SIS系統(tǒng)中如何確定某SIF須***滿(mǎn)足的SIL等級(jí)？
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xpyb 添加時(shí)間：2026-01-22 08:59:05
保護(hù)層分析(LOPA)方法通過(guò)在定性危險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)具體事故場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行半定量評(píng)估，從而判定該場(chǎng)景發(fā)生時(shí)系統(tǒng)所處的風(fēng)險(xiǎn)水平是否達(dá)到可容許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求。本文要點(diǎn)分析了LOPA的定義、LOPA程序、LOPA場(chǎng)景的選擇、后果分析和可容忍風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，并說(shuō)明了初始事件、使能條件、修正因子等概念，以及實(shí)際工程中應(yīng)注意的方面。
保護(hù)層分析(LOPA)是對(duì)事故場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行半定量評(píng)估的一種系統(tǒng)方法，一次分析一個(gè)事故場(chǎng)景，使用初始事件頻率、獨(dú)立保護(hù)層(IPL)失效概率和后果嚴(yán)重性的預(yù)定義值，將場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，確定是否需要額外風(fēng)險(xiǎn)降低或更詳細(xì)的分析。如需額外的風(fēng)險(xiǎn)降低并且是以安全儀表功能(SIF)的形式提供這種降低，LOPA分析可以確定合適的SIF的安全完整性等級(jí)(SIL)。事故場(chǎng)景在其他地方確定，通常使用基于場(chǎng)景的危害評(píng)估方法，如危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP)、What-if、失效模式與效應(yīng)分析(FMEA)等。LOPA分析是在定性危險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)具體場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行相對(duì)量化（準(zhǔn)確到數(shù)量級(jí)）的研究，包括對(duì)場(chǎng)景的準(zhǔn)確表述及識(shí)別已有的IPL，從而判定該場(chǎng)景發(fā)生時(shí)系統(tǒng)所處的風(fēng)險(xiǎn)水平是否達(dá)到可容許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并根據(jù)需要增加適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層，以將風(fēng)險(xiǎn)降低至可容許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)所要求的水平。LOPA原理如圖1所示，圖１中箭頭寬度代表后果頻率大小，箭頭長(zhǎng)度代表后果嚴(yán)重性，PFD為要求時(shí)危險(xiǎn)失效概率。LOPA分析程序如圖2所示，其中，F(xiàn)t為后果可容忍頻率，F(xiàn)np為不考慮SIS保護(hù)的后果發(fā)生頻率，當(dāng)Ft/Fnp﹤1時(shí)需要進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)。
LOPA分析一般是在如HAZOP分析等定性危害分析后進(jìn)行，并采用定性危害分析小組確定的場(chǎng)景。LOPA分析也可用于分析其他來(lái)源的場(chǎng)景，如設(shè)計(jì)方案分析和事故調(diào)查。當(dāng)危害分析小組遇到以下情況時(shí)，可以使用LOPA：對(duì)于小組人員而言，場(chǎng)景過(guò)于復(fù)雜而不能使用完全定性的方法做出合理的風(fēng)險(xiǎn)判斷；后果過(guò)于嚴(yán)重而不能只依靠定性方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)判斷。以下為實(shí)際工程可以參考的場(chǎng)景選擇示例：1、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)降低措施時(shí)，HAZOP分析得出的后果嚴(yán)重程度高的，比如，后果為人員傷亡為1～2人的場(chǎng)景和后果更為嚴(yán)重的場(chǎng)景。2、HAZOP分析得出的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（不考慮SIS）比較高的。3、HAZOP分析得出的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（不考慮SIS）為一般等級(jí)的，由評(píng)估單位和業(yè)主共同協(xié)商確定是否進(jìn)行LOPA分析和定級(jí)，應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一般等級(jí)中的要點(diǎn)關(guān)注場(chǎng)景進(jìn)行LOPA分析和定級(jí)。4、可能性等級(jí)較高（舉例：發(fā)生頻率大于10-1次/a）。5、場(chǎng)景中含有聯(lián)鎖回路，需要對(duì)聯(lián)鎖回路進(jìn)行SIL定級(jí)。6、集團(tuán)、地方、行業(yè)要求的聯(lián)鎖、要點(diǎn)安全回路。7、兩要點(diǎn)一重大中要點(diǎn)監(jiān)管化學(xué)品工藝中定義的聯(lián)鎖和緊急停車(chē)系統(tǒng)相關(guān)的聯(lián)鎖。8、業(yè)主關(guān)注的重要場(chǎng)景。4、后果分析和可容忍風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)后果風(fēng)險(xiǎn)是傷害發(fā)生的頻率與該傷害嚴(yán)重程度的組合。風(fēng)險(xiǎn)有兩個(gè)部分組成：可能性/頻率，可能性越高，危險(xiǎn)越大；后果嚴(yán)重程度，嚴(yán)重程度越高，危險(xiǎn)越大。按照影響對(duì)象后果可以分為：人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染、聲譽(yù)影響等。沒(méi)有******的零風(fēng)險(xiǎn)，只有可容忍風(fēng)險(xiǎn)?？扇萑田L(fēng)險(xiǎn)指的是根據(jù)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展水平，在給定的范圍內(nèi)能夠接受的風(fēng)險(xiǎn)。可容忍風(fēng)險(xiǎn)細(xì)分為可容許風(fēng)險(xiǎn)和可忽略風(fēng)險(xiǎn)，兩者之間的區(qū)域?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則(ALARP)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。不同國(guó)家、不******業(yè)、不同企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)有所不同。某企業(yè)人員傷害的可容忍風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生頻率舉例見(jiàn)表1所列。LOPA分析應(yīng)確定采用的可容忍風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，確定場(chǎng)景未有保護(hù)措施時(shí)的后果嚴(yán)重程度和發(fā)生的可能性，確定場(chǎng)景后果對(duì)應(yīng)的可容忍發(fā)生頻率。事件序列中的第一個(gè)事件，如應(yīng)力腐蝕造成連接氨罐的管道泄漏/破裂，事件序列開(kāi)始傳播所必需的故障或錯(cuò)誤，它可以由單個(gè)原因或多個(gè)原因組成。初始事件用于表示起始原因，或在適當(dāng)情況下，表示有相同直接影響的初始原因的集合，例如“基本過(guò)程控制系統(tǒng)(BPCS)液位控制失效導(dǎo)致設(shè)備液位高”。初始事件舉例如圖3所示。
圖3 初始事件舉例示意
在不考慮SIS情況下進(jìn)行IPL分配，如果通過(guò)這些IPL的保護(hù)，風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)降低到了可接受范圍，那么就不需要設(shè)置SIS。IPL是一種設(shè)備、系統(tǒng)或行動(dòng)，可以有效地防止特定場(chǎng)景向不期望的后果發(fā)展，它與需要保護(hù)的特定場(chǎng)景的初始事件或其他保護(hù)層的行動(dòng)無(wú)關(guān)。IPL須***滿(mǎn)足有效性、獨(dú)立性和可審查性。風(fēng)險(xiǎn)降低措施通常通過(guò)IPL實(shí)現(xiàn)，一些常見(jiàn)的獨(dú)立保護(hù)層有：BPCS，報(bào)警及響應(yīng)，SIF，安全閥，防火堤等。IPL分配如圖1所示。初始事件發(fā)生后，導(dǎo)致事故場(chǎng)景發(fā)展所需要的必要條件或事件，但不會(huì)直接導(dǎo)致場(chǎng)景發(fā)生。針對(duì)所有涉及使能條件的場(chǎng)景，應(yīng)分析和確認(rèn)是否可以采用使能條件。比如初始事件為BPCS失效，使能條件為間歇操作，如果每次操作前無(wú)法判斷BPCS中檢測(cè)元件、邏輯控制器、執(zhí)行元件是否處于失效狀態(tài)，則不能采用該使能條件。如果選取的場(chǎng)景后果為物料泄漏以后的后果，計(jì)算場(chǎng)景頻率時(shí)，在評(píng)估人員具有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)支持下可使用條件修正。條件修正因子包括：可燃物質(zhì)點(diǎn)火概率，人員出現(xiàn)在事件影響區(qū)域的概率，火災(zāi)、爆炸或有毒物質(zhì)釋放時(shí)的人員暴露致死率等。應(yīng)表明修正因子取值的參考依據(jù)，并記錄在案。確定修正因子時(shí)應(yīng)全面考慮，比如確定人員暴露率時(shí)，除了應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)定期的巡檢，還應(yīng)考慮出現(xiàn)報(bào)警或者異常情況時(shí)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員可能去現(xiàn)場(chǎng)檢查的情況。
計(jì)算Ft/Fnp ，比較后果可容忍頻率和未考慮SIS保護(hù)層的后果發(fā)生頻率，如果風(fēng)險(xiǎn)降低尚未達(dá)到可容忍風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，則需要進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)，比如設(shè)置SIS系統(tǒng)。分析風(fēng)險(xiǎn)是否可接受的流程如圖4所示，圖中Fnp為后果發(fā)生的頻率， Ft為后果可容忍頻率。
圖4 分析風(fēng)險(xiǎn)是否可接受的流程示意
比較剩余風(fēng)險(xiǎn)與可容忍風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，確定是否需要額外風(fēng)險(xiǎn)降低，如需額外風(fēng)險(xiǎn)降低并且以SIF的形式提供，那么需要設(shè)置SIF，LOPA分析可以確定合適的SIF的SIL。SIL1～3需要滿(mǎn)足GB50770-2013和GB/T21109-2007等標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)特別注意安全生命周期的要求。SILa可以在BPCS或者SIS中實(shí)現(xiàn)，不需要滿(mǎn)足GB50770-013和GB/T21109-2007等標(biāo)準(zhǔn)，但需要滿(mǎn)足其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，比如BPCS、報(bào)警管理等標(biāo)準(zhǔn)的要求。是否需要SIS及SIL定級(jí)示意見(jiàn)圖5。
實(shí)際工程中應(yīng)注意以下問(wèn)題：1、場(chǎng)景后果應(yīng)按照人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染和聲譽(yù)影響等方面分別分析。2、對(duì)于同一個(gè)事故場(chǎng)景，BPCS不能提供保護(hù)2次以上，BPCS***多只允許參與2個(gè)IPL，并且要求獨(dú)立于初始事件，如果BPCS參與了初始事件，BPCS只允許參與1個(gè)IPL。3、對(duì)于同一個(gè)事故場(chǎng)景，如果BPCS已經(jīng)參與兩個(gè)獨(dú)立保護(hù)層或者參與了一個(gè)獨(dú)立保護(hù)層加初始事件，SILa不允許再由BPCS實(shí)現(xiàn)，SILa應(yīng)由SIS實(shí)現(xiàn)，或者經(jīng)ALARP分析可以忽略這部分風(fēng)險(xiǎn)。4、采用使能條件和修正因子應(yīng)特別注意前提條件，應(yīng)全面考慮，并避免重復(fù)削減。總體來(lái)說(shuō)，風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)降低措施的分析和評(píng)估是為了將初始風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受風(fēng)險(xiǎn)。確定SIL等級(jí)的方法有多種，包括安全矩陣法、風(fēng)險(xiǎn)圖法、保護(hù)層分析(LOPA)法等。石油化工通常采用LOPA分析法。LOPA分析應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)給出的方法論，按照一定的程序，對(duì)需要分析的場(chǎng)景進(jìn)行合理和客觀(guān)的分析，比較后果可容忍頻率和未考慮SIS保護(hù)層的后果發(fā)生頻率，確定是否需要SIF進(jìn)行進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn)降低，需要SIF時(shí)可以確定SIF的SIL等級(jí)。
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