1、概述：

隨著石油化工裝置的經(jīng)濟(jì)規(guī)模日趨大型化，生產(chǎn)裝置的密集程度越來越高，對操作、控制及安全的要求也越來越嚴(yán)格。大部份石油和化工生產(chǎn)過程具有高溫、高壓、易燃、易爆、等危險(xiǎn)。當(dāng)某些工藝參數(shù)超出安全極限，未及時(shí)處理或處理不當(dāng)時(shí)，便有可能造成人員傷亡、設(shè)備損壞、周邊環(huán)境污染等惡性事故。從安全的角度出發(fā)，石油和化工生產(chǎn)過程自身存在著固有風(fēng)險(xiǎn)，作為過程工業(yè)安全的重要保障，確保過程工業(yè)安全儀表系統(tǒng)本身的可靠性對于過程 業(yè)的安全具有重要意義。

2、安全儀表系統(tǒng)：

安全儀表系統(tǒng)Safety instrumentation Sys-tem，簡稱SIS，又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（Safety interlocking System）。主要為工廠控制系統(tǒng)中報(bào)警和聯(lián)鎖部分，對控制系統(tǒng)中檢測的結(jié)果實(shí)施報(bào)警動(dòng)作或調(diào)節(jié)或停機(jī)控制，是工廠企業(yè)自動(dòng)控制中的重要組成部分。安全儀表系統(tǒng)SIS被認(rèn)為是與基本過程控制系統(tǒng)BPCS分一的，因?yàn)镾IS致力于在發(fā)生危急情況時(shí)將過程帶入“安全狀態(tài)"。

3、安全標(biāo)準(zhǔn)：

在過程工廠中，不可能存在無風(fēng)險(xiǎn)操作或?qū)崿F(xiàn)100%可靠性。因此，SIS設(shè)計(jì)人員的首要任務(wù)之一是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)承受能力分析，以確定南要什么級別的安全性。在此，可用到IEC標(biāo)準(zhǔn)61408（電氣、電子和可編程電子系統(tǒng)的功能安全），這時(shí)涵蓋與各種過程和制造計(jì)劃相關(guān)的功能安全的通用標(biāo)準(zhǔn)。另外還需要參考IEC標(biāo)準(zhǔn)61511，這是過程工業(yè)*的標(biāo)準(zhǔn)。所有這些標(biāo)準(zhǔn)都使用基于性能的生命周期模型，并指精確的安全級別、最佳實(shí)踐和可量化的合規(guī)性證明。

簽宇SIS涉及到人員、設(shè)備、環(huán)境的安全，因此各國均制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，使得SIS的設(shè)計(jì)、制造、使用均有章可循。并有認(rèn)證機(jī)構(gòu)對產(chǎn)品能達(dá)到的安全等級進(jìn)行確認(rèn)。這些標(biāo)準(zhǔn)主要用：

（1）石化集團(tuán)制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH-BZ06-1999《石油化工緊急停車及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則》；

（2）2006年、2007年等同采用IEC61508、IEC61511的中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20438、GB/T21109相繼發(fā)而，中國的功能安全標(biāo)準(zhǔn)開始規(guī)范我國的功能安全工作；

（3）國際電工委員會1997年制定的IEC61508/61511標(biāo)準(zhǔn)，對用機(jī)電設(shè)備、固態(tài)電子設(shè)備、可編程電子設(shè)備PLC構(gòu)成的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件、軟件及應(yīng)用作出了明確規(guī)定；

（4）美國儀表學(xué)會制定的ISAS84.01-1996《安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應(yīng)用》；

（5）美國化學(xué)工程學(xué)會制定的AICHE-1993，《化學(xué)過程的安全自動(dòng)化導(dǎo)則》；

（6）英國健康與安全執(zhí)行委員會制定的HSE PES-1987，《可編程電子系統(tǒng)在安全領(lǐng)域應(yīng)用》

（7）GB/T50770-2013《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》。該規(guī)范適用于石油化工工廠或裝置新建、擴(kuò)建及改建項(xiàng)目的安全儀表系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，目的是為了防止和降低石油化工工廠或裝置的過程風(fēng)險(xiǎn)，保證人身和財(cái)產(chǎn)安全，保護(hù)環(huán)境。

4、安全安整性等級：

安全完整性等級，Safety Integrity Level，簡稱SIL，是一個(gè)量化目標(biāo)，用于衡量安全功能所需的性能水平，以實(shí)現(xiàn)過程危險(xiǎn)的可容風(fēng)險(xiǎn)。自首引入以來，安全完整性等級已被用作建立SIS系統(tǒng)安全性能目標(biāo)的可量化方法。SIL是一個(gè)離散級別，用于指要分配給安全儀表系統(tǒng)的安全儀表功能的安全完整性要求。IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了四種安全完整性等級（SIL1，SIL2，SIL3，SIL4），SIL4具有最高的安全完整性，SIL1具有低的安全完整性。但是，ISA S84.01最多只認(rèn)可到SIL3。

SIL認(rèn)證是基于IEC 61508（GB/T20438）、IEC61511（GB/T21109）、IEC61513、IEC3849-1、IEC62061、IEC61800-5-2等標(biāo)準(zhǔn)，對安全設(shè)備的安全完整性等級SIL或者性能等級PL進(jìn)行評估和確認(rèn)的一種第三方評估、驗(yàn)證和認(rèn)證。功能安全認(rèn)證主要涉及針對安全設(shè)備開發(fā)流程的文檔管理FSM評估，硬件可靠性計(jì)算和評估、軟件評估、環(huán)境試驗(yàn)、EMC電磁兼容性測試等內(nèi)容。

5、SIS與SIL的關(guān)聯(lián)點(diǎn)：

SIF安全儀表功能，是一套旨在降低特定危險(xiǎn)的安全回路。其目的是在違反規(guī)定條件時(shí)自動(dòng)將工業(yè)過程置于安全狀態(tài)，允許在特定條件允許的情況下以安全方式進(jìn)行的過程，采取行動(dòng)減輕工業(yè)危害的后果。

SIS安全儀表系統(tǒng)，是一個(gè)或多個(gè)安全儀表功能SIF的實(shí)現(xiàn)。每個(gè)SIF都具有指的安全完整性性等級SIL，這是實(shí)現(xiàn)功能安全所必需的。每個(gè)SIF都是一個(gè)獨(dú)立的或互連的回路，由傳感器，由傳感器，邏輯解算器和終端控制元件組成，它通常具有許多具有不同安全完整性等級SIL的安全功能，因此要避免通過單個(gè)SIL進(jìn)行描述。

SIS和SIL不同SIF可 僅包含單個(gè)功能，并以單一方式起作用以防止單個(gè)有害結(jié)果。一個(gè)SIS可能具有多個(gè)個(gè)有不同等級SIL的SIF，因此為整個(gè)安全儀表系統(tǒng)定位SIL是不正確的和模糊的。

6、SIL定級分析方法：

在過程風(fēng)險(xiǎn)分析（如HAZOP或PHA分析）的基礎(chǔ)上，通過風(fēng)險(xiǎn)分析確定SIF，結(jié)合企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)可按受標(biāo)準(zhǔn)，確定SIF回路的風(fēng)險(xiǎn)降低要求，即SIL等級。一般根據(jù)IEC61511中推薦的保護(hù)層分析方法LOPA進(jìn)行SIL定級。在評估初始事件導(dǎo)致的初始風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，通過判斷現(xiàn)有安全措施對于風(fēng)險(xiǎn)削減的有效性，最終評估出安全儀表功能可靠性等級要求。然后必須確定每個(gè)已識別的危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，其中風(fēng)險(xiǎn)被定義為每個(gè)危險(xiǎn)事件的概率（可能性或頻率）和后果的函數(shù)。一旦確定風(fēng)險(xiǎn)，HAZOP/過程風(fēng)險(xiǎn)分析PHA將設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)降低的要求，從而確定所需的SIL水平。

需要驗(yàn)證其他標(biāo)準(zhǔn)以確保SIF符合要求的SIL，并且它們通常分為以下幾點(diǎn)：（1）系統(tǒng)完整性：SIF的所有元件都需要能夠用于定位的SIL級別；（2）結(jié)構(gòu)約束：硬件容錯(cuò)HFT和架構(gòu)冗余需要符合當(dāng)前的功能安全標(biāo)準(zhǔn)；（3）隨機(jī)完整性：各個(gè)設(shè)備的失效率將用于計(jì)算需求時(shí)失效的平均概率。

定級工作前企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)的選擇尤為重要，采用過低的風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)可能導(dǎo)致評估結(jié)果不滿足要求，采用過高的風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)評估結(jié)果雖然滿足相關(guān)要求但是過高的評估結(jié)果于SIF回路的相關(guān)配置要求更為嚴(yán)格，又增加了企業(yè)負(fù)擔(dān)。因此合理的采用風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)是做功能安全評估的重要一步。

7、SIL等級計(jì)算方法：

SIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，其可靠性和安全性的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就是需求時(shí)失效概率PFD。其SIL等級應(yīng)該通過計(jì)算PFDavg來確定。

（1）概率計(jì)算方法：

利用工業(yè)產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)庫獲得設(shè)備、儀器儀表的失效概率，依據(jù)聯(lián)鎖回路中的設(shè)備和儀表，對系統(tǒng)發(fā)生失效的概率進(jìn)行計(jì)算，從而獲得SIL等級。

（2）事故分析法：

采用自上而下的方法識別系統(tǒng)故障，借助概率計(jì)算法可獲得系統(tǒng)的失效概率。

（3）馬爾科夫過程分析：

利用馬爾科夫過程分析安全儀表系統(tǒng)安全性隨時(shí)間的發(fā)展關(guān)系，判斷安全儀表系統(tǒng)的可靠性及壽命。

8、總結(jié)：

在構(gòu)建和諧社會的旗幟下，安全生產(chǎn)已越來越引起人們的廣泛關(guān)注，安全性憶成為衡量現(xiàn)代工業(yè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，安全儀表系統(tǒng)作為現(xiàn)代過程工業(yè)在降低風(fēng)險(xiǎn)和保障裝置長期安全穩(wěn)定運(yùn)行方面發(fā)揮著越來越重要的作用。如何研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的安全儀表系統(tǒng)，從而打破國外產(chǎn)品長期壟斷、價(jià)格居高不下的局面，是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化控制企業(yè)面臨的新課題。