误停车率对安全仪表系统稳定运行的影响

本网编辑 2022-03-22

安全仪表系统在过程工业中的应用越来越广泛，作为过程工业安全的重要保障，安全仪表系统可靠性评估的关注度也日益提高，可靠性评估技术也日趋成熟完善。对于提高安全仪表系统的可靠性固然重要，但是其可用性也不容小觑，安全仪表系统的可用性表示的是其可能导致装置误停车的频率，在实际生产过程中，尤其连续生产的大型联合装置，误停车可能会导致整个联合装置生产中断，从而带来重大的经济及安全等方面的影响，所以企业不但希望安全仪表系统是安全的，也希望安全仪表系统导致的误停车次数越少越好。

1. STR计算方法

目前还没有标准规范对安全仪表系统的误停车率（STR）进行定量的规定，只有在团体标准TCIS 71001-2021 《化工安全仪表系统安全要求规格书编制导则》中有相关要求：用户根据实际情况，在编制的安全要求规格书（SRS）中说明各SIF回路的“允许最高误停车率”，为SIS系统的设计、管理、使用提供依据及指导。

SIF回路中传感器、逻辑处理器、最终执行元件存在一定的危险失效概率（λD）和安全失效概率（λS），其中安全失效会引起SIF回路误动作，导致装置停车，ISATR84.00.02-2015中STR的计算步骤如下：

(1)计算安全失效概率λs

a.若设备取得SIL的认证，则λs按下式计算：λs=λsu+λsd

式中：λsu——未检测到的安全失效概率；

λsd——检测到的安全失效概率。λsu，λsd的值可从设备SIL认证证书上获得。

b.若设备未取得SIL认证，则λs的计算按下式计算：λs=1/MTTFs

式中：MTTFs——平均误动作时间间隔，设备的MTTFs若无数据可查，则可参考ISATR84.00.02-2015中的参考值。

(2)“1oo1”时：

(3)“1oo2”时：

(4)“2oo2”时：

式中：MTTR——平均恢复时间。

(5)“2oo3”时：

(6)SIF回路系统的∑STRSIS是该回路各部分STR的加和：　 ∑STRSIS=∑STRS+∑STRL+∑STRFE +∑STRPSI

式中：∑STRS——从现场检测元件至逻辑系统的传感器子系统STR；

∑STRL——IO模块、处理器等的逻辑子系统STR；

∑STRFE——最终执行元件子系统STR；

∑STRPSI——电源的STR；

(7)计算SIF回路的平均误动作时间间隔：MTTFs＝1/∑STRSIS

2.误停车等级的确定

SIF回路误动作引起的严重程度称为误停车等级（STL），STL没有像SIL那样有明确的划分，但也可以通过定性的方法将STL与误停车造成的经济损失关联在一起，各企业可根据生产实际情况，对误停车造成的经济损失进行综合评估，如某公司STL的要求如下：

关于经济损失可接受的标准，不同的企业可结合自身实际情况确定，比如中石化将其经济损失划分为A~G 7个等级，那STL也可划分为7个等级。

3.误停车率的优化

目前除了中石化等大型企业及一些外企之外，国内其他企业在做SIL验证时并没有考虑到误停车导致的经济损失的问题，STR能否满足要求，需要结合安全要求规格书SRS中“允许最高误停车率”要求的情况进行判断，若不能满足，需要进一步对SIF回路的配置进行优化，降低STR，直到满足要求为止。

（1）调整子系统冗余

以Rosemount 3144P压力变送器为例，以上海歌略RiskCloud软件计算不同子系统结构下的PFD及STR，该压力变送器的失效概率如下；

从上表可以看出，在相同条件下，冗余结构的可用性“2oo2”＞“1oo1”＞“2oo3”＞“1oo2”（可能直觉上可用性会是“2oo3”＞“1oo1”，但通过对该压力变送器的计算，可用性是“1oo1”＞“2oo3”，λs不同，其可用性排序会有差别），对于无法满足“允许最大误停车率”要求的子系统，可以通过适当调整冗余结构的方式，优化子系统的误停车率，使其满足要求。对于最终执行元件子系统冗余结构的调整，在满足安全要求的基础上，建议对电磁阀的架构进行调整，阀体和执行机构的架构调整，出于经济及安全性的考虑，一般不建议调整。

（2）选择更可靠的仪表

如上述Rosemount 3144P压力变送器的STR不能满足“允许最大误停车率”要求时，可选择更可靠的仪表（Honeywell ST700），使其满足要求，如下：

Rosemount 3144P与Honeywell ST700在相同条件下的PDF与STR计算如下：

在SIL验证过程中若发现SIF回路无法满足SRS中“允许最大误停车率”要求时，可选择可靠性更高的仪表，如上图计算结果。对于新建装置，设计时依据SRS及验证报告，确认每台仪表的可靠性要求，确保采购的仪表的失效参数能满足SIF回路的STR要求；对于在役装置，当SIF回路STR值无法满足回路的要求时，可将该SIF回路中相关仪表替换为可靠性更高的仪表，使SIF回路的验证满足“允许最大误停车率”要求。

SIF回路的可靠性和可用性，两者同样非常重要，联锁回路在工艺即将发生危险时必须及时触发，保障装置的安全，但是同样如果其误动作停车概率较高，也会引起一定的财产损失，同时频繁的停车必然导致频繁的开车，而这个阶段由于装置尚不稳定、人员在现场暴露概率高、一些联锁无法投用，因此安全风险极高。

工程设计的角度不会仅仅追求单一方面的绝对优势，而是需要综合权衡，同时还要考虑性价比和可操作性，这些才会符合工程实践的要求，而不是仅仅停留在理论层面。

本文来源于综合公开信息。