安全仪表系统安全完整性等级(SIL)评估步骤

步骤

安全仪表系统安全完整性等级（SIL）评估方法

《XXX关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见（安监总管三〔2014〕116号）》要求：涉及“两重点一重大”在役生产装置或设施的化工企业和危险化学品储存单位，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，通过风险分析确定安全仪表功能及其风险降低要求，并尽快评估现有安全仪表功能是否满足风险降低要求。《XXX关于加强化工过程安全管理的指导意见安监总管三〔2013〕88号》：对涉及重点监管危险化学品、重点监管危险化工工艺和危险化学品重大危险源（以下统称“两重点一重大”）的生产储存装置进行风险辨识分析，要采用危险与可操作性分析（HAZOP）技术，一般每3年进行一次。对其他生产储存装置的风险辨识分析，针对装置不同的复杂程度，选用安全检查表、工作危害分析、预危险性分析、故障类型和影响分析（FMEA）、HAZOP技术等方法或多种方法组合，可每5年进行一次。

目前SIL评估主要依靠保护层分析(LOPA)来确定每一个安全仪表功能(SIF)的安全完整性等级(SIL)。一个典型的化工

过程包含的保护层，如本安设计、BPCS、报警与人员干预、安全仪表系统、物理保护、释放后保护措施、工厂应急响应和社区应急响应等（如下图示）。LOPA是一种半定量的风险评估技术，一般使用初始事件频率、后顾严重程度和IPL失效频率的数量级大小来表征场景的风险。

其步骤主要包括： 1）SIF选择； 2）场景识别及挑选； 3）IE确认； 4）IPL评估； 5）场景频率计算；

6）风险评估与决策，分配SIF的SIL等级；

7）下一个SIF重复以上步骤，直至所有场景分析完毕。 LOPA阐发是考验经历常识积累和方法掌握，对于LOPA阐发团队，需具有工艺、仪表、安全、设备等多方面的经历常识，熟悉各种分歧化工生产装置的风险掌握点。可以说，一个LOPA阐发团队程度的高低，直接影响最终LOPA阐发的质量。在之前的一些工程中，我们所采用上海歌略RiskCloud软件，软件中内嵌了HAZOP阐发的一些案例，有些时候会对我们起到一些提示作用。使用LOPA模块定级功能，固然Excel做

LOPA也没有问题，但其对于新手来说，是一个挑战！采用软件中的LOPA模块定级后，对后期的验算工作更加便捷（LOPA定级所要求的SIL本领与SIL验算结果进行实时的比对，方便我们判别哪些SIF的验算是没有通过的）。

下图对比示例，蓝色的是LOPA定级所要求，末了一列是SIL验算的最终等级。

如何进行SIL验算

在进行了SIL定级之后，为了验证现场是不是按照SIL定级所要求进行设计、采购和安装，需进行SIL验算工作。IEC标准给出了简化方法，使用牢靠性框图法（RBD方法）输出结果精度较低，且对多样性冗余及2oo4以上的冗余未给公式。化工过程生产中的逻辑是复杂的，如甲醇合成中的3oo15、因此业内主流的做法是使用基于Markov方法进行SIL验算，这也是功能安全工程师选择借助SIL验证软件的原因。

2003结构的马尔可夫模型介绍

系统初始状态时全部3个通道的运行状态均为正常状态。3个通道的4种模式的失效会导致系统离开初始状态。另外，共因失效也需要考虑。对于两个通道存在3种组合方式：AB、AC和BC，表示3组共因失效。在状态1，一个通道出现检测到的安全失效。在状态2，一个通道出现未检测到的安全失效。

在状态1和状态2，系统降级为1oo2结构。在状态3，表明一个通道出现检测到的危险失效。在状态4，一个通道出现未检测到的危险失效。在状态3和状态4，系统降级为2002结构。在1、2、3、4各状态，系统尚未失效。在状态1和2系统仍处于运行状态，正常通道再次出现安全失效将使系统安全失效，而正常通道出现危险失效将使系统又降一级。在状态3和4，系统运行在2oo2配置。当出现正常通道的危险失效，系统将会危险失效，而正常通道出现安全失效也将使系统又降一级。假设系统修理时所有的故障单元会被修复，因此，所有的修复将使系统回到状态。

SIL验算工具

歌略RiskCloud风险分析软件的SIL验算模块，基于Markov方法开发，我们在使用过程中进行了对比，计算结果比较精准，软件能根据IEC标准计算出PFD，RRF、STR、HFT、MTTFs等相关参数，还包含了最新的IEC提到的系统性能力，也可实现功能安全回路结构的绘制，同时也可以绘制出各部件对功能回路可靠性的贡献率饼图，及不同检验测试周期Ti下的PFD变化趋势，然后可以导出Excel报告，对于整理报告非常方便，报告的内容也比较丰富。