2018年安全仪表体系（安全仪表体系计划规范gb50770）「安全仪表系统设计规范gb50770」

导读

这些规定都明白了设置SIS是保障石化罐区安全性的有效步伐。然而，罐区SIS的计划选型不当、冗余布局设置不公道、缺乏明白的查验测试周期、防备性维护战略针对性不强等题目导致SIS不能实现其高可靠性和高可用性。本日的文章就针对这些题目，重点讨论石化罐区SIS的计划、选型及SIL验证，并利用中国石化风险评估管理评估平台PHAMS，以丙烯罐区为例举行SIL验证，通过验证结果，针对不满意目标SIL的SIF回路举行敏感性分析，提出改进优化方案，进而提出罐区SIS计划要求，为新建和改造罐区的SIS计划和管理要求提供鉴戒。

安全仪表体系

按照IEC61511中的界说，SIS是由传感器、逻辑控制器及实行机构构成的、可以或许利用一项或多项SIF的仪表体系。一套SIS中包罗多个回路，任何SIF回路均由传感器子体系、逻辑控制器子体系和实行器子体系构成。

安全仪表体系的SIL验证

SIS的SIL验证工作重要验算SIF回路可否到达SIL分级陈诉中确定的目标SIL品级的要求。SIS的SIL验证工作重要如下：

1）根据各个SIF回路的设置，以及查验测试等相干因素，对各SIF回路的要求时均匀失效概率（PFDavg）举行了验算。

2）评估各SIF回路的硬件布局束缚。

3）对SIF回路的误动作停车率举行了盘算，分析其对体系可用性的影响。

4）对不满意SIF目标SIL要求的回路举行敏感性分析，提出改进优化方案。

5）确定每一条回路的查验测试周期（TI）。安全仪表体系每个SIF回路的SIL品级由PFDavg和硬件布局束缚共同制约。

SIS中每一个SIF的PFDavg盘算是将该SIF分解为传感器、逻辑控制器、实行器等子体系，然后将各子体系的PFDavg相加，根据表1判定其结果满意的相应SIL级别。

盘算如式（1）所示：

硬件布局束缚的安全完备性由仪表范例（逻辑控制器、传感器、终极元件）、安全失效分数（SFF）和硬件故障裕度（HFT）共同决定。此中SFF盘算如式（2）所示：

表2，3分别给出了IEC61508规定的A类和B类安全相干子体系的布局束缚判定标准。一样平常传感器、电磁阀为A类安全相干子体系；逻辑控制器为B类安全相干子体系。

罐区安全仪表体系计划

石化罐区SIS的计划必须严格按照伤害与可操纵性（HAZOP）分析结果及SIL分级陈诉，既要满意原国家安全生产监督管理总局发布的第40下令和116下令，又要满意GB/T50770-2013《石油化工安全仪表体系计划规范》的规定来举行仪表选型和设置。通常罐区仪表的设置应思量经济公道、技能成熟、维护及校验方便或售后服务精良等方面，连合介质特性和项目投资环境举行综合思量。罐区SIS各SIF回路子体系的冗余设置，起首必要通过HAZOP分析结果，确定各罐组的SIF回路的SIL品级，根据SIL品级确定储罐仪表的设置。

下面以丙烯球罐为例，举行罐区SIS计划。

丙烯属于甲A类液体，涉及“两重点一庞大”，因此，丙烯球罐罐区应设置独立的SIS。丙烯储罐采取球形全压力式储罐。根据丙烯罐区HAZOP分析结果及SIL分级陈诉，丙烯球罐连续进料造成液位高，导致丙烯罐超压破坏走漏、满罐溢出，造成丙烯走漏，遇点火源发生爆炸。要求在SIS中设置SIF回路：液位高高联锁关闭进料阀，该SIF回路SIL品级为SIL2。根据SIL分级结果，并根据GB/T50770-2013规定，确定丙烯球罐仪表的设置，如图1所示。

通例丙烯球罐共设置3台液位计LZT-01，LZT-02，LZS-03，信号进入SIS参加“2oo3”液位高高联锁关闭罐根进料阀XZV-01。下面分别对SIS的各个子体系的选型计划举行先容。

01

传感器子体系

罐区的液位丈量具有丈量范围宽，丈量精度要求高等特点。如今，在罐区液位丈量中，重要采取伺服液位计、雷达液位计、磁致伸缩液位计、液位开关等方案。由于压力球罐对开口数量有要求，应只管镌汰开口，因此，丙烯球罐的LZT-01选用伺服液位计、LZT-02选用雷达液位变送器、LZS-03选用外贴式超声波液位开关。

1）伺服液位计。伺服液位计是基于浮力均衡原理工作的，由高精度传感器、伺服电机体系、丈量磁鼓、丈量浮子以及钢丝构成，通过丈量浮子所受浮力的增减所引起的钢丝拉力的变革，由控制器发出指令，伺服电机以肯定的步幅动员丈量磁鼓转动，随之动员浮子不绝地跟踪液位的变革，同时计数器记录了伺服电机的转动步数，并主动地盘算出丈量浮子的位移量，即液位的变革量。丙烯球罐的伺服液位计应随仪表带标定腔；根据防爆地区分别图，防爆品级为ExdIICT4；选用220V（AC）外供电型；该丙烯球罐在高雷区，信号和供电必要设置电涌防护器；伺服液位计应设置罐旁指示表，作为液位丈量现场监督仪表；安全要求配导波管并设置维修堵截全通径球阀；伺服液位计满意SIL2品级要求。

2）雷达液位变送器。雷达液位变送器实用于重质油品、轻质油品、烃类液体以及恶劣工况的储罐液位连续丈量。丙烯球罐的雷达液位变送器天线情势宜选用平面天线或导波式；根据防爆地区分别图，防爆品级为ExdIICT4；选用24V（DC）或220V（AC）外供电型；该丙烯球罐在高雷区，信号和供电必要设置电涌防护器；雷达液位变送器应设置罐旁指示表，作为液位丈量现场监督仪表；安全要求配导波管并设置维修堵截全通径球阀；雷达液位变送器满意SIL2品级要求。

3）超声波液位开关。外贴式超声波液位开关，实用于丙烯球罐，可以镌汰压力球罐的开口。外贴式超声波液位开关其传感器（探头）产生的高频超声波脉冲可穿过球罐壁，该脉冲会在球罐壁和丙烯液体中传播，还会被反射返来。通过对这种反射特性的检测和盘算，可以检测出球罐内丙烯液位的高度。超声波液位开关的安装应确定传感器的丈量方向在球内没有部件等停滞，并应避开罐壁焊缝。丙烯球罐的超声波液位开关防爆品级为ExdIICT4；选用24V（DC）外供电型；信号和供电必要设置电涌防护器；满意SIL2品级要求。

02

逻辑控制器子体系

SIS控制器采取独立的控制单位，是符合IEC61508/61511要求且得到安全品级认证的装备。该体系的SIL品级为SIL3。

03

实行器子体系

丙烯球罐罐根阀XZV01安装在丙烯球罐的收支口管线上，当罐区内发生火警、管道走漏等变乱或丙烯球罐液位高出高高液位时发生动作，可以或许快速联锁堵截进料，以克制罐区变乱的扩大或物料漫罐的发生。XZV-01为TSO型紧火急断球阀，用于双向流，应选用双向密封型阀内件；走漏品级为CLASSV（TSO）；防爆品级ExdIICT4；防护品级IP65；带易熔塞，熔点250℃，易熔塞熔化，阀门关闭；带防火罩，防火罩应符合UL1709标准，可以或许在1093℃下，反抗烃类火警30min；应在火警伤害区外设置现场手动关阀按钮或开关，用于伤害环境时现场手动操纵；阀门团体满意SIL2品级要求。

罐区SIL验证

丙烯球罐液位高高联锁SIF回路如图2所示。

该SIF回路的功能形貌及目标SIL见表4所列。下面利用中国石化风险评估管理评估平台PHAMS对该SIF回路举行SIL验证。

一样平常石化企业大修为4年1次，因此传感器子体系检测测试时间隔断TI1＝48个月，逻辑控制器子体系的检测测试时间隔断TI2＝48个月，实行器子体系的检测测试时间隔断TI3＝48个月；丙烯球罐SIF01回路组件MTTR＝8h；传感器利用寿命为10a、逻辑控制器利用寿命为15a、实行元件利用寿命为10a。SIF01回路子体系各元件的失服从数据选用PHAMS平台中相应元件对应的通用失服从数据，PFDavg盘算方法选用可靠性框图。SIL验证结果见表5所列。

通过验证结果可以看出，如今计划的SIF01回路的PFDavg和SIL限定布局束缚均不满意目标SIL2品级要求，下面对SIF01举行敏感性分析，提出公道化发起，使得SIF01回路满意SIL2品级要求。SIF01各子体系的验证结果分析见表6所列。

从以上结果可以看出，阀门的PFDavg占PFDSYS比重最高，约98.8%，是体系中最单薄的环节。为提拔回路的SIL品级，可优先低落阀门的PFDavg：比如在本钱答应的条件下采取“1oo2”冗余设置阀门；收缩阀门的检测测试时间；也可以采取带有团体功能安全认证及具备部分行程测试（PST）功能的阀门来大幅低落阀门的PFDavg。

假设该丙烯球罐处于计划前期阶段，在本钱和工艺操纵条件答应环境下，增长1台阀门XZV-02与XZV-01举行“1oo2”联锁。下面将阀门冗余布局改为“1oo2”举行验证，其他可靠性数据稳固，改进方案1验证结果见表7所列，各子体系的验证结果分析见表8所列。

从验证结果可以看出，整个SIF回路的PFDavg和SIL限定布局束缚均满意SIL2品级要求，验证通过。因此，进步阀门冗余设置可以大幅度进步体系的可靠性。

同时，从验证结果分析可以看出，传感器子体系部分对总回路的可靠性影响很小，常用液位“2oo3”冗余布局设置太过计划，下面将液位高高联锁改为LZT-02和LZS-03采取“1oo2”冗余设置举行验证。验证结果见表9所列和表10所列。

从验证结果可以看出，传感器部分冗余设置降级后的SIF回路仍满意目标SIL，原计划液位“2oo3”联锁太过计划，可以取消LZT01参加SIS联锁，但实际生产过程中还应思量可用性，“2oo3”还是比力符合的。

假设该丙烯球罐为在役装置改造阶段，假如阀门筹划采取冗余设置，但阀门和配管对安装空间的要求无法满意，且本钱投入无法被吸取的环境下，阀门由电磁阀、实行器和阀共同构成，一样平常来说，电磁阀的可靠性是较低的，常见的失效是线圈烧毁，并引发误关停。因此在整个体系中，电磁阀大概是最关键的仪表装备，可以采取“1oo2”冗余设置的电磁阀来进步阀门的可靠性。采取冗余设置的电磁阀可以将原有实行机构的SIL限定布局束缚从SIL1提拔到SIL2。改进方案2验证结果见表11所列，各子体系的验证结果分析见表12所列。

从验证结果可以看出，固然采取双电磁阀“1oo2”冗余布局设置将总回路的SIL限定布局束缚提拔到SIL2，但盘算的PFDavg仍不满意目标SIL2要求。那么，可以通过收缩阀门的TI3举行重新设置和盘算，运用PHAMS平台将实行元件部分的TI3渐渐减小，盘算发现TI3至少收缩为24个月，才华使SIF满意目标SIL。验证结果见表13所列，各子体系的验证结果分析见表14所列。

通过以上SIL验证分析可以看出，并不是设置冗余布局就能使SIS满意目标SIL，为了包管SIS体系的安全可靠性，必须在计划阶段举行SIF回路各子体系的冗余布局公道化计划，并克制太过计划；同时，在安装、调试、运行维护中应严格实行IEC61511功能安全管理的相干规定，做好各个阶段的功能安全评估工作。

泉源：化工活动家

中国化学品安全协会

编辑：赵膺祚

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