功能安全技术与应用课件

功能安全技功能安全技术与与应用用2000年开始年开始兴起的一起的一项新新兴的安全工程学科的安全工程学科起于起于IEC61508标准准.功能安全技术与应用2000年开始兴起的一项新兴的安全工程学科1内容内容l缘 由由l理理 念念l实 践践.内容缘 由.2缘 由由安全生安全生产-面面临的困境与挑的困境与挑战技技术发展展.缘 由安全生产.3我我们的工厂的工厂设计采用了多个保采用了多个保护层功能安全中心功能安全中心社会社会应急响急响应紧急广播工厂工厂应急响急响应撤离规程减减轻机械减机械减轻系系统仪表安全控制系表安全控制系统仪表安全减表安全减轻系系统操作操作员监督督预防防机械保机械保护系系统操作操作员校正校正动作作时的的过程程报警警仪表安全控制系表安全控制系统仪表安全表安全预防系防系统控制系控制系统和和监视基本基本过程控制系程控制系统监视系系统（过程程报警）警）操作操作员监督督过程程在在试错的的基基础上上建建立立的的安安全全控控制制与与防防护技技术要要求求长期期的的使使用用经验和和长期期的的系系统测试，使使用用“经证明明是是正正确确的的技技术”或或“好的工好的工业实践践”严格格的的法法规体体系系与与宏宏大大的的安安全全标准准体体系系（在在选择、计算算、系系统方方法法上上都都有有详细规定）定）后后果果：大大多多数数事事故故得得以以避避免免，生生产加加速速、系系统加加大大、人人们越越来来越越依依赖于于安全系安全系统.我们的工厂设计采用了多个保护层功能安全中心社会应急响应工厂应4但是事故仍然但是事故仍然发生生不但在新技术系统使用场合，也在“经证明是正确的技术”应用场合.但是事故仍然发生不但在新技术系统使用场合，也在“经证明是5安全生安全生产的困境的困境人会犯人会犯错l墨菲定律墨菲定律如果有两种选择，其中一种将导致灾难，则必定有人会作出这种选择。任何事都没有表面看起来那么简单；所有的事都会比你预计的时间长；会出错的事总会出错；如果你担心某种情况发生，那么它就更有可能发生。有可能出错的终将会出错.安全生产的困境人会犯错墨菲定律如果有两种选择，其中一种将导6安全生安全生产的困境的困境人会犯人会犯错l人人总是会犯是会犯错的的l人的素人的素质是参差不是参差不齐的的l多多样性与不确定性性与不确定性.安全生产的困境人会犯错人总是会犯错的.7人的人的错误导致事故的案例致事故的案例l切切尔诺贝利核利核电站事故（其中人的因素）站事故（其中人的因素）按按计划停机划停机调试时多次多次违反操作反操作规程程操作操作员关上了多关上了多级反反应堆堆的安全系的安全系统.人的错误导致事故的案例切尔诺贝利核电站事故（其中人的因素）按8人的人的错误导致事故的案例致事故的案例l设计错误案例（温州案例（温州铁路事故）路事故）设计理念理念软件件编写写调度安排度安排.人的错误导致事故的案例设计错误案例（温州铁路事故）设计理念.9安全生安全生产的困境的困境人会犯人会犯错l结论安全依靠责任转为安全更多的依赖技术，尽量采用技术系统减少人出错的可能性不能要求人承担超出他能力的责任能力与责任要匹配.安全生产的困境人会犯错结论.10安全生安全生产的困境的困境责任无限任无限l安全管理者如坐火安全管理者如坐火药桶桶.安全生产的困境责任无限安全管理者如坐火药桶.11责任有限任有限l安全生产风险管理：风险识别、分析、分摊、转移、控制等l让每个人都知道：每个人都知道：到底做什么？到底做什么？做到什么程度？做到什么程度？.责任有限.12安全安全应多依多依赖于技于技术l科技科技兴安安l但技但技术设备与系与系统也会出也会出现故障故障.安全应多依赖于技术科技兴安.13安全生安全生产的困境的困境设备会出故障会出故障设备越来越复杂采用大量电子、可编程电子元件自动化和智能化整个宇宙约有1069到1081个星球10MB的电子存储器就有1020000000种状态设备必定会故障，必定会故障，只是只是时间问题.安全生产的困境设备会出故障设备越来越复杂整个宇宙约有10614BP事故案例事故案例事故直接原因：液位计故障2005年3月23日，但于美国德克萨斯州的BP公司炼油厂异构装置在开车过程中发生了多起爆炸事故，并引发火灾，15人死亡、170多人受伤，.BP事故案例事故直接原因：液位计故障2005年3月23日，但15安全生安全生产的困境的困境设备会出故障会出故障l结论应尽可能采用技尽可能采用技术设备与系与系统保障安全保障安全但必但必须实现功能安全功能安全.安全生产的困境设备会出故障结论.16理念理念功能安全的基本概念与方法功能安全的基本概念与方法.理念功能安全的基本概念与方法.17什么是功能安全？什么是功能安全？lFunctional safetyl是整体安全的一部分，它依是整体安全的一部分，它依赖于系于系统或或设备执行正确的行正确的功能（功能（对输入的响入的响应正确）正确）l安全取决于主动系统或设施功能的正确行使。.什么是功能安全？Functional safety.18保保护层及保及保护层分析（分析（LOPALOPA）保保护层（layers of protectionlayers of protection）采采用用多多重重保保护层或或安安全全措措施施，以以便便深深度度防防止止灾灾难性性事事故故或或减减轻灾灾难事事故故的的影影响响。可可提提供供的的防防止止事事故故与与灾灾难发生生的的措措施施，可可以以是是安安全全设备、系系统或或行行动（作作用用），能能够防防止止或或减减缓危危险剧情向不利后果情向不利后果扩展。展。2001 由美国化学工程由美国化学工程师协会，化工会，化工过程安全中心程安全中心CCPS发布布Center for Chemical Process Safety(CCPS),American Institute of Chemical Engineers（AIChE）Layer of Protection Analysis.保护层及保护层分析（LOPA）保护层（layers of p191.1.具具备固固有有安安全全设计特特性性（工工艺、动设备、静静设备、仪表表、控控制系制系统、软件系件系统）；）；2.2.基本基本过程控制系程控制系统(BPCS)(BPCS)；3.3.超限超限报警和操作警和操作员人工介入人工介入；4.4.急停急停车系系统/功能安全功能安全仪表表(SIS)(SIS)；5.5.物物理理防防护措措施施（积极极保保护层），如如释放放设备（安安全全阀、爆爆破破片、片、释放到火炬）；放到火炬）；6.6.后后续释放放物物理理防防护（消消极极保保护层），切切断断对水水源源、土土壤壤、地地下水、大气的下水、大气的污染，如染，如围堰、隔离系堰、隔离系统；7.7.工厂和社会的工厂和社会的紧急响急响应（紧急响急响应层）。）。可行的保可行的保护层.1.具备固有安全设计特性（工艺、动设备、静设备、仪表、控制系20各各级保保护层所所应对的危的危险级别.各级保护层所应对的危险级别.21 LOPA是一种是一种简化的半定量化的半定量风险评价方法，用以确定价方法，用以确定现有的安全措有的安全措施是否合适，是否需要增加新的安全措施。施是否合适，是否需要增加新的安全措施。LOPA所包含的内容如下：所包含的内容如下：1.1.分析由原因分析由原因-后果后果对偶所定偶所定义的独立的危的独立的危险剧情；情；2.2.确定确定剧情的情的风险（riskrisk）程度；）程度；3.3.分析独立的保分析独立的保护层，其有效性及，其有效性及联合效果。合效果。保保护层及保及保护层分析（分析（LOPALOPA）保护层分析（LOPA）考虑的重点 1.怎样的安全是足够的安全？2.具体的过程需要多少种保护层？3.每一保护层可以减少多少风险？实质：HAZOP+ETA（事件树分析）两种方法的联合。.保护层及保护层分析（LOPA）保护层分析（LOPA）考虑的重22保保护层（洋葱（洋葱图）1.工艺过程2.集散控制系统3.操作员报警4.安全仪表系统5.释放设备6.物理保护7.紧急响应安全相关系统安全仪表系统SIS.保护层（洋葱图）1.工艺过程2.集散控制系统3.23SIS 和和风险降低降低风险升高升高过程风险可容忍风险残留风险必要的风险降低更优风险降低(ALARP)工艺设计基本控制系统报警泄放SIS.SIS 和风险降低风险升高过程风险可容忍风险残留风险必要的风24ABA:安全是通安全是通过采取采取被被动系系统措施措施获得的，如得的，如绝缘电阻。阻。B:安全是通安全是通过主主动系系统获得的，如温度得的，如温度测量和量和继电器断开器断开 功能安全功能安全 非功能安全非功能安全整体安全整体安全整体安全整体安全=A+BA+B功能安全在安全分功能安全在安全分类中的位置中的位置.ABA:安全是通过采取被动系统措施获得的，如绝缘电阻。功能25功能安全功能安全标准与准与标准体系概述准体系概述.功能安全标准与标准体系概述.26功能安全功能安全标准的出台背景准的出台背景供应商的问题：如何说服用户使用？新技术产业化的需要用户的问题：使用没有标准的产品，责任谁负？未经过充分测试的产品，如何应用？政府的问题：快速发展的行业，如何规范欧洲市场03年达13亿美元，年增长率8%标准是基础！交通运输及其它8%制造业42%流程工业50%建立统一平台，保证了更高层次的安全保证新技术产业化发展.功能安全标准的出台背景供应商的问题：如何说服用户使用？标准是27DINV VDE0801DIN V 19250ISAS84HSEPESEWICSIEC61508国际功能安全基础标准发展过程.DINV VDE0801DIN V 19250ISAHSEE28功能安全标准系列框架设计应用领域标准系列子系统产品标准系列IEC61508为基础SIL-系统能够实现风险降低的级别.功能安全标准系列框架设计应用领域标准系列子系统产品标准系列29已已经形成的形成的应用用领域域标准系列准系列IEC 61508IEC 61800-5-2电驱设备IEC 61511流程工业领域IEC 61513核工业EN 50156熔炉IEC 60601医疗设备EN 50126/8/9EN 50126/8/9铁路路IEC 62061机械EN 115扶梯ISO26262熔炉.已经形成的应用领域标准系列IEC 61508IEC 618030功能安全的基本方法功能安全的基本方法.功能安全的基本方法.31基本方法基本方法1 端到端地端到端地实现风险降低降低主动系统功能安全疏散(降低伤害的严重性)预防(减少伤害的概率)减轻(降低伤害的严重性)风险管理:系统地识别风险,并将其控制在允许的范围内SIL以基于风险的方法建立安全要求（风险降低因子RRF）以执行功能可靠性的保障来实现安全完整性要求（SIL）安全分级控制功能分解与责任分解.基本方法1 端到端地实现风险降低主动系统功能安全疏散(降32原因分析共同原因分析SIL 分配潜在的新危险危危险控制控制供应商的责任用户专家的责任H THRH THRH THR风险分析分析安全安全专家家系统定义危险识别结果分析风险评估THR分配端到端地端到端地实现风险降低降低SIL-系统能够实现风险降低的级别RRF-基于风险提出风险降低因子理念：理念：所有危所有危险都可以控制到可接受范都可以控制到可接受范围问题是：是：能否能否发现危危险 可接受范可接受范围如何确定如何确定.原因分析潜在的新危险危险控制供应商的责任用户专家的责任H 33功能安全的基本方法功能安全的基本方法2：全系：全系统安全完整性（SIL）系统失效完整性随机失效完整性质量管理条件安全管理条件技术安全条件量化的安全目标概率概率统计方法方法可靠性方法可靠性方法分解与集成关系同时也是责任分解关系.功能安全的基本方法2：全系统安全完整性（SIL）系统失效完整34安全完整性安全完整性系系统安全完整性安全完整性硬件安全完整性硬件安全完整性故障故障检测随机失效随机失效结构构约束束避免失效避免失效故障控制故障控制经使用使用证实全系全系统实现SIL要求要求.安全完整性系统安全完整性硬件安全完整性故障检测随机失效结构约35安全完整性等安全完整性等级 -在低要求操作模式下安全功能的目在低要求操作模式下安全功能的目标失效量失效量.安全完整性等级.36功能安全的基本方法功能安全的基本方法3：全生命周期：全生命周期.功能安全的基本方法3：全生命周期.37SIL要求要求要求要求规范范工程工程设计试运行运行变更管理更管理SIL方案制定方案制定操作与操作与维护管理故障管理故障(错误),),避免失效避免失效审核评估验证确认认证要求系统子系统产品资质要求机构人员(IEC61882,IEC61508,IEC61511).SIL要求要求规范工程设计试运行变更管理SIL方案制定操作与38基本方法基本方法4 故障安全原故障安全原则l当安全控制系统或安全保护系统出现危险失效时，被保护的对象（装置）应按预定的顺序达到安全状态,这就是故障安全原则。l安全系统的特点：高可靠性避免失效无法避免时,失效要以可预见的方式出现（容错、诊断、故障安全）.基本方法4 故障安全原则当安全控制系统或安全保护系统出现危险39基本方法基本方法5 安全文档安全文档l安全策略与安全要求安全策略与安全要求l安全安全计划划l安全分析安全分析危危险分析分析失效模式、影响及失效模式、影响及严重程度分析重程度分析故障故障树分析分析事件事件树分析分析可可维护性分析性分析操作和支持危操作和支持危险分析分析接口危接口危险分析分析l危危险日志日志l安全安全证明文件（明文件（Safety case）保保证安全安全责任可追溯任可追溯.基本方法5 安全文档安全策略与安全要求保证安全责任可追溯.40实践践如何推如何推进功能安全技功能安全技术的的应用与推广？用与推广？.实践如何推进功能安全技术的应用与推广？.41如何避免失控？如何避免失控？哪些点最关键？如何控制危险？1 了解重点用了解重点用户的功能安全要求的功能安全要求.如何避免失控？哪些点最关键？如何控制危险？1 了解重点用户的42社会社会应急响急响应紧急广播工厂工厂应急响急响应撤离规程减减轻机械减轻系统仪表安全控制系统仪表安全减轻系统操作员监督预防防机械保护系统操作员校正动作时的过程报警仪表安全控制系统仪表安全预防系统控制系控制系统和和监视基本过程控制系统监视系统（过程报警）操作员监督过程程基于基于风险分析确定分析确定风险控制方案控制方案了解了解HAZOP LOPA QRA等等方法等等方法详细的危险识别、风险评估，最后确定风险控制方案.社会应急响应工厂应急响应减轻预防控制系统和监视过程了解HA43基于基于风险确定确定风险降低因子降低因子危险事件的后果Consequence of hazardous event危险事件的频率Frequency of hazardous eventEUC风险EUC Risk外部风险降低设施External risk reduction facilitiesE/E/PE安 全相关系统E/E/PE safety related system其它技术安全相关系统Other tecnology safety-related system允 许 风险目标Tolerable risktarget必要的风险降低Necessary risk reduction(R)安全相关防护系统的安全完整性需要和必要的风险降低像匹配Safety integrity of safety-related protection system matched to the necessary risk reductionEUC和EUC控制系统EUC and EUC control systemFnpC.基于风险确定风险降低因子危险事件的后果危险事件的频率外部风险44结合行合行业特点确定特点确定风险控制方案控制方案事故事故隐隐患患未遂事故未遂事故轻轻微事故微事故100030029重大事故重大事故1航空事故统计了解相关的法则、标准、行业惯例与特殊要求，与行业专家配合，提出安全控制建议海因里希法则.结合行业特点确定风险控制方案事故隐患未遂事故轻微事故100045最终确定安全要求l安全功能列表安全功能列表l安全要求安全要求规范范安全功能要求安全功能要求l功能描述功能描述l安全状安全状态l响响应时间l要求模式要求模式SIL要求要求lSILl操作模式操作模式l极端极端环境与境与EMC条件条件l检验测试要求要求石油、化工、轨道交通、电力、冶金、等等工艺控制过程复杂的高风险HAZOPLOPAQRA方法培训工艺安全管理体系培训建立安全要求规范体系.最终确定安全要求安全功能列表石油、化工、轨道交通、电力、冶金462 重点攻克开重点攻克开发技技术难点点开开开开发发应应用要求用要求评评估估估估认证认证目标：形成产业链如何证明？与评估与认证同步发展 产品安全完整性设计技术培训与咨询 管理故障，避免失效 FMEDA,FAT.2 重点攻克开发技术难点开发应用要求评估认证目标：形成产业链473 建立中国自己的建立中国自己的评估估队伍伍系系统统功能安全功能安全评评估估全系统、全生命周期产产品品品品安全要求安全要求安全要求安全要求集成集成集成集成操作操作操作操作维护维护供应商用户集成商用户子系子系子系子系统统供应商掌握不同类型评估技术培训、合作、咨询.3 建立中国自己的评估队伍系统功能安全评估全系统、全生命周期48SIL能力能力功能安全认证产品品子系子系统特定特定应用用人人员机构机构管理体系管理体系4 建立与国建立与国际接接轨的的认证体系体系.SIL能力功能安全认证产品子系统特定应用人员机构管理体系4 495 建立符合中国特色的建立符合中国特色的标准体系准体系人人员培培训定制服定制服务试点点项目目N联合工作合工作组人才与人才与经验总结验收、收、评估估标准体系准体系1234相关领域安全仪表系统安全要求、验收规范、评估规范、设计规范、管理规范在石油化工领域推广，在其他相关领域试点.5 建立符合中国特色的标准体系人员培训定制服务试点项目N联合50谢谢!.谢谢!.51