安全完整等级回路（SIL）计算实例分析

(青海盐湖工业股份有限公司化工分公司,青海格尔木 816000)

0 概述

安全完整性等级（SIL）是安全仪表系统（SIS）中的重要组成部分，在国际电工委员会标准IEC 61508和IEC 61511中有详细的规定，目前国内大型石油化工装置中关于安全仪表的相关论述很多，包括如何进行HAZOP分析等。但对于安全完整性等级（SIL）的确定后如何指导对项目的安全完整等级进行验证，如何收集相关参数等论述的比较少。现在越来越多的专利商提出现场开车时必须要SIL回路报告。本文就介绍安全完整性等级的具体过程出发，结合实例分析如何进行安全完整性的验算，为以后类似项目专利商的验收和日后的技术改造等提供技术参考。

1 安全完整性（SIL）验算基础（图1）

图1 子系统结构图

安全仪表系统的平均失效概率计算公式如下：

PFDSYS=PFDPOWER+PFDS+PFDL+PFDFE

其中：PFDSYS—安全仪表系统在要求时的平均失效概率；

PFDPOWER—安全仪表的供电电源的平均失效概率；

PFDS—传感器子系统在要求时的平均失效概率；

PFDL—逻辑控制子系统在要求时的平均失效概率；

PFDFE—最终执行元件子系统在要求时的平均失效概率；

因为天然气制乙炔装置的设计为正常带电，因此，可以不考虑电源的PFD，PFDPOWER为0。

1.1 安全完整等级（SIL）与PFD的关系

根据IEC 61508中关于SIL与PFD的关系见表1。

表1 低要求模式

1.2 安全完整等级（SIL）PFD计算

在IEC 61508中对1oo1、1oo2、2oo3的计算公式描述如下：

1.3 安全回路公共故障系数β的计算

根据以上的表格以及上海自动化研究所经验，确定天然气制乙炔装置的公共故障系数β：相同通道组成的冗余结构β值（共同失效因子）为10%，不同通道组成的冗余结构β值为5%。

2 安全完整性等级（SIL）的PFD实例计算

2.1 系统结构及功能

该安全仪表系统安全仪表功能（SIF）编号为GEN-01,当反应炉没有火焰时执行安全功能，详见表2。

工艺描述：当反应炉出口氧气含量AZT03R100X-01大于HHH值，触发联锁。同时关闭氧气进料阀FZV03H090X-03，XZV03H090X-04。打开放空阀XZV03H090X-05。当反应炉温度变化速率TZT03R100X-02A，TZT03R100X-07A检测值高于4℃/S二取一表决。触发联锁，同时关闭氧气进料阀FZV03H090X-03，XZV03H090X-04。打开放空阀XZV03H090X-05。

表2 当反应炉没有火焰时的安全仪表功能表

2.2 系统配置表（见表3）

表3 系统配置表

2.3 评估结果及结论

（1）计算依据的条件。1）平均修理时间MTTR：变送器为8小时，阀门为24小时；2）检验测试时间T1：1年；3）相同通道组成的冗余结构β值（共同失效因子）为10%，不同通道组成的冗余结构β值为5%。

（2）工作模式为低要求操作模式。

（3）传感器子系统。

结构约束条件：SIL4。

要求时平均失效概率PFDav：

PFDavsensor=7.2118×10-5

（4）逻辑单元子系统。

结构约束条件：SIL3。

要求时平均失效概率PFDav：

PFDavlogic=6.22×10-6

（5）最终元件子系统。

结构约束条件：SIL3。

要求时平均失效概率PFDav：

PFDavfinal=5.773×10-5

（6）GEN-01安全仪表系统的安全功能在要求时的平均失效概率：

PFDavsys=PFDavsensor+PFDavlogic+PFDavfinal=1.361×10-4

由于1.361×10-4<1.0×10-3，所以满足工艺要求的SIL3等级。

3 结语

安全无小事，在石油化工自动化设计中，一定要注重安全仪表的设计，定期对装置进行检修，对安全完整性等级进行计算，从而保证现场施工乃至其他环节的安全问题。