總結(jié)歸納當前進行SIL驗證中存在的問題有:計算不全面、驗證SIF涉及設備未經(jīng)梳理、配置情況判斷不正確、數(shù)據(jù)選擇不當、建議提出的科學性等。
計算不全面
確定SIF的回路構(gòu)成,從傳感單元到邏輯單元到最終的執(zhí)行單元此過程中涉及的所有子系統(tǒng)均需整理清晰。
示例:工廠XX裝置設置安全儀表功能回路:當反應器溫度TT0101(1oo1)達到設定值,高聯(lián)鎖關進料閥XV0101。
經(jīng)調(diào)研,TT0101是熱電阻溫度傳感元件,閥門XV0101為氣動開關球閥,熱電阻及閥體經(jīng)過SIL認證,提供有認證手冊,如驗證工作僅考慮TT0101,邏輯單元、進料閥XV0101,可靠性框圖如下所示。

SIF回路可靠性框圖
上述回路中能夠影響回路的正常運行,使其在觸發(fā)時達到安全狀態(tài),僅考慮TT0101、SIS控制器及閥門XV0101是不全面的,與安全儀表系統(tǒng)的實際運行是不相符的。
傳感單元:熱電阻信號需經(jīng)過變送器或模擬量輸入安全柵將信號進行轉(zhuǎn)換,經(jīng)調(diào)研,當前回路使用了模擬量輸入安全柵進行信號的轉(zhuǎn)換,若安全柵故障,會影響傳感信號的傳輸,直接影響回路的正常觸發(fā)。因此,在驗證計算的工作中,也應當將其考慮其中。
邏輯單元:除CPU外,還應考慮輸入/出卡件、輸入/出端子板。執(zhí)行單元:除進料閥XV0101閥體本身外,還應考慮從邏輯單元輸出途徑繼電器、電磁閥、執(zhí)行機構(gòu)等,如閥門是閥體及執(zhí)行機構(gòu)一體經(jīng)過認證的,則使用一體認證數(shù)據(jù)即可,因此在驗證過程中,對于使用認證數(shù)據(jù)的設備,應判斷認證數(shù)據(jù)包括的具體部件,以免漏算或重復計算。
按照上述分析,實際的SIL驗證工作繪制的可靠性框圖如下所示。

說明:各安全功能回路對應的可靠性框圖中,元件的前后順序不代表實際安裝順序。
驗證SIF涉及關鍵設備及表決關系的梳理
1、關鍵設備的梳理
示例:某工廠氣化爐設置有氧煤比RFFC101A1/A2/A3高高(2oo3),達到設定值,聯(lián)鎖啟動氣化爐停車安全儀表功能回路。其中聯(lián)鎖停氣化爐的動作為:停高壓料漿泵P1,關閉料漿進料閥XV102,關閉氧氣上切閥XV103和氧氣下切閥XV104,延遲幾秒打開氮封閥XV106,關閉合成氣出口閥HV104,打開料漿管線吹掃閥XV121,打開氧氣管線的氮氣吹掃閥XV120。
為比對關鍵設備選擇對回路驗證計算的差異,現(xiàn)假設聯(lián)鎖動作相關執(zhí)行設備的數(shù)據(jù)經(jīng)計算得其PFD值如下表所示(當前假設各閥門的PFD數(shù)據(jù)包括了電磁閥、執(zhí)行機構(gòu)及閥體)。
在進行SIF驗算時,如果執(zhí)行單元直接按照聯(lián)鎖動作的描述進行計算,不進行梳理,則執(zhí)行單元為8oo8,按照上表中數(shù)據(jù)計算其PFD值為:1.09×10-1,執(zhí)行單元的SILpfd=SIL0,可靠性框圖分別如下所示。
關鍵設備未經(jīng)梳理的SIL驗證可靠性框圖
當按照當前風險點具體分析,氣化爐氧煤比高的后果為爐內(nèi)過氧超溫,影響產(chǎn)品質(zhì)量,嚴重時導致下游去往洗滌塔區(qū)域爆炸,造成人員傷亡,如能及時的切斷氧氣的進料,即可以阻止過氧超溫等一系列后果,則對于當前風險點,SIL驗證計算的過程中,執(zhí)行單元應只計算切斷氧氣所需動作的相關閥門即可,即:XV103和XV104,則執(zhí)行單元的PFD值要遠小于按照8oo8表決關系時的計算值。
2、正確表決關系的確認
在上例中,梳理出關鍵動作為關閉氧氣上切閥XV103和氧氣下切閥XV104,那么執(zhí)行單元是否按照2oo2進行計算。
如執(zhí)行單元按照2oo2表決情況進行計算,則PFD值為:8×10-3,執(zhí)行單元的SILpfd=SIL2,可靠性框圖分別如下所示。
根據(jù)工藝的實際配置情況,氧氣上切閥XV103和氧氣下切閥XV104為串聯(lián)使用,其中任何一個閥門能按照要求正常關斷,都可以切斷氧氣的進料,保護此風險點。因此,實際在驗證的工作中,執(zhí)行單元應該為1oo2的表決關系,則PFD值為:1.6×10-5,執(zhí)行單元的SILpfd=SIL4,可靠性框圖分別如下所示。
實際計算SIL驗證可靠性框圖
現(xiàn)將以上可靠性框圖所示的執(zhí)行單元計算結(jié)果數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤硭尽?/span>
可以看出,對于同一SIF回路,在驗證過程中,不同的分析人員可能計算出不同的結(jié)果,關鍵動作及表決關系的正確梳理將直接影響SIL驗證等級的計算結(jié)果。
除去上述所述的SILpfd外,執(zhí)行單元的表決關系不一樣。如按照關鍵設備梳理框圖進行實際計算,執(zhí)行單元的HFT=0,按照實際計算SIL驗證框圖進行實際計算,執(zhí)行單元的HFT=1,這也將直接影響執(zhí)行單元所能實現(xiàn)的SILac,從而影響整個安全儀表功能能實現(xiàn)的SIL等級。
數(shù)據(jù)選擇不當
SIL驗證工作中數(shù)據(jù)的合理選取是工作的重點工作之一,數(shù)據(jù)的主要來源有以下三方面:
●直接使用數(shù)據(jù)-如SIF回路中包含的設備(如變送器、閥門、控制器)經(jīng)SIL認證,當核實上述設備的使用及維護保養(yǎng)條件滿足產(chǎn)品要求的各項條件時,可直接使用產(chǎn)品安全手冊(safetymanual)中的數(shù)據(jù);
●通用數(shù)據(jù)選擇-如SIF回路中包含的設備是未經(jīng)過認證產(chǎn)品或驗算報告(認證證書)提供數(shù)據(jù)不完整,且業(yè)主和供應商均無法提供足夠樣本數(shù)量的故障記錄或以往使用的證據(jù),在一定條件下可使用通用數(shù)據(jù);
●FME(D)A法-如SIF回路中包含的設備是未經(jīng)過認證產(chǎn)品或驗算報告(認證證書)提供數(shù)據(jù)不完整,但業(yè)主/供應商可提供足夠樣本數(shù)量的故障記錄或以往使用的證據(jù)時,則可使用FME(D)A的方法計算設備的失效率,此方法不在本文中具體描述,具體可查看FME(D)A相關文獻資料。
上述三種方法在各自的使用過程中,也仍存在較多需注意的地方,本文接下來將說明各直接使用數(shù)據(jù)及使用通用數(shù)據(jù)時所應關注的。
●直接使用數(shù)據(jù)方法應注意的問題
●證書數(shù)據(jù)的完整性
一個正規(guī)的SIL證書至少應包含以下幾方面內(nèi)容:
√認證產(chǎn)品名稱、廠家及型號;
√認證參考的標準號;
√產(chǎn)品認證等級;
√認證數(shù)據(jù)(除認證等級SI1~4外,還須有具體的失效率數(shù)據(jù)或PFD值);
√認證產(chǎn)品類別:TYPEA/B;
√系統(tǒng)完整性能力:適用于SIL1~4。
●證書數(shù)據(jù)的可信性
當前,在市面上可見著各類機構(gòu)多種多樣的SIL認證證書,但質(zhì)量參差不齊,見過不少數(shù)據(jù)極好的證書,但實際產(chǎn)品使用確頻繁故障,因此,評估機構(gòu)在進行SIL驗證的過程中,也需對業(yè)主提供的認證數(shù)據(jù)進行合理篩選。
●證書中數(shù)據(jù)的正確選取
√業(yè)主提供的認證證書并非現(xiàn)場使用的產(chǎn)品匹配的證書(認證數(shù)據(jù)應精標明對應產(chǎn)品型號);
√應根據(jù)產(chǎn)品現(xiàn)場的實際使用情況,進行數(shù)據(jù)的選取
例:如ASCO8320系列電磁閥SIL認證證書中均是ASCO8320系列電磁閥的失效率數(shù)據(jù),但是可以看出有四種不同的數(shù)據(jù),那應該按照此電磁閥在工藝中的實際配置及選型情況來進行數(shù)據(jù)的選取,在進行SIL驗證調(diào)研的過程中,應該就此電磁閥是勵磁/非勵磁,是否具備PVST功能進行確認,從而從認證數(shù)據(jù)中選取符合當前實際的最佳數(shù)據(jù)。
同理于:閥門的開/關狀態(tài)失效率數(shù)據(jù)不同時,應根據(jù)具體的SIF回路動作進行數(shù)據(jù)的選??;控制器中拆分為AI/DI,DO,CPU也應按現(xiàn)場實際情況使用數(shù)據(jù),如:對于傳感單元為開關量時,應使用輸入卡為DI的數(shù)據(jù)等,除此之外,可能還會細致到是H-trip或L-trip對應不同的失效率數(shù)據(jù)。
√仔細確認證證書包含的對象
如對于溫度超高聯(lián)鎖保護功能,收集傳感設備認證數(shù)據(jù)時,就需確認該數(shù)據(jù)是檢測元件的還是同時包含了變送器的數(shù)據(jù),從而避免驗證過程中部分數(shù)據(jù)的漏算。
使用通用數(shù)據(jù)方法應注意的問題在使用各大數(shù)據(jù)庫中的通用數(shù)據(jù)時,需考慮儀表的類型或原理來選取合理數(shù)據(jù),常見選擇情況如下:
●當前使用的液位計是雷達液位計、差壓液位計、磁翻板等;
●溫度傳感需考慮是RTD(熱電阻)、熱電偶,如是熱電阻的情況下,還需進一步確認是2線,3線或4線;
●電磁閥需考慮是2-way,3-way或4-way等;
●閥門:第一步:需確認現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)及閥體是一體的還是分開的;第二步,閥體及執(zhí)行機構(gòu)應按照其不同的類型進行數(shù)據(jù)的選取,如:閥體分成截止閥、球閥、蝶閥、閘閥、旋塞閥等;執(zhí)行機構(gòu)分為:氣缸、活塞等。
