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如何提高 SIS 的效率?

Dave Harrold ,CONTROL ENGINEERING 编辑顾问2005.06.17阅读 4251

 
 为增强安全系统的性能,使之按需求运行,要求其具有改进的诊断范围、维护和定期测试

  在过程工厂中,保护层(Layers of  Protection,LOP)包括安全阀、防爆膜、防护栏和安全仪表系统(SIS)。SIS是专门的工程解决方案,它连续在线,当侦测到任何不安全过程事件时,能够立刻采取行动以减轻可能造成的损失。
  但是在两次不安全事件之间的数周、数月甚至数年的时间里CONTROL ENGINEERING China版权所有,怎样能够最小化SIS某些部分的失效可能性(Probability of Failure on Demand,PFD)?答案是:为安全应用选择合适的设备,采用良好工程惯例(good engineering practice)来设计和安装这些设备,使用可靠的维护程序,以及测试、测试、再测试。
  改进的安全标准
  人们曾经为满足应用、行业和/或国家的具体需求制定过安全标准。比如美国国家标准协会(ANSI)的P-1.1-1969标准,它为美国的纸浆、纸张和纸板厂定义了安全要求。
  通常这样的标准在发布时,是作为基于可用技术的设计规范而制定的。这样的标准假设系统生命周期是被恰当执行的,其中包括安装、测试和维护
,这已被反复证明是个错误的假设。
  更多近期发布的安全标准,例如那些由国际电工委员会(IEC)和美国仪表、系统及自动化协会(ISA)制定的,是基于确定和量化风险、在可能的情况下消除风险、当风险不能被彻底消除时使用LOP而产生“基于性能”的标准。

  IEC 61508 (Part 1~7),电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全,是一个包罗万象、基于性能的标准,它覆盖的功能安全要求的行业范围包括化工、石油和天然气,纸浆和纸张,非核燃料发电,而且还包括一些非过程工业。
  为了回应来自早期的过程工业采用者的反馈—ICE 61508有些不灵活且繁冗CONTROL ENGINEERING China版权所有,IEC委员会摘录并重述了相关部分,形成了专门用于过程工业的IEC 61511。其结果是产生了一种功能安全标准,它为过程工业提供了一定程度的执行灵活性,同时保证了在IEC 61508的框架内获得兼容。
  S84祖父条款(grandfather clause)
  Angela Summers是SIS-Tech Solutions总裁CONTROL ENGINEERING China版权所有,同时也是ISA SP84委员会拥有投票权的委员。他说:ANSI/ISA S84.00.01-2004,功能安全:过程工业安全仪表系统(S84-2004)符合IEC 61511控制工程网版权所有,只有一个例外。
  “包含于S84-2004的是一个祖父条款,它要求设备的拥有者/操作者检查并文档化他们的SIS设计、操作和维护实践。如果确定目前已安装的SIS可提供安全运行,则不要求修改系统。但是,如果检查表明SIS没有提供充分的保护,则必须使用最新的良好工程惯例使之符合标准”,Summers说。
  IEC 61511 和 S84-2004的目标与其说是指定必须应用什么样的技术或冗余水平控制工程网版权所有,不如说安全标准的意图是确保过程风险越高,已安装的SIS具有更强的鲁棒性。
  虽然遵循IEC 61511 和S84-2004仍然是自愿的,但是如下的数量增长证明了它正在成为过程工业所选择的国际安全系统标准:
  ◆由最终用户在研讨会上提交的论文;
  ◆ 过程控制系统供应商网站上的参考资料;
  ◆由中国、印度、爱尔兰、意大利、挪威、英国和美国政府机构制定的参考资料。
  一个政府认识到S84重要性的例子出现于由美国劳工部职业安全和健康委员会(OSHA)从Formosa塑料厂征收的361500美元罚款。在OSHA声称的45条严重违规中,有一些提及了Formosa 塑料厂 “没有遵守公认的良好工程惯例,例如ANSI/ISA S84” 。
  关注什么
  当工程师和技术人员开始学习SIS的时候,他们常常跳到结论:要求具有三倍或四倍冗余的逻辑控制器(logic solver)。

  但是,当检查数据时,例如OREDA(海上作业可靠性数据),他们了解到最终控制元件失效占50%的时间,传感器失效占42%的时间,逻辑控制器的失效只占8%的时间。这些因素不能减轻选择和安装合适的逻辑控制器这两项职责中的任意一个,但是它们确实有助于强调考虑影响SIS性能的所有因素的重要性。
  这些因素包括:
 ◆元件的失效率和失效模式
 ◆已安装仪表
 ◆冗余
 ◆投票表决
 ◆诊断覆盖范围
 ◆测试频率

保证充分地考虑这些…如图1

  保证充分地考虑这些因素,同时避免过度设计解决方案的唯一途径是建立优良的设计标准。这由管理风险分析和确定必需的整体安全级别(SIL)开始,正如IEC标准中所定义的。(见上表)

设备失效的可能性将随着…如图2
设备失效的可能性将随着时间增长。提高充分证明测试频率可降低PFDAVG并可提供两种选择:
1.使用相同设备以符合更高的安































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