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2020-08-21 17:08:03 原创 admin 16

1.什么是SIL等级?

安全完整性等级 (SIL, Safety Integrity Levels) 是对安全仪表系统各个安全仪表功能 (SIF, Safety Instrumented Function) 的能力的衡量。在实际的生产过程中,过程风险越高,对安全系统安全性能的要求越高。

1  安全完整性等级(IEC61511-1 3)

安全完整性等级(SIL)

低要求操作模式(要求时的平均失败概率)(PFD)

风险减低因子(RRF)

4

≥10-5且<10-4

>10000

3

≥10-4且<10-3

1000-10000

2

≥10-3且<10-2

100-1000

1

≥10-2且<10-1

10-100

   需要注意的是SIL等级不是对过程风险的直接测量(过程风险测量用到的是HAZOP分析)。


2.
什么是SIL定级?

SIL定级是对安全系统安全性能的定级,即对每个SIF回路的SIL定级。

SIL定级需要依据以下步骤顺序执行:

设置安全目标(风险矩阵及风险可接受标准)

填写SIF回路属性(触发机构,执行机构,后果等)

分析初始事件,匹配初始风险;

独立保护层分析匹配;

确认是否需要配置SIF回路; 

为配置的SIF回路指定其所需的SIL等级;

在进行SIL定级时,每种事件的失效都有对应的失效模式,因此概率是可以统计的,事件的概率可以参考:GB/AQCCPSEXIDAOREDA等权威数据库。识别SIF回路时要全面,SIF回路数量的确定通常与场景相关,例如,液位高高LAHH-001LALL-001,尽管为同一触发元件(液位变送器),但其保护场景完全不同,所以为两个不同的SIF回路;除考虑正常的联锁设置外,还需结合HAZOP分析,将其中一些高风险的事故剧情、复杂的事故剧情、后果严重的事故剧情拎出来进行分析,因此HAZOP报告的质量为影响SIL定级的关键因素。SIL定级过程还要注意以下几点:例如,风险可接受标准的制定需要结合企业的现状;SIL定级中初始事件及修正因子影响结果的准确度;SIL定级中“IPL”三个特性(功能性、完整性、可靠性)的细节把握;在役装置中现场调研及MOC变更梳理。

此外,在SIL定级报告中,当SIF回路定级结果为a时,该回路无SIL等级,RRF1-10之间;a的定义为:保留该SIF回路的功能,对其SIL等级不做要求。SIF回路满足其SIL等级,要求SIF回路(包含触发机构、逻辑处理器、最终元件)的PFD值和HFT(硬件故障裕度)同时满足其要求。

3.什么是SIL验证?

SIL验证是在对安全仪表功能的回路确定了所需SIL等级后,需要对安全仪表功能的回路的现有配置进行定量计算,以验证安全仪表功能的回路的现有配置是否能达到所需SIL等级的要求。对满足要求的,进一步确定相应的测试周期,对不满足要求的和为确保安全仪表系统的全生命周期的安全作用,提出改进建议。

对一个安全仪表功能回路进行验证计算,首先需将其分为传感器子系统、逻辑控制子系统和最终元件子系统,分别计算,以确定每个子系统的SIL等级;然后根据子系统之间的关系最终确定整个SIF回路的SIL等级。其中,对于一个子系统要达到SIL-n级,需要满足:(1)此子系统的结构约束至少要达到SIL-n级;同时(2)要求时的失效概率(PFDavg)要在SIL-n的范围之内;同时(3)系统能力(SystematicCapability)至少要达到SIL-n级。

 

1  SIL等级验证流程图

SIL验证过程中,对于PFD验算重点是失效数据的选取及RBD(可靠性框图法)模式的建立,不同的表决机制对应不同的RBD模型,其可靠性是完全不同的。 单个2oo3或者2oo2RBD通常比较简单,对一些复杂场景多层嵌套的环节需要结合工艺场景分析。除对PFD的验算外,还该应对MTTF平均误动作跳车概率进行分析,通常强健设计对现场的表决机制进行修正分析,保证可靠性及可用性的双重指标。PFDMTTF建议采用国际上通用的markov马尔科夫的方法进行,普通的RBD公式法及FTA事故树的方法已经不推荐使用。此外,若执行器是调节阀,同时配有电磁阀通过接收 ESD系统的信号实现联锁,这种情况下调节阀的关键执行部件:电磁阀、执行机构及阀体必须是需要认证的。仪表的PFD数值的来源为:SIL证书、失效数据库、工厂实际数据等三方面。IEC 61508中首先推荐企业自身统计的符合企业自身的实际失效概率(其准确性最高)。其次可以使用该元件的SIL等级证书中所提供的失效概率。以上均不能提供的话,可采用通用数据来进行计算。

SIL验证案例:


2相关安全功能仪表信息

安全仪表回路所涉组件的可靠性数据


安全仪表功能回路的结构约束分析表

根据以上信息,选择1oo1结构的可靠性框图进行计算PFD

 

1oo1结构的可靠性框图

通道的等效平均停止工作时间表示如下:

 

 

已被检测和未被检测到的危险失效率如下:

此结构在要求时的平均失效概率为:

 

 

简化公式为:

计算结果如下:

安全仪表功能回路的可靠性验证分析表



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