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史上最全(SIS)安全仪表系统解析

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1、什么是安全仪表系统

在IEC61508 中,SIS被称为安全相关系统(Safety Related System),将被控对象称为被控设备(EUC)。

IEC61511将安全仪表系统SIS定义为用于执行一个或多个安全仪表功能(Safety Instrumented Function,SIF)的仪表系统。SIS是由传感器(如各类

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开关、变送器等)、逻辑控制器、以及最终元件(如电磁阀、电动门等)的组合组成,如图1所示。

IEC61511又进一步指出,SIS可以包括,也可以不包括软件。另外,当操作人员的手动操作被视为SIS的有机组成部分时,必须在安全规格书(Safety Requirement Specification,SRS)中对人员操作动作的有效性和可靠性做出明确规定,并包括在SIS的绩效计算中。

从SIS的发展过程看,其控制单元部分经历了电气继电器(Electrical)、电子固态电路(Electronic)和可编程电子系统(Programmable Electronic System),即E/E/PES三个阶段。

安监总局116号文件

国家安全监管总局于2014年11月13日下发《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理 指导意见(安监总管三〔2014〕116号)》

该意见涉及到了生产,设计,管理等多个方面。HAZOP分析,SIL等级评估,安全系统验证,老装置安全系统安全等级评估,安全系统改造等,这些工作将在今后几年中越来越多,越来越重要! 下图为由PES构成的SIS

图1 SIS的构成

SIS安全仪表系统

(1) SIF安全仪表功能可以是安全仪表保护功能,也可以是安全仪表控制功能,或包含这两者。

(2) 需要说明的是,这里所说的安全仪表控制功能,是指以连续模式

(Continuous Mode)操作并具有特定的SIL,用于防止危险状态发生或者减轻其发生的后果,与常规的PID控制功能是完全不同的概念。 (3) SIS可以包括或不包括软件 (4) SIS的一部分也可能是人的动作

如图2所示,这是一个气液分离容器A液位控制的安全仪表功能回路图。对这个安全仪表功能完整的描述是:当容器液位开关达到安全联锁值时,逻辑运算器(图3)使电磁阀2断电,则切断进调节阀膜头信号,使调节阀切断容器A进料,这个动作要在3秒内完成,安全等级必须达到SIL2。这是一个安全仪表功

能的完整描述,而所谓的安全仪表系统,则是类似一个或多个这样的安全仪表功能的集合。

图2 安全仪表回路图 图2 说明:

L液面超高-L1接点闭合-Z带电。 Z1常闭接点打开,S线圈断电。

S电磁阀切断,往调节阀膜头的控制信号调节阀切断工艺进料,完成联锁保护作用。

K起:按钮开关:起动联锁保护回路兼有复位作用。 K停:起人工强制起动联锁保护作用。

K旁:旁路联锁保护作用,用于开车或检修联锁信号仪表。

图3 SIS逻辑图

大多石油和化工生产过程具有高温、高压、易燃、易爆、有毒等危险。当某些工艺参数超出安全极限,未及时处理或处理不当时,便有可能造成人员伤亡、设备

损坏、周边环境污染等恶性事故。这就是说,从安全的角度出发,石油和化工生产过程自身存在着固有的风险。

总之,SIS是一种经专门机构认证,具有一定安全完整性水平,用于降低生产过程风险的仪表安全保护系统。它不仅能响应生产过程因超过安全极限而带来的风险,而且能检测和处理自身的故障,从而按预定条件或程序使生产过程处于安全状态,以确保人员、设备及工厂周边环境的安全。

按照SIS的定义,下述系统均属于安全仪表系统:

安全联锁系统(Safety Interlock System—SIS); 安全关联系统(Safety Related System—SRS); 仪表保护系统(Instrument Protective System—IPS);

透平压缩机集成控制系统(Integrated Turbo & Compressor Control System—ITCC);

火灾及气体检测系统(Fire and gas systems—F&G); 紧急停车系统(Emergency Shutdown Device—ESD); 燃烧管理系统(Burner Management System); 列车自动防护系统(ATP)

2、SIS的相关标准及认证机构

鉴于SIS涉及到人员、设备、环境的安全,因此各国均制定了相关的标准、规范,使得SIS的设计、制造、使用均有章可循。并有权威的认证机构对产品能达到的安全等级进行确认。这些标准、规范及认证机构主要有:

(1)我国石化集团制定的行业标准SHB-Z06-1999《石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则》。

(2)2006年、2007年等同采用IEC61508、IEC61511的中国国家标准GB/T20438、GB/T21109相继发布,中国的功能安全标准开始规范我国的功能安全工作。

(3)国际电工委员会1997年制定的IEC 61508/61511标准,对用机电设备(继电器)、固态电子设备、可编程电子设备(PLC)构成的安全联锁系统的硬件、软件及应用作出了明确规定。

(4)美国仪表学会制定的ISA-S84.01-1996《安全仪表系统在过程工业中的应用》。

(5)美国化学工程学会制定的AICHE(ccps)-1993,《化学过程的安全自动化导则》。

(6)英国健康与安全执行委员会制定的HSE PES-1987,《可编程电子系统在安全领域的应用》。

史上最全(SIS)安全仪表系统解析

1、什么是安全仪表系统在IEC61508中,SIS被称为安全相关系统(SafetyRelatedSystem),将被控对象称为被控设备(EUC)。IEC61511将安全仪表系统SIS定义为用于执行一个或多个安全仪表功能(SafetyInstrumentedFunction,SIF)的仪表系统。SIS是由
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