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2020/10/22,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/10/22,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,安全仪表系统设计应用,国内石化行业发展概况,石化行业处于景气时期，原油价格波动。,石化产品需求增长，生产成本提高。,世界级规模石化项目建设并投产运行。,石化产品产量和质量提高，自给能力增强。,石化企业面临机遇和挑战，强化现代化企业管理。,降低生命周期成本，节能，环保，获取大的利润。,新建大型炼油项目,8 MTA海南炼油项目,8 MTA福建炼化一体化项目,10 MTA青岛炼油项目,10 MTA独山子炼化一体化项目,10 MTA天津炼化一体化项目,10 MTA抚顺炼化一体化项目,10 MTA钦州炼油项目,12 MTA惠州炼油项目,新型大型乙烯项目,900 KTA上海赛科乙烯项目,800 KTA广东惠州乙烯项目,700 KTA扬巴一体化乙烯项目,1,000 KTA茂名石化乙烯项目（扩建）,800 KTA福建炼化一体化项目,1,000 KTA天津炼化一体化项目,1,000 KTA独山子炼化一体化项目,1,000 KTA抚顺炼化一体化项目,1,000 KTA镇海乙烯项目,800 KTA 武汉乙烯项目,控制及信息管理集成系统的总目标,健康、安全及环境保护有可靠保证；,高质量的过程测量，调节控制，友好人机界面；,仪表及控制系统故障引起非计划停车最少；,提供准确、无缝的信息数据（实时及历史）；,提供维修计划，存量控制和采购计划；,提供生产调度优化，满足市场需求；,工厂、供应商和客户信息集成互联电子商务平台；,降低生命周期成本，获取大的利润。,石油化工企业面临的安全挑战,生产装置安全评估；,防止非计划停车；,人员伤害、经济损失、环境污染；,缩短恢复生产时间；,保障人身和设备安全。,石油化工企业安全解决方案,安全评估,（,安全生命周期，风险评估，功能安全管理,）；,风险预防,（,对人身、设备及环境的损害，重复事件减到最少,）；,安全仪表系统（减少不必要的停车，故障原因分析，损失减少）；,快速恢复生产（缩短恢复生产时间，避免相同故障重复发生）。,石油化工企业安全生命周期,风险评估,安全功能分配,安全需求规格,设计及其工程,安装、开车、确认,操作维护,修改或处理,确认,功能安全管理,石油化工企业安全保护级别,Independent,Protection Layers,1.Process,2.DCS-,集散控制系统,3.,Alarm Operators-,操作员,报警,4.SIS,安全仪表系统,5.Relief Devices,释放设备,6.Physical protection(F&G）,物理保护,7.Emergency Response,紧急响应,工艺过程,SIS系统对风险的控制,机械安全保护层,安全仪表系统（SIS）,报警系统/操作,工艺控制系统,工艺设备,HAZOP,SIL,危险与可操作性审查,(HAZard and Operability study-HAZOP),对生产装置的安全性和操作性进行设计审查;,根据标准、工艺参数等按工艺流程（PID）进行系统分析，正常/非正常工况可能出现的问题、产生的原因、可能导致的后果及应采取的措施；,有生产经验、工艺、安全、设备、电气、仪表、环保、经济等专家共同研究；,HAZOP作业流程:选择研究节点,选择工艺参数,选择引导词,发现有价值的偏差,分析产生偏差的原因、后果及现有措施,评估风险,提出控制风险建议。,风险合理化控制(ALARP),(As Low As Reasonable Practice),根据风险矩阵识别关键设施和操作，位于高风险区的设施研究；,降低风险设施投资的合理性的研究；,方案投资费用与风险的比选优化。,安全保护级别分析,集中研究后果严重和高频发事件；,考虑识别的引发事件和原因；,确认对各引发事件有效的保护层；,有效分配降低风险的资源；,确定安全仪表系统（SIL）等级。,安全仪表系统(Safety Instrumented System-SIS),仪表保护系统(Instrument Protection System-IPS),安全联锁系统(Safety Interlocking System-SIS),紧急停车系统(Emergency Shut-Down System-ESD),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(SIS),IEC 61508Functional Safety of electrical/,electronic/programmable electronic,safety-related system,IEC 61511Functional Safety Instrumented systems,for the Process Industry Section,IEC 61131Programmable Controllers,ANSI/ISA-84.01Application of Safety Instrumented,Systems for the Process Industries,DIN V 19250 Programmable Safety System,SH/T3018 石油化工安全仪表系统设计规范（中华人民,共和国石油化工行业标准）,目前SIS采用,标准规范,Design code for safety instrumented system in petrochemical industry,安全仪表系统（SIS）在生产装置的开车、停车阶段，运行以及维护操作期间，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些不可抗拒因素引发的危险，SIS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，阻止危险的发生和事故的扩散，使危害减少到最小。,SIS系统应具备高的可靠性（Reliability)、可用性（Availability）,和可维护性（Maintainability）。当SIS系统本身出现故障时仍能提供安全保护功能。,SIS,功能及要求,DCS用于生产过程的连续测量、常规控制（连续、顺序、间歇等）、操作控制管理，保证生产装置的平稳运行；,SIS用于监视生产装置的运行状况，对出现异常工况迅速处理，使危害降到最低，使人员和生产装置处于安全状态；,DCS是“动态”系统，始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程进行动态控制，确保产品的质量和产量；,SIS是“静态”系统，正常工况时，始终监视生产装置的运行，系统输出不变，对生产过程不产生影响；非正常工况时，按照预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或停车；,SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更严格，IEC61508、IEC61511、ISA S84.01、SH/T3018强烈推荐SIS与DCS硬件独立设置。,SIS,与DCS区别,安全（SIL）等级,Safety Integrity Level,危险等级,I 级 无法忍受的严重危险（Intolerable risk）,II级 较严重危险（Undesirable risk),III级 可以忍受的危险（Tolerable risk),IV级 轻微的危险（Negligible risk),危险性分组,危险等级说明,因果关系（C）C1轻微伤害,C2严重伤害，会导致1人或多人死亡,C3造成多人死亡,C4造成很多人死亡,危险出现的频率 F1长期出现,F2经常出现,避免危险事件发生 P1在一定条件下可能出现,的可能性P2有可能出现,意外事故发生的可能性W1几乎不可能,W2有可能,W3很可能,SIS系统设计选用原则,SIS独立于过程控制系统(PCS），独立完成安全保护功能。当过程达到预定条件时，SIS系统动作使过程转入安全状态；,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，确定SIS的功能等级；,设计成故障安全型；,采用经TUV安全认证的PLC系统；,具有硬件、软件诊断和测试功能；,构成中间环节最少；,传感器、最终执行元件宜单独设置；,能和DCS、MES等进行通信；,SIS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,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；,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；,冗余选择原则:,保证系统的安全性时，采用“或”逻辑结构；,保证系统的可用性时，采用“与”逻辑结构；,当系统的安全性和可用性均需保证时，采用,“三取二”逻辑结构；,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），不宜采用开关型传感器；传感器由SIS系统供电。,SIS逻辑运算器设计选用,SIS逻辑运算器：继电器系统，可编程序电子系统，混合系统三种；,继电器用于I/O点较少,逻辑功能简单的场合；,可编程电子系统用于I/O点较多,逻辑功能复杂，与DCS、MES通信等场合；,可编程电子系统可以是经TUV认证的PLC系统，也可是DCS和其他专用系统；,独立设置原则：1级SIS逻辑运算器宜与DCS分开；,2级SIS逻辑运算器应与DCS分开；,3级SIS逻辑运算器必须与DCS分开；,冗余设置原则：1级SIS可采用单一的逻辑运算器；,2级SIS宜采用冗余或容错逻辑运算器；,3级SIS应采用冗余容错逻辑运算器；,SIS执行元件设计选用,执行元件,：气动切断阀（带电磁阀），气动控制阀（带电磁阀），电动阀或液动阀等。,独立设置原则,:1级 SIS 阀门可与DCS共用，应确保SIS优先于DCS动作；,2级SIS阀门宜于DCS分开；,3级SIS阀门宜于DCS分开；,冗余设置原则,：1级 SIS 可采用单一阀门；,2级宜采用冗余阀门；如采用单一阀门，电磁阀宜冗余配置；,3级宜采用冗余阀门；可采用一个控制阀和一个切断阀；,电磁阀设置原则,：电磁阀应采用长期带电，低功耗，隔爆型；由SIS系统供电。,SIS工程设计中注意的问题,I/O模件应带光/电或电磁隔离，带诊断，带电插拔；,来自现场的三取二信号应分别接到三个不同的输入卡；,现场变送器或执行元件应由SIS系统供电；,当现场变送器信号同时用于SIS、DCS时，应先接到SIS系统后接到DCS系统；,SIS 不宜采用现场总线通信方式；,SIS工程设计中注意的问题,负荷不应超过50%；,电源应冗余配置；,采用等电位接地。,传感器及执行元件，正常工况应是带电（励磁）；非正常工况应是失电（非励磁）；,电磁阀冗余配置时，有两种连接方式：,并联连接-可用性好；,串联连接-安全性好。,SIS维护,预防性维护到预测性维护（工业以太网、现场总线、HART等）；,提高维护效率和自动化程度（基于工具软件、管理软件等）；,维护工作从现场移到控制室（现场数据采集到服务器、远程维护）；,预防计划外的停车（预测诊断功能、仪表设备管理显示仪表工作情况）。,SIS,质量保证,TUV 安全等级认证（SIS系统相关I/O、CPU、通信等）,防爆等级认证,ISO 9000质量认证,CE 标志,主要部件的产地,质量保证程序,技术规格 44%,调试后变更 20%,设计和实施15%,操作和维护15%,安装和调试 6%,摘自,SIS,故障分析,（在生命周期阶段）,SIS 设计应用举例,设置在现场机柜室的SIS与DCS采用冗余通信方式；,设置在现场机柜室的SIS与CCR中的AMS站采用非冗余通信方式；,设置在现场机柜室的SIS与CCR中的SER站采用非冗余通信方式；,设置在现场机柜的SIS与CCR中的SIS采
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