[发明专利]安全仪表系统的功能安全评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及安全仪表系统功能安全技术领域，具体涉及一种安全仪表系统的功能安全评估方法。

背景技术

安全仪表系统(Safety Instrumented System-SIS)在生产过程中承担着监测与安全有关的状态参数、发现故障或异常等危险情况时及时采取措施以防止事故发生等重要的安全仪表功能，目前已广泛地应用于石油、化工等过程工业领域。因此安全仪表系统的安全性能直接关系到各种危险源、成套装置的安全控制与安全保护水平，进而直接关系到安全生产水平。比如：锅炉压力达到一定值时，阀门自动打开、矿井内危险气体达到一定程度时报警并自动打开通风设备、当有人进入电锯的危险区时电锯自动停止动作等，这都是安全仪表系统在执行安全防护功能，国家经济和技术水平越高，这样的安全仪表系统的应用就越普遍。安全仪表系统保证了成套设备或成套装置的运行安全，对于减少生产事故、减少人员和财产的损失起到了不可估量的作用。可是一旦其功能失效，就可能导致相当大的人身财产损失，前苏联切尔诺贝利核电站事故与控制系统功能失效有关，这就是现存的功能安全保障问题。

所谓功能安全，即安全仪表系统在生产过程中出现危险情况时正确执行相应的安全仪表功能的特性，功能安全是一种全新的安全管理理念与技术方法，它为安全仪表系统的设计、安装、维护直到停用的整个安全生命周期提供了一套行之有效的科学管理方法。然而多年来，尽管功能安全在国际上已成为研究热点，但工业通信网络的功能安全一直没有得到有效解决。工业界在设计、操作、维护安全系统方面积累了大量经验，但以往安全仪表系统的设计只是基于经验，没有安全完整性等级的概念，在监控、评估和保证整个系统功能的功能安全方面缺乏理论依据和量化指标，并认为安装了安全仪表系统就达到了安全，设计过程中没有考虑受控设备的风险大小，对于系统功能的安全性与人、器件(软硬件)、网络和子系统的可靠性之间没有建立量化关系。常常是采用多重冗余，选择可靠性最高的器件，但系统的安全性并没有提高。这样设计的安全仪表系统可能出现过保护或欠保护，过保护会造成成本的浪费，欠保护会使风险不可接受；另外，安全仪表系统由于其本身结构、硬件、软件及周围环境等原因，将不可避免地存在安全性问题；再者，安全仪表系统安装完成后或运行多年后以及修改后是否仍能满足安全及经济合理的要求，这些问题目前均已经成为制约现代重要工业领域，尤其是安全相关领域规模化应用的瓶颈，因此，目前迫切需要对安全仪表系统的功能安全相关技术进行研究，其中尤其是关于安全仪表系统的共因效应变化特征，作为影响系统性能的关键因素，共因效应的变化特征是功能安全研究领域相当重要的一个课题。

安全仪表系统按照执行其功能安全的有效程度的分级，目前可分为4级，即安全完整性等级(Safety Integrity Level)；目前确定安全完整性等级的方式主要有两种，一类为风险矩阵方式，另一类为风险图方式；例如通过风险分析，受控系统某危险事件发生的可能性为“高(III)”，发生的后果为“严重(B)”，根据风险矩阵，如图1-1所示，则控制该危险事件发生的安全仪表系统的安全完整性等级为SIL3；如果采用风险图选择SIL，如图1-2所示，则需要更多的参数，例如风险分析得到的各个参数结果为C_B、F_B、P_B和W₂，按照风险图得到其安全完整性等级为SIL2，其中图1-2中，C-风险后果参数，F-风险暴露时间和频率参数，P-不能避开危险的概率，W-不期望事件的发生概率，-符号表示无安全要求，a表示无特别安全要求，b表示仅一个单独的E/E/EPS(Electrical/Electronic/Programmable Electronic Systems-电气/电子/可编程电子系统)不够，需要2个甚至更多的E/E/PES作为保护层，1、2、3各自表示不同的安全完整性等级。