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1、安全仪表系统简介石油化工安全保护级别石油化工安全保护级别 1. Process2. DCS -集散控制系统集散控制系统3. Alarm Operators-操作员操作员报警报警4. SIS 安全仪表系统安全仪表系统5. Relief Devices 释放设备释放设备6. Physical protection(F&G） 物理保护物理保护7. Emergency Response 紧急响应紧急响应工艺过程工艺过程SIS系统对风险的控制系统对风险的控制0机械安全保护层机械安全保护层安全仪表系统（安全仪表系统（SIS）报警系统报警系统/操作操作工艺控制系统工艺控制系统工艺设备工艺设备HAZOPSIL
2、n安全仪表系统安全仪表系统 (Safety Instrumented System - SIS)(Safety Instrumented System - SIS)n仪表保护系统仪表保护系统(Instrument Protection System- IPS)(Instrument Protection System- IPS)n安全联锁系统安全联锁系统 (Safety Interlocking System - SIS)(Safety Interlocking System - SIS)n紧急停车系统紧急停车系统 (Emergency Shut-Down System - ESD)(Emer
3、gency Shut-Down System - ESD) 安全仪表系统（安全仪表系统（SISSIS）：）： 仪表系统用于实现1个或多个安全仪表功能.安全仪表系统包括传感器（SENSOR）、逻辑运算器（Logic solver) 和最终执行元件(Final element) .安全仪表系统安全仪表系统(SIS)nANSI/ISA-84.01ANSI/ISA-84.01Application of Safety Instrumented Application of Safety Instrumented Systems for the Process Industries Systems fo
4、r the Process IndustriesnIEC 61508IEC 61508Functional Safety of electrical / Functional Safety of electrical / electronic /programmable electronic electronic /programmable electronic safety-related system safety-related systemnIEC 61511IEC 61511Functional Safety Instrumented systems Functional Safet
5、y Instrumented systems for the Process Industry Section for the Process Industry SectionnDIN V 19250DIN V 19250 Programmable Safety System Programmable Safety SystemnIEC 61131IEC 61131Programmable ControllersProgrammable ControllersnSH/T3018-2003 SH/T3018-2003 石油化工安全仪表系统设计规范（中华人民石油化工安全仪表系统设计规范（中华人民
6、共和国石油化工行业标准）共和国石油化工行业标准）SIS用标准规范用标准规范Design code for safety instrumented system in petrochemical industrySIS功能及基本要求功能及基本要求n安全仪表系统（安全仪表系统（SISSIS）在生产装置的开车、停车阶段，运行扰动以）在生产装置的开车、停车阶段，运行扰动以及维护操作期间，对人员健康、装置设备及环境提供安全保护。无及维护操作期间，对人员健康、装置设备及环境提供安全保护。无论是生产装置本身出现的故障危险，还是人为因素导致的危险以及论是生产装置本身出现的故障危险，还是人为因素导致的危险以及一
7、些不可抗拒因素引发的危险，一些不可抗拒因素引发的危险，SISSIS系统都应立即作出正确反应并系统都应立即作出正确反应并给出相应的逻辑信号，使生产装置安全联锁或停车，阻止危险的发给出相应的逻辑信号，使生产装置安全联锁或停车，阻止危险的发生和事故的扩散，使危害减少到最小。生和事故的扩散，使危害减少到最小。nSISSIS系统应具备高的可靠性（系统应具备高的可靠性（Reliability) Reliability) 、可用性（、可用性（AvailabilityAvailability）和可维护性（和可维护性（MaintainabilityMaintainability）。当）。当SISSIS系统本身系
8、统本身出现故障时还能保证提供安全保护功能。出现故障时还能保证提供安全保护功能。DCSSISlDCS用于过程连续测量、常规控制（连续、顺序、间歇等）、操作控制管理，保证生产装置平稳运行。lDCS是“动态”系统，它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程动态控制，确保产品质量和产量。lDCS可进行故障自动显示lDCS对维修时间的长短的要求不算苛刻。lDCS可进行手动/自动切换lDCS系统只做一般联锁、泵的开停、顺序控制，安全级别不像SIS那么高。SIS用于监视生产装置的运行状况，对出现异常工况迅速进行处理，使故障发生的可能性降到最低，使人和装置处于安全状态。SIS是静态系统，在正常工况下
9、，它始终监视装置的运行，系统输出不变，对生产过程不产生影响，在异常工况下，它将按着预先设计的策略进行逻辑运算，使生产装置安全停车。SIS必须测试潜在故障。SIS维修时间非常关键，弄不好造成装置安全停车。SIS永远不允许离线运行，否则生产装置将失去安全保护屏障。SIS与DCS相比，在可靠性，可用性上要求更严格。ISC61508，ISA.S84.01强烈推荐SIS与DCS硬件独立设置。SIS与DCS的区别n冗余（冗余（RedundantRedundant）用多个相同模块或部件实现特定功能或数据处理。n容错容错（Fault Tolerant）功能模块在出现故障或错误时，仍继续执行特定功能的能力。n安
10、全度等级安全度等级（Safety Integrity Level - SIL）用于描述安全仪表系统安全综合评价的等级。n故障危险概率故障危险概率（Probability of Failing Dangerously - PFD）能够导致安全仪表系统处于危险或失去功能的故障出现的概率。SIS常用术语常用术语n故障安全故障安全（Failing to Safe - FTS）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n可用性可用性（Availability） 系统可以使用工作时间的概率。如系统的可用性为99.99% ，意味着在10000小时的工作将有1小时的故障中断时间。n可靠性可靠性（Re
11、liability） 指系统在规定时间间隔(t)内发生故障的概率。如系统一年内的可靠性为99.99意味者系统一年中工作时失败的概率为 0.01。SIS常用术语常用术语n表决表决（Voting）用多数原则确定结果。1oo1D (1 out of 1D)1取1带诊断1oo2 (1 out of 2)2取11oo2D (1 out of 2D)2取1带诊断2oo3 (2 out of 3)3取22oo4D (2 out of 4D)4取2带诊断SIS常用术语常用术语安全度等级安全度等级 (SIL)Safety Integrity Level lSIS的安全度等级是由构成SIS系统的三个单元的SIL来
12、初步确定的: SIL回路= SIL传感器+ SIL逻辑单元+SIL执行机构 例如传感器为SIL2级,而SIL2每年故障概率平均值为0.010.001，取中间值为0.005；逻辑单元为SIL3级，取中间值为0.0005 ；执行机构为SIL1级，取中间值为0.05，则 PFDavg= 0.005+ 0.0005+ 0.05=0.0555， 初步确定为SIL1级。 即一个回路的安全度等级由其构成的三个单元中最低的SIL等级决定l对于传感器和执行机构，如果不能满足安全功能的SIL等级要求，可以通过马尔可夫模型（Markov Model）计算，确定选取1OO2D、2OO3、2OO4D等配置方案。l为使一
13、个工艺装置达到安全目标需在IEC61508与61511及ISA S84.01安全标准的基础上，对工艺过程进行故障分析，采用风险评估的方法，来确定装置及SIS系统的SIL等级要求。 安全度等级的初步确定安全度等级的初步确定1.1.继电器系统继电器系统n采用单元化结构，由继电器执行逻辑；采用单元化结构，由继电器执行逻辑；n可靠性高，具有故障安全特性，电压适用范围宽，一次性投资较低；可靠性高，具有故障安全特性，电压适用范围宽，一次性投资较低；n体积大，灵活性差，进行功能修改或扩展不方便，无串行通信功能，无报告和文档体积大，灵活性差，进行功能修改或扩展不方便，无串行通信功能，无报告和文档功能。功能。2
14、.2.固态电络系统固态电络系统n采用模块化结构，采用独立固态器件通过硬接线来构成系统，实现逻辑功能；采用模块化结构，采用独立固态器件通过硬接线来构成系统，实现逻辑功能；n结构紧凑，可进行在线测试，易于识别故障，易于更换和维护，可进行串行通信，结构紧凑，可进行在线测试，易于识别故障，易于更换和维护，可进行串行通信，可配置成冗余系统；可配置成冗余系统；n灵活性不够，逻辑修改或扩展必须改变系统硬连线，大系统操作费用较高。灵活性不够，逻辑修改或扩展必须改变系统硬连线，大系统操作费用较高。3 3. .可编程电子系统可编程电子系统n以微处理器技术为基础的以微处理器技术为基础的PLCPLC，采用模块化结构，
15、通过微处理器和编程软件来执行，采用模块化结构，通过微处理器和编程软件来执行逻辑；逻辑；n方便灵活的编程能力，有内部自测试和自诊断功能可进行双重化串行通信，可配置方便灵活的编程能力，有内部自测试和自诊断功能可进行双重化串行通信，可配置成冗余或冗余容错系统，可带操作和编程终端，可带时序事件记录（成冗余或冗余容错系统，可带操作和编程终端，可带时序事件记录（SERSER）；）；nSISSIS应采用经应采用经TUVTUV安全认证的安全认证的PLCPLC系统。系统。SIS分类分类SIS系统设计选用原则系统设计选用原则nSIS独立于过程控制系统(DCS或其他系统），独立完成安全保护功能。n当过程达到预定条件
16、时，SIS动作，使被控制过程转入安全状态；n根据对过程危险性及可操作性分析，人员、过程、设备及环保要求，安全度等级确定SIS的功能等级；nSIS应设计成故障安全型；nSIS应采用经TUV安全认证的PLC系统；nSIS应具有硬件、软件诊断和测试功能；nSIS构成应使中间环节最少；nSIS的传感器、最终执行元件宜单独设置；nSIS应能和DCS、MES等进行通信；nSIS实现多个单元保护功能时，其公用部分应符合最高安全等级要求SIS传感器设计选用传感器设计选用n独立设置原则独立设置原则： 1级 SIS传感器可与DCS共用； 2级 SIS传感器宜与DCS分开； 3级 SIS传感器应与DCS分开；n冗余设置原则冗余设置原则： 1级 SIS传感器可采用单一的传感器； 2级 SIS传感器宜采用冗余的传感器； 3级 SIS传感器应采用冗余的传感器；n冗余选择原则冗余选择原则：看重系统的安全性时，采用“或”逻辑结构； 看重系统的可用性时，采用“与”逻辑结构； 系统的安全性和可用性均需保证时，采用 “三取二”逻辑结构；n 传感器宜采用隔爆型的变送器（压力、差压、差压流量、差压液位、温度），不宜采用各类开关
