减少压缩机误停车的安全联锁方法
【专利摘要】本发明涉及一种减少压缩机误停车的安全联锁方法，主要解决现有技术中压缩机误停车率较高的问题。本发明通过采用一种减少压缩机误停车的安全联锁方法，通过压缩机的危险与风险分析，确定安全仪表系统的安全完整性等级（SIL），通过变更各个安全联锁回路的冗余结构，来降低压缩机的误停车率（STR），包括以下几个步骤：（1）安全仪表功能（SIF）回路的辨识；（2）SIL定级，应用保护层分析（LOPA），确定各个SIF回路所需的SIL；（3）进行SIL等级验证计算；（4）调整SIF回路的冗余结构，降低压缩机的STR的技术方案较好地解决了上述问题，可用于压缩机的安全联锁中。
【专利说明】减少压缩机误停车的安全联锁方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种减少压缩机误停车的安全联锁方法。
【背景技术】
[0002]在过程工业领域,特别是石油化工过程中，安全仪表系统(Safety InstrumentedSystem-SIS)的作用举足轻重，是重要的保护层，在生产过程中承担着监测与安全有关的状态参数、发现故障或异常等危险情况时及时采取措施以防止事故发生等重要、的安全仪表功能，目前已广泛地应用于石油、化工等过程工业领域。因此安全仪表系统的安全性能直接关系到各种危险源、成套装置的安全控制与安全保护水平，进而直接关系到安全生产水平。比如:锅炉压力达到一定值时，阀门自动打开、矿井内危险气体达到一定程度时报警并自动打开通风设备、当有人进入电锯的危险区时电锯自动停止动作等，这都是安全仪表系统在执行安全防护功能，国家经济和技术水平越高，这样的安全仪表系统的应用就越普遍。安全仪表系统保证了成套设备或成套装置的运行安全，对于减少生产事故、减少人员和财产的损失起到了不可估量的作用。可是一旦其功能失效，就可能导致相当大的人身财产损失，如果安全仪表系统设计不合理，经常引起装置非计划停工，将会给企业带了巨大的经济损失，还给人员、环境带了巨大的潜在威胁。
[0003]CN 201010577606涉及一种安全仪表系统的功能安全评估方法，为对安全仪表系统进行可靠模拟、监控以及功能安全评估，并研究安全仪表系统共因失效的变化情况，方法包括:安全仪表系统对受控系统进行功能安全控制；对安全仪表系统进行初始风险分析，确定安全完整性等级；验证安全仪表系统是否达到所确定的安全完整性等级；改变安全仪表系统的组成结构或组成设备。
[0004]压缩机作为石油化工装置最常用的动设备之一，其可靠性直接影响到装置的安全稳定运行。设计师们为压缩机设计了安全仪表系统(如轴振动大、轴位移大、轴承温度高等)来保护设备的安全，但是由于安全仪表系统设计的不合理，经常会引起压缩机误停车，进而造成整套装置停工。
[0005]如何在保障机压缩机安全的前提下，减少机压缩机的误停车次数，成为人们越来越关心的问题。因此，合理、可行的设置安全仪表系统对于保障装置安全稳定运行具有重要意义。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是现有技术中压缩机误停车率较高的问题，提供一种新的减少压缩机误停车的安全联锁方法。该方法用于压缩机的安全联锁中，具有压缩机误停车率较低的优点。
[0007]为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下:一种减少压缩机误停车的安全联锁方法，通过压缩机的危险与风险分析，确定与压缩机相关的安全仪表系统的安全完整性等级(SIL)，在满足目标SIL等级的前提下，通过变更压缩机的各个安全联锁回路的冗余结构，来降低压缩机的误停车率(STR)，包括以下几个步骤:(I)压缩机的安全仪表功能(SIF)回路的辨识；(2) SIL定级，应用保护层分析(LOPA)，确定压缩机的各个SIF回路所需的SIL; (3)采用故障树分析(FTA)方法，结合专业分析软件进行SIL等级验证计算；(4)调整压缩机的SIF回路的冗余结构，降低压缩机的STR。
[0008]上述技术方案中，优选地，所述SIF回路的辨识，根据压缩机的工艺流程图(PFD)、管道和仪表图(P&ID)、联锁说明等资料，采用危险与可操作性分析(HAZOP)方法识别与分析各种参数偏差发生的原因以及这种偏差所残生的后果，找出现有的安全保护设施并提出建议措施，来进一步降低风险等级。梳理现有的和建议增加的SIF回路，并列出SIF清单。
[0009]上述技术方案中，优选地，所述应用LOPA从在定性危害分析的基础上，进一步评估保护层的有效性，其目的是确定是否有足够的保护层使风险满足企业标准。保护层分析的基本程序如附图1所示，其中IPL为独立保护层。
[0010]上述技术方案中，优选地，所述采用故障树分析软件，根据布尔逻辑用图表示系统特定故障间的相互关系，建立从结果到原因描述故障的有向逻辑图，输入各个基本事件的失效参数，进行SIL验证计算。
[0011]上述技术方案中，优选地，所述安全联锁包括蒸汽透平出口管温度高高、压缩机润滑油总管压力低低、压缩机齿轮箱高速轴承非驱动端振动高高、压缩机润滑油站过滤器出口温度高高等联锁。
[0012]清晰地、准确地辨识SIF(Safety Instrumented Function),是SIL定级分析的首要工作之一。IEC61508中定义安全仪表功能为“由电气/电子/可编程电子安全相关系统、其他技术安全相关系统或外部风险降低设施执行的功能，该功能针对某一特定危险事件使得或者维持受控设备处于安全状态”。受控设备的安全状态定义为摆脱了不可接受风险的状态。IEC61511定义安全仪表功能为“具有某个特定SIL的，用以达到功能安全的安全功能，它既可以是一个仪表安全保护功能，也可以是仪表安全控制功能”。换句话说，安全仪表功能就是当潜在危险发生时安全仪表系统为了整个过程的安全所采取的动作。为了使过程进入安全状态，这个动作必须以一定的概率得到执行，这就是该功能的安全完整性水平。
[0013]SIS (Safety Instrumented Systems)的SIF回路所需求的SIL是通过评估安全仪表功能失效后的风险而确定的，这些风险包括人员伤亡、环境破坏以及经济损失。本发明应用保护层分析(L0PA)，确定各个SIF回路所需的SIL。LOPA从危险和可操作性分析导出的数据着手，通过文档化引发原因和预防或减轻危险的保护层计算每个识别的危险。于是就能确定风险降低的总量以及是否需要进一步降低所分析的风险。如需附加的风险降低并且如果是以一个SIF的形式提供这种降低，LOPA方法允许确定合适的SIF的SIL。
[0014]故障树分析(FTA)是根据布尔逻辑用图表示系统特定故障间的相互关系，它是对故障发生的基本原因进行推理分析，然后建立从结果到原因描述故障的有向逻辑图。其基本原理是把所研究系统中最不希望发生的故障状态或故障事件作为故障分析的目标和出发点，然后，在系统中寻找直接导致这一故障发生的全部因素，将其作为不希望发生的故障的第一层原因事件，接着再以这一层中的各个原因事件为出发点，分别寻找导致每一个原因事件发生的下一级的全部因素，以此类推，直至追查到那些原始的、故障机理或概率分布都是已知的因素为止。用它描述故障的因果关系直观、明了、思路清晰、逻辑性强，既可定性分析，又可定量分析。[0015]本专利采用一种半定量的危险分析、风险评估方法，解决压缩机日常运行过程中“安全性”和“可用性”问题，通过危险与风险分析，确定安全仪表系统的可靠性指标，即SIL，在满足目标SIL等级的前提下，通过变更各个安全联锁回路的冗余结构，来降低压缩机的误停车率STR，可以在确保压缩机安全运行的状况下，尽可能低的降低压缩机运行中误动导致停车的频率，避免由于压缩机所引起的非计划停车，大大提升了压缩机安全稳定运行，取得了较好的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明所述保护层分析的基本程序结构示意图；
[0017]图2为本发明所述根据故障树分析方法建立的误停车率分析模型之一；
[0018]图3为本发明所述根据故障树分析方法建立的误停车率分析模型之二。 [0019]下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
【具体实施方式】
[0020]【实施例1】
[0021]在某石油化工装置上对压缩机K-301进行减少其停车率的实施方式验证和说明，包括如下步骤: [0022]1、安全仪表功能辨识
[0023]根据压缩机K-301的因果联锁图等相关资料，进行安全仪表功能辨识，结果如表1所示。
[0024]表1K-301安全联锁回路一览表
[0025]
【权利要求】
1.一种减少压缩机误停车的安全联锁方法，通过压缩机的危险与风险分析，确定与压缩机相关的安全仪表系统的安全完整性等级(SIL)，在满足目标SIL等级的前提下，通过变更压缩机的各个安全联锁回路的冗余结构，来降低压缩机的误停车率(STR)，包括以下几个步骤: (1)压缩机的安全仪表功能(SIF)回路的辨识； (2)SIL定级，应用保护层分析(LOPA)，确定压缩机的各个SIF回路所需的SIL ； (3)采用故障树分析(FTA)方法，结合专业分析软件进行SIL等级验证计算； (4)调整压缩机的SIF回路的冗余结构，降低压缩机的STR。
2.根据权利要求1所述减少压缩机误停车的安全联锁方法，其特征在于所述SIF回路的辨识，根据压缩机的工艺流程图(PFD)、管道和仪表图(P&ID)、联锁说明等资料，采用危险与可操作性分析(HAZOP)方法识别与分析各种参数偏差发生的原因以及这种偏差所残生的后果，找出现有的安全保护设施并提出建议措施，来进一步降低风险等级。梳理现有的和建议增加的SIF回路，并列出SIF清单。
3.根据权利要求1所述减少压缩机误停车的安全联锁方法，其特征在于所述应用LOPA从在定性危害分析的基础上，进一步评估保护层的有效性，保护层分析的基本程序如附图1所示。
4.根据权利要求1所述减少压缩机误停车的安全联锁方法，其特征在于所述采用故障树分析软件，根据布尔逻辑用图表示系统特定故障间的相互关系，建立从结果到原因描述故障的有向逻辑图，输入各个基本事件的失效参数，进行SIL验证计算。
5.根据权利要求1所述减少压缩机误停车的安全联锁方法，其特征在于所述安全联锁包括蒸汽透平出口管温度高高、压缩机润滑油总管压力低低、压缩机齿轮箱高速轴承非驱动端振动高高、压缩机润滑油站过滤器出口温度高高等联锁。
【文档编号】G05B19/418GK103955181SQ201410146247
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】姜巍巍 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院