(青海盐湖工业股份有限公司化工分公司,青海格尔木 816000)
0 概述
安全完整性等级(SIL)是安全仪表系统(SIS)中的重要组成部分,在国际电工委员会标准IEC 61508和IEC 61511中有详细的规定,目前国内大型石油化工装置中关于安全仪表的相关论述很多,包括如何进行HAZOP分析等。但对于安全完整性等级(SIL)的确定后如何指导对项目的安全完整等级进行验证,如何收集相关参数等论述的比较少。现在越来越多的专利商提出现场开车时必须要SIL回路报告。本文就介绍安全完整性等级的具体过程出发,结合实例分析如何进行安全完整性的验算,为以后类似项目专利商的验收和日后的技术改造等提供技术参考。
1 安全完整性(SIL)验算基础(图1)
图1 子系统结构图
安全仪表系统的平均失效概率计算公式如下:
PFDSYS=PFDPOWER+PFDS+PFDL+PFDFE
其中:PFDSYS—安全仪表系统在要求时的平均失效概率;
PFDPOWER—安全仪表的供电电源的平均失效概率;
PFDS—传感器子系统在要求时的平均失效概率;
PFDL—逻辑控制子系统在要求时的平均失效概率;
PFDFE—最终执行元件子系统在要求时的平均失效概率;
因为天然气制乙炔装置的设计为正常带电,因此,可以不考虑电源的PFD,PFDPOWER为0。
1.1 安全完整等级(SIL)与PFD的关系
根据IEC 61508中关于SIL与PFD的关系见表1。
表1 低要求模式
1.2 安全完整等级(SIL)PFD计算
在IEC 61508中对1oo1、1oo2、2oo3的计算公式描述如下:
1.3 安全回路公共故障系数β的计算
根据以上的表格以及上海自动化研究所经验,确定天然气制乙炔装置的公共故障系数β:相同通道组成的冗余结构β值(共同失效因子)为10%,不同通道组成的冗余结构β值为5%。
2 安全完整性等级(SIL)的PFD实例计算
2.1 系统结构及功能
该安全仪表系统安全仪表功能(SIF)编号为GEN-01,当反应炉没有火焰时执行安全功能,详见表2。
工艺描述:当反应炉出口氧气含量AZT03R100X-01大于HHH值,触发联锁。同时关闭氧气进料阀FZV03H090X-03,XZV03H090X-04。打开放空阀XZV03H090X-05。当反应炉温度变化速率TZT03R100X-02A,TZT03R100X-07A检测值高于4℃/S二取一表决。触发联锁,同时关闭氧气进料阀FZV03H090X-03,XZV03H090X-04。打开放空阀XZV03H090X-05。
表2 当反应炉没有火焰时的安全仪表功能表
2.2 系统配置表(见表3)
表3 系统配置表
2.3 评估结果及结论
(1)计算依据的条件。1)平均修理时间MTTR:变送器为8小时,阀门为24小时;2)检验测试时间T1:1年;3)相同通道组成的冗余结构β值(共同失效因子)为10%,不同通道组成的冗余结构β值为5%。
(2)工作模式为低要求操作模式。
(3)传感器子系统。
结构约束条件:SIL4。
要求时平均失效概率PFDav:
PFDavsensor=7.2118×10-5
(4)逻辑单元子系统。
结构约束条件:SIL3。
要求时平均失效概率PFDav:
PFDavlogic=6.22×10-6
(5)最终元件子系统。
结构约束条件:SIL3。
要求时平均失效概率PFDav:
PFDavfinal=5.773×10-5
(6)GEN-01安全仪表系统的安全功能在要求时的平均失效概率:
PFDavsys=PFDavsensor+PFDavlogic+PFDavfinal=1.361×10-4
由于1.361×10-4<1.0×10-3,所以满足工艺要求的SIL3等级。
3 结语
安全无小事,在石油化工自动化设计中,一定要注重安全仪表的设计,定期对装置进行检修,对安全完整性等级进行计算,从而保证现场施工乃至其他环节的安全问题。