安全仪表的可靠性和可用性分析

   1　引　言

    随着科学技术的发展和社会的进步,安全生产得到了越来越多的重视,同时安全仪表系统也越来越多的得到重视并大量应用。20世纪60年代早期,由ICI(英国帝国化学工业集团)提出了危险性分析的需求,通过危险性分析的方法可以建立一个更为完善的设计审查程序,关注正常状态以外的东西,随着研究的深入发展,形成了大家都接受的危险性和可操作性分析(HAZOP)方法。根据HAZOP的分析结果进行安全设计保护层分析(LOPA),确定安全仪表的完整性等级(SIL),然后再根据SIL设计安全仪表系统。但是安全仪表的可靠性和可用性本身就是一个辩证的矛盾体,过高的可靠性可以保证系统和装置的安全,但是会降低系统的可用性,装置停车的几率大大增加,系统操作的难度也随之增加;过多地强调系统的可用性,则可靠性会降低。作为设计人员和最终用户要综合考虑安全仪表的可靠性和可用性,使之达到辩证的统一。

    2　安全仪表配置的基本原则

    为了促进和规范安全相关的控制和保护系统的设计、制造和应用,国外一直致力于制定相关的标准。欧洲国家处于领先地位,最早的安全系统的标准诞生于20世纪70年代的德国,是有关锅炉/燃烧器启停控制的。随着仪表控制系统和控制技术、可靠性技术的发展,为适应各种工业部门对安全相关系统性能要求的不断提高,有关安全相关的标准也在不断更新。2004年3月10日由中华人民共和国国家发展和改革委员会发布的《石油化工安全仪表设计规范》[1](SH/T 3018-2003代替SH3018-1990)中对安全仪表的配置有明确的要求^[2-4]。

    该规范主要规定了以下的基本原则:安全仪表系统独立于过程控制系统,独立完成安全保护功能;安全仪表应设计为故障安全型;安全仪表的传感器和最终执行元件宜单独设置;安全仪表系统宜提供独立于逻辑运算器的手动设施,直接操作最终执行元件;当多个单元的保护功能在一套安全仪表系统内完成时,其共用部分应符合最高安全等级要求;安全仪表系统应具有硬件和软件诊断和测试功能;安全仪表系统可按照安全度等级的要求分为1~4级。安全等级越高,安全仪表系统的安全功能越强(其中SIL 4只是用于核工业,在这里不做讨论)。

    各部件与安全度等级的关系见表1所列。

    3　甲醇项目的PHA及LOPA分析

    海南600 kt/a甲醇项目工艺包采用德国Lurgi公司的低压甲醇技术,在项目基础设计阶段,Lurgi公司组织各专业的首席工程师组成了工艺危害性分析(PHA)小组,通过对装置的分区划分,形成了22个子系统(不包括合成气压缩机和变压吸附等成套包单元),通过PHA分析结果进行LOPA,再根据LOPA分析结果确定SIL,根据分析的结果,确定Lurgi公司设计的甲醇装置的安全仪表等级为SIL 1(不包括成套包单元),成套包单元部分,合成气压缩机的安全仪表等级由三菱重工确定为SIL 3,由于三菱重工的压缩机有单独的ITCC(压缩机透平综合控制系统),将其设计为SIL 3;其他的安全仪表系统按照SIL 1设计,这样既可以保证安全,又能节约大量的投资^[5-6]。