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安全仪表系统SIS是由传感单元、逻辑控制单元、执行机构组成的能够行使一项或多项安全仪表功能(SIF)的仪表系统。近年来,功能安全评估成为研究的热点,而中国功能安全评估研究起步较晚,相关标准普及不高,导致许多企业在SIS设置上存在安全隐患。人们常认为安装了SIS就能达到安全要求,却忽略了SIS在结构设置、仪表选型及软件等方面的问题。国外对SIS的研究较早,陆续出台了一系列相关国际和国家标准,如IEC《电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全》、IEC《过程工业领域安全仪表系统的功能安全要求》及ANSI/ISAS84-《各产业中安全仪表系统的应用》等。
国内于年引入IEC/标准,并等同转化为GB/T-《电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全》、GB/T-《过程工业领域安全仪表系统的功能安全要求》用于指导国内的SIS安全完整性评估工作。国内许多企业的装置建设较早,在进行SIS的设计及安装时未能按照GB/T-及GB/T-的要求实施。目前主要的问题是有些企业联锁回路设置在DCS中,未设置独立的SIS。由于DCS没有认证要求,因而在进行SIS的功能安全评估时,缺少验证数据,而无法进行系统评估。
下面我们来进行真实的案例分析以某甲醇低温甲醇洗装置的联锁设置情况进行说明,低温甲醇洗是一种新型的煤化工技术,是酸性气脱除技术的首选技术,作为目前国内先进的煤气净化工艺,它对酸性气体有较高的吸收选择性,并且净化程度高。甲醇为有毒液体,并且易燃,装置中工艺气中含有氢气、一氧化碳、硫化氢等易燃易爆气体,一旦泄漏将有可能引起火灾、爆炸事故,对环境造成无法挽回的损坏。我们将根据企业资料,采用保护层分析(LOPA)方法对装置23条联锁回路逐条进行定级分析,分析步骤如下图所示。
联锁回路统计见下表所列。
SIS的独立性要求我们在LOPA分析过程中,以上分析结果均基于保护层的独立性原则,根据IEC-1关于基本过程控制系统(BPCS)作为独立保护层时有以下规定:当触发条件是BPCS保护层防控的触发源为BPCS本身时,应确保触发源与BPCS保护层之间的隔离和独立,如下图所示。
在工程实践中,很难达到上图中所示的独立性要求,因为DCS中的冗余CPU通常采用“热备用”机制,不具备图中控制器1和控制器2之间的独立性,除非配置2套DCS。
因此,当同一危险场景下,如果DCS控制故障,则设置在DCS中的相应联锁就会失效。GB/T-《石油化工安全仪表系统设计规范》中规定了SIS设计的基本原则:SIS独立于过程控制系统,独立完成安全保护功能。
国外一些设计资料及规范中也提到在工业中将安全联锁系统与DCS分开。比如:英国健康与安全执行委员会在《可编程电子系统在有关安全方面的应用》中提到“强烈推荐提供将控制和保护分开的系统”;美国化学工程研究院在《化学过程的安全自动化导则》中提到“提供物理上和功能上的分离,并且将基本过程控制系统与安全联锁系统之间的逻辑运算器、I/O模件和机架区别开来”;IECTC65WG10在《电气/电子/可编程的有关安全系统》概况中提到“受控设备(EUC)控制系统应是独立的,并与有关安全系统和减少外部危险的设备分开”;ISASP84在《用于安全应用方面的可编程电子系统》中提到“用于控制的元件不能用于安全系统”,“某些过程可能要求多于一个安全系统保护层,每一个安全仪表系统(SIS)层必须与其他的SIS层完全分开和不相同”。美国核工业要求冗余的安全系统“应是相互独立的和物理上分开的”等法规及草案中都提到将SIS与DCS分开的意义。而如果用DCS来承担SIS的任务,则相应的要求水平较常规的过程控制系统更高、花费也更大,因而都建议将SIS与DCS硬件独立设置。3SIS与DCS的区别SIS更
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