SIL验算需要掌握的基础知识
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2024-10-04
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SIL 定级 LOPA 分析
根据风险评估确定 SIF 的需求和相应的 SIL 等级。SIL 定级的方法有很多种,行业
内普遍采用的是保护层分析方法(LOPA)。需要阅读以下相关几个书籍和标准:
●GB/T 20438《电气9/电子9/可编程电子安全相关系统的功能安全》●保护层分析使能
条件与修正因子导则美国化工过程安全中心(CCPS)著 2015 年版。●AQT 3054-
2015保护层分析(LOPA)方法应用导则●GBT 32857-2016保护层分析(LOPA)应用
指南。
另外行业内发布了其它的团体标准,可以参考阅读。
SIL 验证流程
1、了解工艺过程的危害和风险
首先,需要对工艺过程进行危害和风险分析,确定可能发生的事故类型、后果和频率,
行业通常用的是危害与可操作性分析(HAZOP)来实现。
2、确定安全仪表功能(SIF)
根据 HAZOP 分析报告,对事故场景复杂或者后果严重的事故场景进一步量化分析,使
用 LOPA 方法确定是否需要安全仪表系统实现的安全功能,即安全仪表功能
(SIF),SIL 验算时需要参考 SIL 定级报告以对 SIF 的需求和相应的 SIL 等级进行明确。
3、安全要求规格书(Safety9Requirements9Specification,简称 SRS)
SRS 不仅是 SIS 系统设计和确认的基础,还提供了工程实施的准则,涵盖逻辑控制器的
硬件集成、软件组态、安装、调试以及开车运行等多个方面。它是确保 SIS 系统准确性
和可靠性的关键文件。SRS 是 SIL 验算重要输入文件之一。
4、安全仪表系统(SIS)的逻辑联锁图
安全仪表系统逻辑联锁图通常包括输入部分(温度、压力等)、输出部分(现场阀门、开
关、继电器等)、逻辑运算(如 AND、OR、NOT 等)以及它们更复杂的表决关系,
如 1oo1、1oo2 等。在实际 SIL 验算中,逻辑联锁图是确保 SIL 验算数据完整、可靠的
重要组成部分。
5、收集设备失效数据
失效数据来源有:
a、工厂统计收集的失效数据;
b、设备厂商提供的 SIL 认证数据或统计数据;
c、行业通用数据(OREDA、PDS 等)。
行业内通常使用设备厂商提供的第三方认证的 SIL 证书。
6、计算平均失效概率 PFDavgSIL 验算常用的计算方法有可靠性框图、故障树、马尔可
夫模型等。其中马尔可夫算法需要大量的计算,使用 SIL 验算软件可快速计算。SILkit
是行业内领先的 SIL 验算软件,可自动生成符合规范及标准要求的 SIL 验算报告。
7、确认结构约束和系统能力的 SIL 等级
注意:SIL 验算除了计算计算平均失效概率 PFDavg 满足目标 SIL 等级,还需要考虑硬
件结构的完整性等级和系统性安全完整性(系统能力 SC)是否满足目标 SIL 等级要求。
8、调整和优化
讨论在 SIL 验证不满足要求时可采取的调整措施和优化策略。
9、验证报告和审查
指导如何编写详尽的验证报告,并介绍验证审查的要点。
◆第 8、9 项可参加培训班交流讨论。
9
必须掌握的概念
1、安全仪表功能(SIF):由安全仪表系统(SIS)实现的安全功能,具有特定的安全
完整性等级(SIL)的安全联锁回路。
2、安全完整性等级(SIL):用于衡量 SIF 的安全完整性要求的等级,分为四个等级
SIL4 为最高,SIL1 为最低。通俗的讲,就是 SIF(保护层)实现安全可靠性(满意度)
的指标。
3、验证(Verification):通过检查和提供客观证据,确认要求已满足的过程。是一
个审计过程。
4、硬件故障裕度(Hardware Fault Tolerance, HFT):在硬件组件出现故障或错
误时,功能单元继续执行要求功能的能力。 1oo2、2oo2、2oo4、2oo3 的 HFT 各是
多少?
5、系统性能力(Systematic Capability, SC):组件的系统性安全完整性满足规定
的 SIL 要求的置信度的度量。这个指标在 SIL 验算中相对不太容易非常明确的确定
6、要 求 时 的 平 均 失 效 概 率 ( Average Probability of Failure on Demand,
PFDavg):在规定时间段内,当要求时,设备(系统)不能响应的平均概率。
7、每小时的失效 概率( Probability of Failure per Hour, PFH ):每小时设 备
(系统)故障的平均次数。8、误停车率(Spurious Trip Rate, STR):在单位时间
内,设备误动作引起的工艺停车或混乱的预期次数。
9、检验测试间隔(Test Interval, TI):两次成功的检验测试之间的时间间隔。
10、失效率(Failure Rate, λ):时间点后的时间段内发生失效的设备总量与完好设
备的总量的比值。
11、结构约束(Architecture Constraint, AC):确保 SIF 达到特定 SIL 等级所需的
硬件结构要求。
12、共因失效(Common Cause Failure, CCF):由单一事件导致的多个设备或组
件同时失效。
13、诊断覆盖率(Diagnostic Coverage, DC):能够通过诊断测试检测到的失效占
总失效的比例。
14、平均恢复时间(Mean Time to Restore, MTTR):从失效停止工作到校正后
再次工作之间的平均时间。
15、安全失效分数(Safe Failure Fraction, SFF ):安全失效与总失效的比例。1-
du/总
16、风险降低因子(Risk Reduction Factor, RRF):安全仪表功能要求时危险失
效平均失效概率(PFDavg)的倒数,用于度量安全仪表功能提供的风险降低程度。
17、故障树分析(Fault Tree Analysis, FTA):一种用于估算设备和组件失效导致
事故可能性的方法。
18、马尔可夫方法(Markov Method):一种用于定量分析 SIS 可靠性的数学方法。
19、PFD 计算:基于设备失效概率和维修时间等参数,计算 SIF 在规定时间内不能成
功执行其功能的概率。
20、SIL 验算报告:记录 SIL 验算过程、结果和建议的文档。
21、SIL 验算输入:包括工程设计资料、SIF 清单、SIF 组成、SIF 安全关键设备清单等,
用于进行 SIL 验算的必要信息。
22、SIL 验算审查:对 SIL 验算过程和结果进行的检查和评估,确保验算的准确性和完
整性。
23、安全失效率 (λS):安全失效是指那些不会导致安全仪表系统(SIS)进入危险状态
的失效。这个参数衡量了在单位时间内安全失效发生的概率。
24、危险失效率 (λD):与安全失效相对,危险失效是指那些可能导致安全仪表系统
(SIS)进入危险状态的失效。这个参数同样衡量了单位时间内危险失效发生的概率。
25、安全检测到的失效率 (λSD):这部分安全失效是可以通过系统内的诊断测试检测
到的。
26、安全未检测到的失效率 (λSU):这部分安全失效是无法通过系统内的诊断测试检
测到的。
27、危险检测到的失效率 (λDD):这部分危险失效是可以通过系统内的诊断测试检测
到的,允许系统在失效发生前采取措施。
28、危险未检测到的失效率 (λDU):这部分危险失效是无法通过系统内的诊断测试检
测到的,它们可能在任何时候发生,且不易预防。
29、部分行程测试(Partial Stroke Test, PST):PST 是一种测试方法,用于在线
测试最终执行元件(如阀门)在没有完全打开或关闭的情况下的响应能力。
30、需求率(Demand Rate, DR):DR 是指在单位时间内对 SIF 提出操作要求的频
率。
摘要:
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SIL定级LOPA分析根据风险评估确定SIF的需求和相应的SIL等级。SIL定级的方法有很多种,行业内普遍采用的是保护层分析方法(LOPA)。需要阅读以下相关几个书籍和标准:●GB/T20438《电气 / 电子 / 可编程电子安全相关系统的功能安全》●保护层分析使能条件与修正因子导则美国化工过程安全中心(CCPS)著2015年版。●AQT3054-2015 保护层分析(LOPA)方法应用导则●GBT32857-2016 保护层分析(LOPA)应用指南。另外行业内发布了其它的团体标准,可以参考阅读。SIL验证流程1、了解工艺过程的危害和风险首先,需要对工艺过程进行危害和风险分析,确定可能发生的事...
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