。

组建一个专业、全面的评估小组，对装置从工艺、设备、仪表系统、历次故障以及同类装置比较等方面进行量化测评，对每一套联锁回路进行定级打分，不符合装置安全标准要求的要制定整改计划，这是一种提高装置安全生产管理的有效手段。

关键词：石化安全；联锁仪表；安全仪表系统；SIL评估；2011年以来，国家安监总局陆续出台了一系列要求化工企业加强安全生产管理的规定和指导意见。

其中2014年出台的“116号文”已经明确指出对涉及“两重点一重大”装置的化工企业在提高安全生产管理方面的具体要求，并对安全仪表系统的建设和评估进行了具体的时间规定。

中国石油炼化分公司也相继在2016年和2018年出台了关于加强安全仪表系统管理的通知和指导意见。

在当前安全管理的高压环境下，老炼厂、老装置应深入剖析自身存在的安全隐患，把控风险，夯实装置的安全保护层。

而老装置所存在的安全隐患往往自身难以发现和整改，比如某联锁回路切除多年，但每次分析原因，总是归于怕单点联锁勿动，没有对整个联锁回路从工艺条件、仪表设备、控制系统稳定性等各个方面进行量化分析。

而一个完整的功能安全评估（FSA）是证明一个安全仪表系统（SIS）满足仪表安全功能（SIF）和安全完整性等级（SIL）的要求。

这种评估的基本目的是通过系统开发过程的独立评估来证明符合一致同意的标准和惯例，提高装置联锁投用率，加强装置的安全保护层。

1.收集评估对象资料1.HAZOP分析报告2.装置工艺操作规程3.工艺流程图（P&ID图）4.机组控制图（机组供货厂家提供）5.相关DCS操作画面拷屏、SIS画面截图6.相关SIS系统联锁回路台账、联锁逻辑图7.SIS系统所涉及的传感器、安全栅、逻辑控制器、电磁阀、执行机构（阀）的厂家、型号与规格（仪表台账）8.SIS系统维护与检修记录（包含传感器和执行机构）HAZOP的基本概念是各个专业具有不同知识背景的人员所组成的分析组一起工作比他们独自工作更具有创造性和系统性，能识别出更多的问题。

1.安全完整性等级划分
安全完整性等级SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。

低要求操作模式时，安全仪表等级应采用平均失效概率衡量
高要求操作模式时，安全仪表等级应采用每小时危险失效频率衡量
注：
1.石油化工厂或装置的安全完整性等级不应高于SIL3级。

2.安全仪表系统不应介入或取代基本过程控制系统，应始终独立于基本过程控制系统，并应独立
安全仪表功能。

基本过程控制系统也不应介入到安全仪表系统的运行或逻辑运算。

3.测量仪表宜采用4mA-20mA叠加HART传输信号的智能变送器。

4.爆炸危险场所的测量仪表应采用隔爆或本安型。

5.现场的测量仪表防护等级不低于IP65.。

安全完整性等级(SIL)评估技术探讨李雁【摘要】安全完整性等级(SIL)评估技术是近几年发展起来的针对化工行业的一种基于风险的资产管理方法,国际标准IEC 61508和IEC 61511的制定为石化工业等过程工业的安全完整性等级评估提供了依据,对石化行业的安全生产水平具有重要的促进作用.简要介绍了保护层及安全仪表系统(SIS)的概念,重点介绍了安全完整性等级(SIL)的概念、分类、评估内容和时机,分别对SIL定级和SIL验证作了解释,为项目SIL评估工作提供理论依据.【期刊名称】《化肥设计》【年(卷),期】2018(056)004【总页数】5页(P54-58)【关键词】安全仪表系统(SIS);安全完整性等级(SIL);SIL定级;SIL验证【作者】李雁【作者单位】中国五环工程有限公司,湖北武汉 430223【正文语种】中文【中图分类】X913.4近年来，随着我国能源及化工产品需求的快速增长，新型煤化工、清洁能源等一批国家鼓励类项目得到了大力扶持和发展。

这些生产装置及储存设施的规模越来越大，工艺流程更加复杂，控制过程也日趋复杂，给装置运行和人员安全造成了极大的冲击和影响。

同时，也随着国际电工委员会标准IEC61508和IEC61511转化为国家标准GB/T 20438(电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能)和GB/T 21109(过程工业领域安全仪表系统的功能安全)，安全仪表系统及其相关安全保护措施在全世界的石油、天然气、炼油、石化和煤化工等行业得到了广泛的应用；安全保护越来越受到关注与重视，越来越多的人认识到：安全仪表系统的可靠性运行是装置安全运行的一道重要保护屏障，同步加强和规范安全仪表系统的设置和管理十分紧迫和必要。

1 保护及保护层(PL)1.1 安全保护各种生产过程中持续监测出代表工艺参数和工艺设备状态的过程信号。

安全保护就是根据这些过程信号的状态来触发的。

安全保护逐级升高的具体形式见表1。