合理设计安全仪表功能回路的冗余架构

安全仪表功能(SIF)回路的冗余架构应满足安全和误停车率的要求。结合安全完整性等级(SIL)验证工作的经验,对影响SIF冗余架构设计的标准及各种规定的强制约束和影响SIF回路冗余架构设计的因素,如:安全失效因子、平均失效率及误停车率、共因失效及检验测试时间间隔、仪表测量及制造原理、仪表故障模式对架构降级的约束等,进行了工程分析,给出了合理的冗余架构设计原则。合理的冗余架构设计,应当兼顾SIF回路中的各个部件,并非冗余仪表越多越好,也并非越少越好,在经济条件允许的前提下,合理性是在满足安全及减少误停车率之间平衡的结果。

海上平台SIS系统功能安全评估的方法

海上油气生产平台是海洋石油开采生产的重要设施,具有工艺系统复杂、设备布置紧凑、应急救援困难等风险特征,通常配置有安全仪表系统(SIS)作为一种重要的安全保障措施。根据IEC61511等标准要求,为了保持安全仪表系统的功能正常实现,需要对安全仪表系统开展功能安全评估。文章分别介绍了保护层分析法(LOPA)和马尔科夫模型(Markovmodel)评估方法,其中LOPA用于SIL定级评估,Markov用于SIL验证评估。对海上平台典型事故场景登平台海管压力高高联锁回路展开分析,评估结果显示该回路的配置情况可以满足预定的功能安全需求。

现代科技赋能大型仪器室安全管理

对于价格昂贵、设备精密、维修成本高、开放程度高、送样人员流动性强的大型精密设备,如何实现其高效且安全的管理一直是值得高度重视的工作。南开大学材料科学与工程学院大型仪器平台(以下简称大仪平台)针对大型仪器室“设备高精尖、维护贵繁细”的特点,经过多年的不断摸索和循序执行,在规范传统大型仪器管理方式的基础上,利用现代信息化手段,在实践中逐渐探索出具有普适性的大型仪器室管理方案,即“区域协同,虚实结合、远程协助、联防联控”。基于以上安全管理实践,数年来该平台高效开放共享,为高素质人才培养、高水平科学研究和“双一流”学科建设提供了有力支持。

化工过程安全仪表系统(SIS)的设计原则与实践应用

为提高化工过程安全仪表系统(SIS)的设计效率与安全性能,探讨了SIS的设计原则和实践应用。通过分析化工过程安全的基本概念和风险,结合国际标准与规范,明确了SIS设计的核心原则,包括安全完整性等级(SIL)、冗余性与多样性、故障安全设计等。采用案例分析法,研究了SIS在实际化工企业中的应用,并指出了实施过程中的常见问题及其解决策略。性能评估与验证的案例分析进一步证实了所提出设计原则的有效性。研究还探讨了SIS与工业4.0的融合前景,以及新技术对SIS未来发展的潜在影响。结果表明,遵循文章提出的设计原则与实践策略,能显著提升SIS的安全性和可靠性。

工业互联网环境下智能仪表安全任务一体化调度方法研究

随着工业互联网的深入应用,工业控制系统从封闭隔离系统转变为开放互联系统的同时,引入了信息安全风险.传统工业控制系统仅靠防火墙等防护手段将无法抵御工业互联网中未知及新型信息攻击,攻击可在系统中渗透传播并危害到智能仪表,因此智能仪表本身应具有攻击检测及入侵响应能力,通过一系列信息安全任务调度实现信息安全防护.然而,信息安全任务与功能安全任务间存在潜在冲突,需要任务间协调调度以确保仪表安全稳定运行.针对智能仪表任务协调调度需求,提出仪表安全任务一体化调度方法,通过对仪表多类任务统一形式化描述的基础上协调任务间冗余及冲突关系,设计了静态-动态混合调度算法,实现任务一体化实时调度,最后通过实验验证该方法的有效性和可行性.

HAZOP&SIL分级在部分临氢装置紧急切断功能隐患治理中的应用

为避免类似江西九江“3·12”石化企业加氢装置高低压互窜爆炸着火事故的发生,提出了对某炼化企业部分临氢装置紧急切断功能隐患治理项目进行基础设计阶段的危险与可操作性分析(HAZOP,Hazard and Operability Analysis)及安全完整性等级(SIL,Safety Integrity Level)分级应用。HAZOP分析采用基于参数优先选择法的工作流程;SIL分级采用保护层分析(LOPA,Layers of Protection Analysis)方法,遵循“尽可能合理降低”(ALARP,As Low As Reasonably Practical)原则。对某炼化企业焦化汽煤油加氢精制装置、加氢联合柴油加氢精制装置和乙苯装置进行了HAZOP&SIL分级,共识别出事故场景12项,提出了建议措施6条。结果表明,HAZOP&SIL分级能够帮助该炼化企业有效地开展窜压风险隐患治理工作,把握安全生产主动权,将存在的窜压风险控制在可接受水平或及时地消除,预防高低压互窜事故的发生,保证炼化企业本质安全。

安全仪表系统的可用性分析

基于安全和风险管理的角度,安全仪表系统(SIS)的设计需要具备高安全性和高可用性的特点,安全性可通过安全完整性等级(SIL)衡量,可用性可通过平均无误停车的工作时间(MTTF_(spurious))和平均修复时间(MTTR)衡量。介绍了可用性分析过程及分析方法,以某国产化SIS为例,阐述了通过可靠性框图计算安全仪表功能回路的误停车率(STR)的方法,确定SIS的可用性指标,为设计阶段的硬件选型、系统配置以及后续的维护条件对于可用性的提升提供指导建议。

安全仪表系统检验测试程序完整性研究

过程工业领域要求对安全仪表系统(SIS)开展全面的功能安全管理活动,以保证其在生命周期内具备持续的安全保护能力。其中,检验测试是用于验证SIS在运行和维护阶段内安全完整性等级的重要活动。参考标准ISA-TR84.00.03中提出的针对检验测试活动的指导要求,完整的检验测试程序应包含测试计划、失效分析、用例设计、测试执行、测试改进和过程审核。在此程序基础上,提出了1种检验测试覆盖率(PTC)量化评估方法,可以验证SIS在长期运行过程中的安全完整性能力。结合TCS-900 SIS的现场运维经验,证明了该检验测试程序的可行性和PTC评估方法的有效性,也为开展安全回路的检验测试提供了指导。

百万千瓦火电机组给水泵汽轮机功能安全评估与国内外风险分析比较

本文依托国内某百万千瓦火电机组项目,对新型给水泵汽轮机系统进行了完整的功能安全评估,充分辨识系统风险点、完善系统设计方案、改进给水泵汽轮机保护系统的配置方案,取得了良好的评估效果。同时,对国内外火电机组风险分析进行对比,指出分析方法与分析结果的差异与产生原因,为国内火电机组规范化应用功能安全技术提供了参考。

浅谈安全仪表系统评估

安全仪表系统是对装置或设备可能发生的危险采取的紧急措施,并对可能进一步恶化的状态进行及时响应,使其进入一个预定义的安全停车工况,从而使危险和损失降到最低程度,保证生产设备、环境和人员安全。本文主要介绍了安全仪表系统的组成和功能,并概述了其评估定级及验算方法。

基于信息安全与功能安全融合的安全控制系统设计方案研究

随着工业控制系统网络走向开放性,亟需推出信息安全与功能安全“两安”融合一体化技术方案。针对信息安全措施与原有的功能安全措施可能产生矛盾和冲突的问题,以SIL3安全控制系统为例,首先确定功能安全措施,通过定义系统边界识别出系统的威胁与脆弱性,得到信息安全防护措施,最后综合分析两种措施的可同时实现性,提出基于“两安”融合技术的控制系统设计方案。该方案以系统功能安全的可用性为目标和约束,通过考虑信息安全实现迭代优化设计,实现工业系统的“两安”融合。

核电厂仪控系统全生命周期需求分析的研究

为解决核电厂仪控系统在需求分析方面存在的问题,提出了一种需求分析的理论框架。该框架结合核电厂仪控系统的特点,采用场景分析方法对系统的功能需求、性能需求和安全性需求进行分析。将该方法应用于某研发堆型启堆场景分析中,得出了研究结果。应用结果表明,该方法适用于核电厂仪控系统的需求分析,并具有可操作性和实用性。该方法能够帮助解决跨系统设计中可能出现的问题“涌现”,从而减少现场施工进度的延误和经济成本的增加等问题。研究成果表明,采用基于系统工程国际委员会(INCOSE)技术流程定义的场景分析法可以有效地分析核电厂仪控系统的需求。该方法可以在核电厂仪控系统设计过程中逐步推广,并为提高系统设计的准确性和效率提供参考。通过更好地进行需求分析,可以确保仪控系统在设计和施工阶段的顺利进行,从而提高核电厂的运行效率和安全性、降低成本。

核电厂基于FPGA的仪控系统网络安全研究

基于现场可编程门阵列(FPGA)技术的系统解决方案具有设计简单、并行处理能力高、系统可验证、许可成本低等特点,在核电厂仪控系统中得到了广泛应用。在当前核安全监管体系中,与FPGA技术相关的监管要求多聚焦于功能安全,对网络安全的监管要求相对较少,存在安全监管空白和弱项。通过研究、分析FPGA技术自身特点,从产品和系统生命周期的角度,全面梳理和介绍了FPGA技术存在的安全脆弱性、面临的安全威胁和当前主流的安全防御技术。结合当前监管实践,提出核电厂基于FPGA仪控系统的网络安全解决方案。对如何加强基于FPGA仪控系统的网络安全建设提出具体意见和建议,以期提高对基于FPGA技术网络安全工作的全面认识,为进一步提升核电厂网络安全水平奠定基础。

LOPA在化工装置SIL定级中的应用

在保证化工生产安全方面,SIL评估是一个很重要的环节。安全完整性等级(SIL)是一个广泛应用的评估安全仪表功能(SIF)的性能指标。保护层分析(LOPA)作为SIL定级中最常用的一种方法,它根据装置生产工艺流程,针对单个风险进行分析,分析风险的保护措施,进行计算,根据结果确定SIL等级。LOPA是一种半定量的评估方法,综合考虑保护层、可接受风险概率和初始事件(IE)概率等多个因素,通过计算量化确定SIL等级。本文简要介绍LOPA评估的基本程序,并以一个简单示例具体说明LOPA的每一个步骤和计算,以供参考。

气化炉的自动控制和联锁保护功能的集成设计

国内气化炉工艺日益成熟,在传统DCS的顺序控制和过程控制的基础上,对安全仪表系统(SIS)中的紧急停车系统(ESD)安全响应的要求越来越严格。在完全不影响SIS联锁功能安全等级的情况下,将故障安全作为基本设计原则,以SIL3级SIS控制系统为平台,实现自动控制的基本过程控制系统(BPCS)与SIS保护层的集成融合,既在硬件上提升了系统整体的可靠性和容错率,也使控制程序更加安全、高效。

基于通道热复位的安全仪表系统同步功能的测试方法研究

在多重冗余架构的安全仪表系统中,硬件和通道执行的差异性,导致各通道间存在异步,各通道的变量值间会出现偏差。为解决通道异步的问题,引入了同步功能,同步功能是将某一通道的值每个周期同步到其他通道。由于安全仪表系统对外界面显示的变量值为多重冗余架构表决后的主通道值,因此无法通过软件界面显示的变量值直观的验证同步功能。本文提出一种基于通道热复位的同步功能测试方法,对多重冗余架构的安全仪表系统的同步功能进行测试。

安全仪表系统的功能安全国内外发展综述

从功能安全标准、理论研究、评估和认证及功能安全产品四个方面对安全仪表系统的功能安全的国内外发展现状进行论述。国外工业发达国家已经广泛采用了功能安全标准,并深入开展功能安全理论研究、功能安全评估和认证以及研发功能安全产品,而我国刚刚引入功能安全标准,初步开展了功能安全理论研究,目前尚无功能安全评估和认证机构及功能安全产品,事故发生概率的确定和安全仪表系统性能评估方法需要进一步研究。

IEC61511标准及在石化行业安全管理中的应用

功能安全的定量评定技术已成为确保石化行业安全生产的重要手段。针对石化行业普遍存在的功能安全问题,笔者以国际电工学会(IEC)专门制定的功能安全评定标准IEC61508及IEC61511为指导,介绍其标准制定的背景、目的、体系结构以及如何利用标准开展石化行业安全联锁系统(Safety Instrumented System,SIS)的安全与误跳车定量分析。通过对SIS开展定量安全评估,可发现联锁功能存在的安全不足与误跳车现象,对于提高我国石化行业安全生产水平具有重要的促进作用,标准中有关寿命周期功能安全管理方法及重要的工程经验也对提高我国石化安全生产水平具有借鉴作用。

安全系统的安全完整性水平及其选择

讨论安全完整性水平的概念、安全生命周期、安全完整性水平选择的定性、定量方法,介绍如何遵照功能安全的国际标准进行安全完整性水平选择。并结合一个具体实例,介绍了如何实现安全完整性水平选择的过程。

空分压缩机组安全完整性技术等级(SIL)技术评估应用及分析

依据相关IEC和API标准,对空分装置三大机组(蒸汽透平、空压机和增压机)的安全联锁系统(SIS)做了安全完整性等级(SIL)技术评估,确定了空分三大机组安全联锁系统中的安全联锁功能(SIF),给出了各安全联锁功能(SIF)所需达到的安全完整性等级(SIL),提出并分析了空分三大机组安全联锁系统中存在的多个典型问题,最后针对问题分别给出了相应的改进建议。研究结果对空分装置三大机组和类似机组的安全、稳定、长周期运行有借鉴意义。