【海川化工资讯】用于SIL选择的特定---HAZOP技术研究

以往常说ESD系统，是SIS系统的一个分类。安全仪表系统针对生产需要，在不同的部位需要仪表有不同的可靠性，可靠性高了价格高，可靠性低价格低但在一些情况下是满足不了安全的要求的，那么这个可靠性用什么来衡量呢，他就是SIL。

下面是各个部位的安全仪表需要多高的可靠性（需要多高的级别）时进行的工作：

用于SIL选择的特定---HAZOP技术研究

一、简介

SIF是用来降低由于工艺参数偏离而造成的工艺安全事故风险的一层保护，且可以根据需要降低的风险值，选择不同的SIL等级的SIF，把过程安全风险降低到可以接受的程度。LOPA是用来确定SIL等级的一个方法，但是LOPA方法无法用来识别过程安全事故场景，HAZOP是用来识别过程安全事故场景的一个很好的工具，但没法计算事故发生频率。使用HAZOP和LOPA结合，把HAZOP中的相关信息导入LOPA中，可以确定SIF的SIL等级。但是这两种方法在结合时，必须满足特定的条件，才能很好结合。下文将阐述如何把HAZOP和LOPA进行有效结合，确定SIF的SIL等级。

二、过程安全风险以及如何降低

危险化学品企业安全管理的核心是预防和降低过程安全事故，所谓过程安全事故，是由于危险物料或能量意外释放而造成的安全事故。过程安全事故发生过程参见图1：

一个化工装置是依靠（图2所示）物料和能量的控制模型来减低或减缓过程安全事故：物料和能量控制模型中的第一层容纳是指直接包容物料的设备，管线，阀门，管件等，参数控制设施是指自控回路，报警，安全仪表，压力释放等设施，减缓设施是指泄漏以后的检测探头，消防系统，火气系统等，第二层容纳是指围堰，收集池等设施，用来收集从第一层容纳中泄漏的液体物料。

在正常生产时，预防物料从第一层容纳中泄漏必须同时满足以下两个条件：

1、物料的参数在设计范围内；

2、第一层容纳完好，即在参数没有偏离时，保证第一层容纳能包容物料。

化工装置是依靠（图3所示）洋葱模型来保证物料的参数在设计范围：

化工装置是依靠工艺设计，基本控制（BPCS），关键报警加人员干预，安全仪表系统（SIS），物理保护共5层来控制工艺参数，一个装置究竟需要安装几层保护层来控制工艺参数需要经过过程安全分析与评估，以避免保护不足或过度保护。

对于一个化工装置来说，过程风险总是存在的，兼顾安全性和经济性，我们需要把过程安全风险控制在容许风险以内。

按照国家标准《过程工业领域安全仪表系统的功能安全第3部分：确定要求的安全完整性等级的指南》-GB/T21109.3-2007，在工艺过程设计时，需要通过保护层把过程安全风险降低到容许风险以下，参见图4：过程安全风险降低模型。

在实际的化工设计过程中，通常没有按照图4 的模型来计算来设置各个保护层，而是根据设计规范和工程经验，在初步设计完成后，各个保护层，包括SIS已经设置完成。这会存在如下的问题：

1、保护不足，各个保护层总的平均要求时失效概率（PFD）没有把风险减低到容许风险以下；

2、保护过度，设置了过多的保护层，导致残余风险远低于容许风险，造成投资过大，和今后的维护成本过大；

为了克服化工工程设计中保护不足或过度保护的问题，需要使用保护层分析（LOPA）的方法对过程风险进行计算，但在化工过程设计时，设计者没有明确把各保护层究竟是如何白虎特定的事故场景描述清楚。所以需要适应HAZOP的方法把各个工艺安全事故从设计图纸中分析出来，然后使用LOPA的方法进行残余风险计算，以确定保护层是否合适。

三、安全仪表功能的作用以及如何确定SIL等级

SIF是指具有一定的PFD，且能降低特定的过程安全风险的联锁回路。安全仪表系统（SIS）是一套化工装置所有SIF的组合。SIS与SIF的关系见图5。

图5 中，一个回路代表一个SIF，所有的SIF组合在一起叫做SIS。过程安全风险是通过洋葱模型来降低，在图4中，可以看出安全仪表是用来降低过程安全风险中的一个保护层，也就是洋葱模型中的一片洋葱。但这片洋葱有如下特点：

1、相对于其他的保护来说，其价格相对比较贵，所以通常只有在其他保护不能把风险降低到容许风险以下时，才考虑使用；

2、随着科学技术的发展，对于一个SIF，我们可以通过设计，选型，维护来选择以及保证其PFD，而其他保护层无法通过技术手段来确定一个PFD。

对于有特定PFD的SIF来说，对应不同的PFD，其SIL等级是不同的，见下表：

按照国家标准《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》GB/T21109-2007，对于SIF以及其SIL的等级要求，按照图6：SIF的选择以及相应SIL等级确定的流程。

按照标准，应该优先选择非SIF保护，然后使用LOPA的方法计算残余风险，假如残余风险大于允许风险，且又无法通过其他手段减低时，才使用SIF进行降低，且SIF的PFD与其他保护的PFD一起，要足以把风险降低到允许风险以下，从而根据SIF的PFD选择SIL等级。但在实际的化工设计中，设计者通常没有经过LOPA计算，就已经把SIF设计好了，但没有确定SIF的SIL等级，此时需要按照如下步骤进行SIL等级的确定：

1、确定SIF；

2、确定SIF所需保护的场景；

3、确定所要保护场景的后果，初始事件，其他独立保护层；

4、确定后果的可容忍风险、始事件发生频率、其他独立保护层PFD；

5、SIF的PFD=确定后果的可容忍风险/始事件发生频率×PFD（1）；其中：PFD（1）为所有独立保护层总的平均要求时失效概率（不包含SIF的PFD）；

6、假如计算出的PFD大于1，则从风险的角度来说，可以不需要SIL等级，但考虑到生产的要求，通常建议保留此SIF功能，但不做SIL等级要求，假如小于1，则按照表1进行SIF的SIL等级确定。

四、用于SIL选择的HAZOP分析

传统的HAZOP分析表通常有偏离，原因，后果，现有的保护，风险评估（可选），建议措施。但使用LOPA对所需的SIF进行PFD计算时，需要使用到的数据为：初始事件，初始事件发生频率，后果描述，容忍风险，独立保护层，独立保护层的PFD，触发事件或条件，条件修正。

为了把HAZOP中相关信息导出到LOPA中，需要对HAZOP表格进行调整，并在HAZOP分析时，要为LOPA做好铺垫。HAZOP和LOPA表格之间关系参见下表

五、结论

为了使用HAZOP中的数据进行LOPA计算，需要把常规的HAZOP变成特定的HAZOP，以确定特定SIF的SIL等级，特定的HAZOP有如下要求：

1、可以每一张图纸作为一个节点，也可以一个工艺单元作为一个节点；

2、HAZOP中的偏离，选择SIF回路中的检测探头信号；

3、HAZOP原因应找出直接原因，即初始事件；

4、HAZOP的后果，应找出HSE或财产损失等最终结果；

5、现有的保护拆分成非独立保护层和独立保护层；

6、每一个事故场景要在HAZOP中表达清楚。

按照上述的原则，进行HAZOP分析后，才方便把HAZOP分析表中的信息输入到LOPA计算表中进行计算，以确定SIF的SIL等级。

谢谢，希望多分享一些

zhangyingcang 发表于 2018-11-19 21:11
谢谢，希望多分享一些

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