【66安全文库】SHT3225-2024《石油化工安全仪表系统安全完整性等级设计规范》
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2024-08-06
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ICS **.**.**
CCS P **
备案号：
中华人民共和国石油化工行业标准
SH/T ****—****
石油化工安全仪表系统安全完整性等级
设计规范
Design specification for safety integrity level of safety instrumented
system in petrochemical industry
（报批稿）
****-**-** 发布 ****-**-** 实施
中华人民共和国工业和信息化部 发 布
SH/T ****—****
I
目 次
前言 ................................................................................ III
1 范围 ............................................................................... 1
2 规范性引用文件 ..................................................................... 1
3 术语和缩略语 ....................................................................... 1
3.1 术语和定义 ..................................................................... 1
3.2 缩略语 ......................................................................... 4
4 基本规定 ........................................................................... 5
4.1 SIS 的安全完整性等级基本要求 ................................................... 5
4.2 SIS 安全生命周期工作流程 ....................................................... 6
4.3 SIL 评估工作流程 ............................................................... 6
5 安全完整性等级定级 ................................................................. 7
5.1 过程危险辨识与风险评估 ......................................................... 7
5.2 保护层分析 ..................................................................... 7
5.3 SIL 定级报告 ................................................................... 8
6 安全要求规格书 ..................................................................... 9
6.1 编制原则 ....................................................................... 9
6.2 内容要求 ....................................................................... 9
7 安全完整性等级验证 ................................................................ 10
7.1 一般规定 ...................................................................... 10
7.2 硬件结构约束验证 .............................................................. 10
7.3 PFDAVG 验证计算 ................................................................. 11
7.4 SIF 过程可用性验证 ............................................................ 12
7.5 系统性能力评估 ................................................................ 12
附录 A（资料性） SIS 安全生命周期工作流程 ............................................. 13
附录 B（资料性） SIL 评估工作流程 ..................................................... 14
附录 C（资料性） 典型石油化工风险矩阵 ................................................ 16
附录 D（资料性） 减缓层降低风险措施的 PFD ............................................. 20
参考文献 ............................................................................. 21
本标准用词说明 ....................................................................... 22
附：条文说明 ......................................................................... 24
SH/T ****—****
II
Contents
Foreword ............................................................................ III
1 Scope .............................................................................. 1
2 Normative references ............................................................... 1
3 Terms and abbreviations ............................................................ 1
3.1 Terms and definitions .......................................................... 1
3.2 Abbreviations .................................................................. 4
4 Basic specification ................................................................ 5
4.1 SIS basic requirements for SIL ................................................. 5
4.2 SIS ssafety life cycle workflow ................................................ 6
4.3 SIL assessment workflow ........................................................ 6
5 Safety integrity levels selection .................................................. 7
5.1 Process hazard and risk assessment ............................................. 7
5.2 Layer of protection analysis ................................................... 7
5.3 SIL classification report ...................................................... 8
6 Safety requirements specification .................................................. 9
6.1 Purpose and principle .......................................................... 9
6.2 Contants requirements .......................................................... 9
7 Safety integrity levels verification .............................................. 10
7.1 General specification ......................................................... 10
7.2 Hardware architectural constraints verification ............................... 10
7.3 PFDAVG Verification calculation ................................................ 11
7.4 SIF process availability verification ......................................... 12
7.5 Systematic capability ......................................................... 12
Annex A（Informative） Workflow diagram for safety life cycle of SIS ................. 13
Annex B（Informative） Workflow diagram for SIL assessment ........................... 14
Annex C（Informative） Typical risk matrix for petrochemical plants .................. 16
Annex D（Informative） PFD of risk reduction measures in mitigation layers ........... 20
Bibliography ......................................................................... 21
Explanation of wording in this standard .............................................. 22
Addition：Explanation of articles .................................................... 25
SH/T ****—****
III
前 言
根据中华人民共和国工业和信息化部《关于印发 2014 年第一批行业标准制修订计划的通知》（工
信厅科〔2015〕429 号）的要求，标准编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国际标
准和国外标准，并在广泛征求意见的基础上，制定本标准。
本标准由中国石油化工集团有限公司负责管理，由中国石油化工集团有限公司安全卫生消防技术
中心站负责日常管理，由中国石化工程建设有限公司负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见
和建议，请寄送日常管理机构和主编单位。
本标准日常管理机构：中国石油化工集团有限公司安全卫生消防技术中心站
通讯地址：北京市朝阳区安慧北里安园 21 号
邮政编码：100101
电 话：010-84876994
邮 箱：zhangli@sei.com.cn
本标准主编单位：中国石化工程建设有限公司
通讯地址：北京市朝阳区安慧北里安园 21 号
邮政编码：100101
本标准参编单位：中国石化安全工程研究院有限公司
中石化广州工程有限公司
中石化上海工程有限公司
中石化-霍尼韦尔（天津）有限公司
北京康吉森自动化技术股份有限公司
厦门熙宝源化工技术有限公司
劳氏瑞安咨询（北京）有限公司
莱茵检测认证服务（中国）有限公司
汉威科技集团股份有限公司
本标准主要起草人员：林 融、李玉明、穆 帅、张建国、王若青、贾 萍、张 翼、高生军、
黄玖来、金光海、王朝晖、何 磊、裴炳安、范宗海、张 力、李少鹏、张 斌、贾 微、华俊杰、
赵 斌、张 凯、李志刚、牛小民、唐 平、单 丹
本标准主要审查人员：舒小芹、曾裕玲、袁小军、魏 毅、于宝全、施建设、李 冬、杨芳育、
刘齐忠、范咏峰、陈 鹏、冯双虎、马 莉、葛春玉、齐 青、张同科
本标准为首次发布。
SH/T ****—****
IV
SH/T****—****
1
石油化工安全仪表系统安全完整性等级设计规范
1 范围
本标准规定了石油化工安全仪表系统安全完整性等级的定级、验证及设计要求。
本标准适用于石油化工及以煤为原料制取燃料和化工产品工厂的新建、扩建和改建工程的安全仪
表系统安全完整性等级的定级、验证与工程设计。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本标准必不可少的条款。其中，注日期的引用文
件，仅该日期对应的版本适用于本标准；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适
用于本标准。
GB/T 20438（所有部分） 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全
GB/T 21109（所有部分） 过程工业领域安全仪表系统的功能安全
GB/T 35320 危险与可操作性分析（HAZOP 分析）应用指南
AQ/T 3054 保护层分析（LOPA）方法应用导则
3 术语和缩略语
3.1 术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
3.1.1
风险 risk
危害发生的可能性与该危害严重程度的组合。
3.1.2
过程风险 process risk
因异常事件（含基本过程控制系统故障）引起过程条件改变而产生的风险。
3.1.3
风险评估 risk assessment
评估风险大小并确定风险容许度的全过程。
3.1.4
过程危险分析 process hazard analysis
对过程危险源进行辨识，并对危险源发生不期望的事件后，对人员、财产、环境和社会所产生的
影响进行分析的过程。
3.1.5
保护层 protection layer
用来防止不期望事件的发生或降低不期望事件后果严重性从而降低过程风险的设备、系统或行动。
3.1.6
独立保护层 independent protection layer
能够阻止场景向不期望后果发展，并且独立于场景初始事件或其他保护层的设备、系统或行动。
3.1.7
安全功能 safety function
针对特定的危险事件，为了达到或保持过程的安全状态，由安全仪表系统、其它安全相关系统或
外部风险降低设施实现的功能。
3.1.8
安全仪表功能 safety instrumented function
由安全仪表系统（SIS）实现的安全功能。
SH/T****—****
2
3.1.9
安全仪表系统 safety instrumented system
用于实施一个或多个安全仪表功能的仪表系统。安全仪表系统由测量仪表、逻辑控制器、最终执
行机构及相关软件、通信和辅助设备组合而成。
3.1.10
安全要求规格书 safety requirements specification
规定安全仪表系统 SIF 功能和与 SIF 相关的安全完整性等级要求的技术文件。
3.1.11
安全生命周期 safety life cycle
从工程概念设计开始到所有安全仪表功能停止使用期间，安全仪表系统实现安全仪表功能的所有
必要活动。
3.1.12
安全完整性 safety integrity
在规定的条件和时间内，安全仪表系统执行要求的安全仪表功能的能力。
3.1.13
安全完整性等级 safety integrity level
用来规定分配给安全仪表功能的安全完整性要求的离散等级，对应安全完整性量值的范围。安全
完整性等级 4 是最高的，安全完整性等级 1 是最低的。
3.1.14
风险降低因子 risk reduction factor
安全仪表功能要求时危险失效平均失效概率（PFDavg）的倒数，对安全仪表功能所提供的风险降低
程度的度量。
3.1.15
基本过程控制系统 basic process control system
响应过程测量以及其他相关设备、其他仪表、控制系统或操作员的输入信号，按过程控制规律、
算法、方式，产生输出信号实现过程控制及其相关设备运行的系统，但它不执行任何 SIF。
3.1.16
测量仪表 sensor (measurement instrument)
安全仪表系统的组成部分，测量过程变量的设备。
3.1.17
逻辑控制器 logic solver
安全仪表系统的组成部分，执行逻辑功能的设备。
3.1.18
最终执行机构 final element
安全仪表系统的组成部分，执行逻辑控制器指令或设定的动作，使过程达到安全状态的设备。
3.1.19
故障 fault
可导致功能单元执行要求功能的能力降低或丧失的异常状况。
3.1.20
失效 failure
功能单元某种功能或执行能力的丧失。
3.1.21
失效率 failure rate
正常工作的产品在单位时间内失效的概率。
3.1.22
危险失效 dangerous failure
可导致安全仪表系统处于潜在危险或丧失功能的失效。
3.1.23
安全失效 safe failure
SH/T****—****
3
不可能导致安全仪表系统处于潜在危险或丧失功能的失效。
3.1.24
共因失效 common cause failure
由单一事件引起的、在不同设备上同时发生的失效，这些失效相互之间无因果关系。
3.1.25
共模失效 common mode failure
不同设备的并发失效，这些失效具有相同的失效模式，即相同故障。
3.1.26
表决 voting
构成安全仪表功能子系统的一个或多个组件之间的逻辑关系。
3.1.27
要求时危险失效平均概率 average probability of dangerous failure on demand
安全仪表功能发生危险失效且不能按要求执行其安全功能的平均概率，与安全仪表功能所提供的
风险降低量级有关。
3.1.28
冗余 redundancy
采用独立执行同一个功能的二个或多个部件或系统，互为备用及切换。
3.1.29
故障裕度 fault tolerance
出现故障或错误时，功能单元能够继续执行要求的功能或操作的能力。
3.1.30
故障安全 fail safe
安全仪表系统发生故障时，使被控制过程转入预定安全状态。
3.1.31
诊断覆盖率 diagnostic coverage
被诊断检测到的危险失效率占总的危险失效率的百分比。诊断覆盖率不包括任何被检验测试检测
到的故障。
3.1.32
平均失效间隔时间 mean time between failures
相邻两次失效间隔时间的平均值。
3.1.33
平均无失效时间 mean time to failures
工作单元失效前正常工作的平均时间，也称平均无故障时间、平均失效前时间。
3.1.34
平均恢复时间 mean time to restoration
完成功能完全恢复的预计时间，包括检测到失效的时间、开始维修前的时间、有效维修的时间和
组件恢复运行前的时间之和。
3.1.35
结构约束 architectural constraints
表决所需的设备数量与硬件故障裕度所需设备数量的综合限制。
3.1.36
系统性能力 systematic capability
当设备根据安全手册规定的说明进行应用时，设备的系统性安全完整性达到规定 SIL 要求的置信
度的度量（表示为 SC1 到 SC4 共四个等级），其与特定的安全功能有关。
3.1.37
检验测试 proof test
为检测出安全仪表系统中隐藏的危险失效而执行的周期性测试，以期在必要时通过维护使系统恢
复成“全新”状态或者尽可能接近该状态。
3.1.38
SH/T****—****
4
功能安全 function safety
与过程控制系统有关的整体安全的一部分，取决于安全相关系统和其他风险减少措施的正确运行。
3.1.39
安全失效分数 safe failure fraction
子系统的安全失效率与危险可检测失效率的和值与子系统总失效率之间的比例分数。
3.1.40
使能条件 enabling condition
导致场景发生、发展的必要条件，但不会直接导致场景发生。
3.1.41
运行模式 mode of operation
安全仪表功能运行的方式，分为低要求模式、高要求模式和连续模式：
低要求模式：在这种运行模式下，SIF 只有在要求时才动作，以将过程导入一个特定的安全状态，
并且要求的频率不大于一年一次。
高要求模式：在这种运行模式下，SIF 只有在要求时才动作，以将过程导入一个特定的安全状态，
并且要求的频率大于一年一次。
连续模式：在这种运行模式下，SIF 作为正常运行的一部分保持过程处于一种安全状态。
3.1.42
保护层分析 layer of protection analysis
通过分析事故场景初始事件、后果和独立保护层，对事故场景风险进行半定量评估的一种系统方
法。
3.1.43
过程安全时间 process safety time
如果安全仪表功能未执行，从过程失效或基本过程控制系统失效（潜在的增加危险事件的可能性）
直至过程发生超安全设计工况并导致危险事件发生之间的时间段。
3.2 缩略语
下列缩略语适用于本标准。
AP：应用程序（Application Program）
ALARP：最低合理可行原则（As Low As Reasonably Practicable）
BPCS：基本过程控制系统（Basic Process Control System）
DC：诊断覆盖率（Diagnostic Coverage）
DTT：非励磁联锁（De-energized To Trip）
EMI：电磁干扰（Electro-Magnetic Interference）
ETT：励磁联锁（Energized To Trip）
FE：最终执行机构（Final Element/Final actuator）
FMEDA：失效模式影响与诊断分析（Failure Modes Effects and Diagnostic Analysis）
FTA：故障树分析法（Fault Tree Analysis）
FVL：全可变语言（Full Variability Language）
HAZOP：危险与可操作性分析（HAZard and OPerability analysis）
HFT：硬件故障裕度（Hardware Fault Tolerance）
IE：初始事件（Initiating Event）
IPL：独立保护层（Independent Protection Layer）
LOPA：保护层分析（Layer Of Protection Analysis）
LVL：有限可变语言（Limited Variability Language）
MPRT：最大允许维修时间（Maximum Permitted Repair Time）
MTBF：平均失效间隔时间（Mean Time Between Failures）
MTTF：平均无失效时间（Mean Time To Failures）
MTTFSP：平均无误停车失效时间（Mean Time To Failures on spurious）
MTTR：平均恢复时间（Mean Time To Restoration）
摘要：
展开>>
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ICS**.**.**CCSP**备案号：中华人民共和国石油化工行业标准SH/T****—****石油化工安全仪表系统安全完整性等级设计规范Designspecificationforsafetyintegritylevelofsafetyinstrumentedsysteminpetrochemicalindustry（报批稿）****-**-**发布****-**-**实施中华人民共和国工业和信息化部发布SH/T****—****I目次前言...............................................................................
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时间：2024-08-06
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