贺涛
中海油安全技术服务有限公司上海分公司，上海，200000
摘要：为了使所有涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施要符合要求安全仪表系统，要在全面开展过程危险分析（如危险与可操作性分析）基础上，通过分析确定安全仪表功能及其风险降低要求，评估现有安全仪表功能是否满足风险降低要求。所以在化工企业作业过程中，工艺安全周期性检查是化工企业中一项必备的检查项目。为了维持化工企业中工艺操作系统安全，因此安全仪表系统的安全完整性等级（SIL）验算对于企业保证生产安全检查方面有着重要作用。在进行SIL验算分析之后，得出的SIL等级结果及其PFD值，通过比较其是否在规定的范围内，以此来进行安全环境的周期检查及化工安全仪表系统的现场仪表、阀门等设备的检测维护，来确保生产环境的安全并减少安全事故的发生。
关键词：化工企业安全完整性等级SIL验算安全检查
Analysis on the Application of Safety Integrity Level (SIL) Assessment in Chemical Enterprises
HeTao
CNOOC Safety & Technology Services Co.,ltd, Shanghai, 200000, China
Abstract: To ensure that all chemical installations and hazardous chemical storage facilities involving "two important points and one major" meet the requirements of safety instrumented systems, based on comprehensive process hazard analysis (such as Hazard and Operability Analysis), safety instrument functions, and risk reduction requirements must be determined through analysis and assessment whether the existing safety instrument functions can satisfy the risk reduction requirements.Therefore, in the work process of chemical enterprises, periodic inspection of process safety is a necessary inspection item in chemical enterprises. To maintain the safety of the process operating system in the chemical industry, the safety integrity level (SIL) check of the safety instrumented system plays an important role in ensuring the production safety inspection of the enterprise.After the SIL check and analysis, the SIL grade result and its PFD value are obtained, and by comparing whether it is within the specified range, the periodic inspection of the safety environment and the field instruments, valves, and other equipment of the chemical safety instrument system can be carried out. Inspection and maintenance to ensure the safety of the production environment and reduce the occurrence of safety accidents.
Keywords: Chemical industry,Safety Integrity Level (SIL), safety inspection
0 引言
现社会的化工行业在国民经济中占有重要地位，逐渐成为我国的基础产业和支柱产业。化学工业的发展速度和规模对社会经济的各个部门有着直接影响，世界化工产品年产值已超过15000亿美元。由于化学工业工艺复杂、产品多样，生产过程中的污染物种类多、数量大、毒性高，因此，化学工业是污染大户。加工、贮存、使用和废弃物处理等各个环节都有可能产生大量有毒物质而影响生态环境、危及人类健康。化学工业发展走可持续发展道路对于人类经济、社会发展具有重要的现实意义。
在化工企业不断增多时，因化工引起打的事故也随之增多，如生产区发生火灾、罐区爆炸，这些事故对社会发展、经济增长、员工人身安全都带来了极大的影响，所以对安全仪表系统（SIS）的检查成为了化工企业一项必不可少的工作。随着国家安全监管总局监督管理三司安监总管三[2014]116号文件的颁布，从2018年开始，安全仪表系统成为了涉及“两重点一重大”的在役装置和新建项目的标配[1]，要在全面开展过程危险分析（如危险与可操作性分析）基础上，通过分析确定安全仪表功能及其风险降低要求，评估现有安全仪表功能是否满足风险降低要求。在化工企业作业过程中不免会使用到危险化学品，此时对安全仪表的要求需极为严谨，在《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》（安监总管三〔2011〕95号）、《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化学品名录的通知》（安监总管三2013年第12号）文件都有对化学品的明确规定。所以在对化工企业的例行安全检查中，需对安全仪表的安全完整性及安全仪表系统装置进行评估。企业在对工艺是否安全、周边环境是否符合工业环境规定及工业产生的利益或是经济的损失都十分重视，所以SIL验算已经成为一项对安全仪表系统检查的一项必要前提措施。
1安全完整性等级（SIL）
1.1 SIL概述
安全完整性等级是指在一定时间、一定条件下，安全相关的系统执行其所规定的安全功能的失效概率。简而言之，SIL验算就是对安全仪表系统运行水平的一种衡量。
安全完整性水平由两部分组成：
（1）硬件安全完整性水平。这部分的安全完整性与危险失效模式的随机硬件有关，主要体现在安全仪表功能的运行过程中，对安全相关硬件安全完整性规定的级别实现能以合理的精确度进行估算，而且子系统之间可使用概率运算法则；
（2）系统安全完整性水平。这部分的安全完整性与危险失效模式的系统失效有关，这种系统失效主要在系统设计过程中就已经存在，尽管由于系统失效引起的平均失效率能够估算，但难以从设计失误和共因失效中得到的失效统计数据来估计失效分布[2]。
安全仪表系统的安全完整性性水平的选择并不是以装置为单位的，而是在对每一个工艺控制回路进行分析的基础上进行的，主要是通过对安全、环境、经济的影响分析确定安全仪表系统。
1.2影响SIL的因素
在确定安全仪表功能（SIF）安全完整性等级时，应考虑导致非安全状态的所有失效因素，譬如硬件失效、软件导致的失效和电气干扰引起的失效。这些类型中的某些失效，特别是硬件随机失效，可以使用危险失效率或者要求时的失效率这样的参数来量化。但SIF的安全完整性等级还取决于许多因素，不能完全精确量化，只能定性考虑。在进行安全完整性等级（SIL）验算分析时，需考虑安全仪表的有效周期使用年限及其失效概率。在计算过程中，需规定检查安全仪表的时间周期，以达到最高的安全规定值。
1.3 SIL分析的目标
（1）确定安全仪表功能（SIF）；
（2）确定各SIF需要达到的SIL等级；
（3）计算各SIF达到的SIL等级；
（4）筛选未达到SIL等级要求的SIF，提出相应的建议和措施。
2 SIL验算
2.1 验算具体流程
（1）根据SIL分析报告辨识出工艺系统中需要由安全仪表系统实现的安全仪表功能；
（2）根据SIL分析报告或结论确定各安全仪表功能需要达到的SIL等级；
（3）与技术人员讨论确定各安全功能回路，每个安全功能对应的传感器所在区域、操作模式、联锁逻辑以及检验测试间隔等信息；
（4）查找安全回路中包含的传感器、安全栅、浪涌保护器、逻辑控制器、执行部分等器件相关的型号、规格，根据国际上可信的数据库确定各器件检测到的危险失效率（DD）、未检测到的危险失效率（DU）、检测到的安全失效率（SD）以及未检测到的安全失效率（SU）；
（5）画出各个安全功能对应的可靠性框图；
（6）根据以上内容以及标准中给出的公式，计算出安全失效分数、硬件故障裕度，得出结构约束条件下的安全完整性等级，计算PFD值，确定SIL等级；
（7）验算各安全功能目前能达到的SIL等级，与SIL定级中确定的SIL等级要求比较；
（8）对于未达到要求的SIL等级的安全功能回路，分析其结构及PFD分布，给出合理的建议。
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2.2 SIL等级选择
根据IEC61508/11，SIL等级选择是安全生命周期的一部分。根据完整的安全生命周期阶段的要求，应对SIL等级选择结果、改进建议进行进一步确认、执行等。具体SIL验算等级结果及其对应要求的平均失效概率如表2.2所示。
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2.3 SIL验算模型假设
SIL验证分析基于以下考虑及假设：
（1）假设工艺涉及的全仪表系统MTTR假设为8小时；
（2）假设仪表及设备有年检，检验测试周期：2年。SIL验证分析涉及到的仪表及设备检验测试间隔的都为2年，即TI=8760*2=17520小时；
（3）根据现场调研，定期对化工工艺所涉及的安全仪表系统的现场仪表、阀门等设备进行检测维护，包括外观检测、功能测试、电气性能测试等，假设检验测试覆盖率为90%；
（4）根据经验统计，传感部分及执行部分冗余结构的共因失效因子值取为0.1，D值为0；逻辑控制部分值取为0.05，D值为0；
（5）操作模式为低要求操作模式；
（6）为了方便分析验算，将各安全功能回路划分为传感器、安全栅、逻辑控制器、执行器、电磁阀几个部分。逻辑控制器考虑了AI、AO、DI、DO、CPU及电源模块；执行单元包括电磁线圈、执行机构和阀；
（7）各安全功能回路对应的可靠性框图中，元件的前后顺序不代表实际安装顺序；
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（8）当SIL验证所涉及到的安全仪表系统发生活动时，应重新评估SIS是否满足功能安全的设计要求：
① 变更或停用安全仪表系统；
② 可能对安全仪表系统产生影响的工艺、设备等的变更；
③ 同类生产设施或本生产设施出现重大意外事故，需要对SIS的设计和运行维护状态进行审查，确定是否存在隐患；
④ 国家或行业有新的规定或标准规范发布，要求对在役SIS进行安全审查。
⑤ 此外，为了避免设备老化、人员变动等因素对SIS安全运行带来不利影响，宜对SIS和相关项目每运行3~5年进行周期性复审。
3化工企业
3.1化工企业工艺管理要求
按照安监总管三〔2014〕116号文《关于加强安全仪表系统管理的指导意见》、《关于印发中央企业化工安全仪表系统管理工作座谈会会议纪要》，文件表明需充分认识加强化工安全仪表系统管理工作的重要性；加强化工安全仪表系统管理的基础工作；进一步加强安全仪表系统全生命周期的管理；高度重视其他相关仪表保护措施管理；从源头加快规范新建项目安全仪表系统管理工作；积极推进在役安全仪表系统评估工作[3]。
根据《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》（安监总管三〔2011〕95号）、《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化学品名录的通知》（安监总管三2013年第12号）文件规定，在化工企业涉及项目中的原料如列入《重点监管的危险化学品名录》（2013年完整版）中，那么则属于重点监管的危险化学品。根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2009），若安全工艺中有所涉及，那么则应进行安全仪表系统验证分析，以此来减少安全事故的发生。
3.2化工工艺仪表安全系统
化工安全仪表系统（SIS）包括安全联锁系统、紧急停车系统和有毒有害、可燃气体及火灾检测保护系统等。安全仪表系统独立于过程控制系统（例如分散控制系统等），生产正常时处于休眠或静止状态，一旦生产装置或设施出现可能导致安全事故的情况时，能够瞬间准确动作，使生产过程安全停止运行或自动导入预定的安全状态，必须有很高的可靠性（即功能安全）和规范的维护管理，如果安全仪表系统失效，往往会导致严重的安全事故，近年来发达国家发生的重大化工（危险化学品）事故大都与安全仪表失效或设置不当有关。根据安全仪表功能失效产生的后果及风险，将安全仪表功能划分为不同的安全完整性等级（SIL1-4，最高为4级）。不同等级安全仪表回路在设计、制造、安装调试和操作维护方面技术要求不同[3]。所以在SIL验算中不同回路存在不同的检验设计模型，要根据不同的仪表或阀门型号进行具体分析。
4结论
为了维持化工企业作业中安全仪表系统安全，因此安全仪表系统的安全完整性等级（SIL）验算对于企业保证生产安全检查方面有着重要作用。在进行SIL验算分析之后，得出的SIL等级结果及其PFD值，通过比较其是否在规定的数值范围内，以此来进行安全环境的周期检查及化工安全仪表系统的现场仪表、阀门等设备的检测维护，来确保生产环境的安全并减少安全事故的发生。
参考文献
[1] 《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》
[2]耿杰,安全完整性等级（SIL）验算方法及流程[J].,中化环境科技工程有限公司，辽沈阳 110021）
[3] 《关于加强安全仪表系统管理的指导意见》
公司