??? 摘要：目前針對天然氣凈化廠控制系統(tǒng)的安全分析主要采用的是危害和可操作性分析法(HAZOP)，該方法主要從工藝流程的參數(shù)偏差方面分析設計上存在的缺陷，而對儀表控制系統(tǒng)不能作更為詳細的風險評估，而單獨的安全完整性等級分析法(SIL)評估也不能完全識別出控制系統(tǒng)中存在的不足。為此，提出了一種將SIL與HAZOP結合使用的分析方法，充分利用HAZOP分析的成果，對HAZOP識別出來的問題或缺陷再進行SIL評估；而另一方面，對沒有進行HAZOP分析的安全儀表系統(tǒng)(SIS)進行單獨的SIL評估，彌補了HAZOP對自控風險分析的不足。應用結果表明：該方法在天然氣凈化廠是適用有效的，能為天然氣凈化廠改進SIS系統(tǒng)及其他技術改進提供指導。
??? 關鍵詞：天然氣凈化；風險；安全完整性等級；安全儀表系統(tǒng)；危害和可操作性分析；風險圖表法
??? 天然氣凈化廠應用的控制系統(tǒng)較為復雜[1～2]，包含集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)、安全儀表系統(tǒng)(Safety Instrumented System，SIS)、遠程終端裝置(Remote Terminal Unit，RTU)和可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等。目前針對天然氣凈化廠控制系統(tǒng)的安全分析方法主要是危害和可操作性分析法(Hazard and Operability Studies，HAZOP)，該方法主要從工藝流程的參數(shù)偏差方面分析設計上存在的缺陷，而對儀表控制系統(tǒng)不能作更為詳細的風險評估。為確保裝置的安全運行，SIS系統(tǒng)的配置顯得非常重要。安全完整性等級(Safety Integrity Level，SIL)評估主要針對SIS系統(tǒng)進行評估，包括控制回路的觸發(fā)器、控制器、執(zhí)行機構及其他保護措施。筆者擬就SIL評估與HAZOP分析在天然氣凈化廠的結合應用進行分析和研究，進一步改良和完善HAZOP分析方法。
1 SIL簡介
??? SIL是表述分配給安全儀表系統(tǒng)的安全儀表功能(Safety Instrumented Function，SIF)所需的安全完整性等級。這種等級劃分是離散的，共設置有4級，其中SIL4是安全完整性最高等級[3]。SIL等級越高，意味著對應的安全防護系統(tǒng)可靠性越高，這是企業(yè)所期望的。但是高可靠性的安全防護系統(tǒng)往往會帶來更多的軟、硬件投資。此外，隨著安全儀表系統(tǒng)服役時間加長，系統(tǒng)硬件的可靠性會隨之降低，即安全完整性等級會下降。要保證系統(tǒng)服役過程中的完全完整性等級維持設計初衷不變，需要適時地對其進行風險評估，并制
訂相應的檢、維修計劃或整改措施，這就是所謂的安全完整性等級(SIL)評估。
2 SIL評估思路
??? SIL評估對象是受保護設備(Equipment Under Control，EUC)的安全防護系統(tǒng)，即安全儀表系統(tǒng)。其他的安全防護措施作為SIL等級的影響因子，也在SIL評估的范圍之內(nèi)。SIL評估的思路是首先確定受保護單元及其控制參數(shù)，然后在不考慮SIS的情況下，確定控制參數(shù)所需的SIL等級，之后，再對該控制參數(shù)現(xiàn)有SIS系統(tǒng)各回路的SIL等級進行驗證，若所驗證的SIL等級達不到系統(tǒng)所需的SIL等級，則需要改進控制方案，提高其SIL等級，使之滿足系統(tǒng)的安全需要。
??? 確定SIL等級的方法有：
??? 1) 國際標準IEC61508[4]中規(guī)定的定量風險評估、風險圖表法(定性)和風險矩陣法(定性)等分析方法。
??? 2) 國際標準IEC61511[5]中規(guī)定的定量方法、安全保護層矩陣法(定性)、風險圖表法(定性)、修正風險圖表法(半定性)和保護層分析(半定量)等分析方法。
3 SIL在天然氣凈化廠的應用分析
3.1 SIL評估流程
??? 本文參考文獻[6-9]就SIL在不同SIS中的應用情況，分析了SIL技術的評估方法、過程和應用環(huán)境，不過都把SIL作為一種獨立的分析方法應用在評估對象上。本文參考文獻[10]給出了SIL與HAZOP的關系圖，如圖1所示。圖1中SIL評估與HAZOP分析以明確的界限分隔開來，這種劃分是建立在保護層分析(LOPA)基礎上的。實際上，SIL評估的主要對象是安全儀表系統(tǒng)，但是在驗證SIL等級時，是需要分析基本控制單元、系統(tǒng)報警和人工操作情況的，而HAZOP分析控制系統(tǒng)的防護措施時也會涉及安全儀表系統(tǒng)，二者之間是存在交叉區(qū)域的。
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??? 本文參考文獻[11]提到了一種SIL與HAZOP結合使用的分析流程，該流程同樣是建立在保護層分析基礎上的。按照該流程，SIL評估作為HAZOP分析的一種補充或進一步深入分析，分析對象是HAZOP識別出來的潛在危害或可操作性問題，這些問題可能包括SIS系統(tǒng)，也可能不包含SIS系統(tǒng)。那么對于HAZOP沒有辨識出來的SIS系統(tǒng)問題，該流程就忽略掉了。實際上，HAZOP分析法大多數(shù)時候作為一種定性的分析方法，主要分析工藝流程中可能存在的不足或缺陷，受分析組成員的經(jīng)驗性和主觀性影響很大，很難全面、準確地識別}H何處SiS達不到所需的要求，容易形成漏分析。
??? 為此，筆者在本文參考文獻[10-11]的基礎上，提出了另一種關于SIL與HAZOP結合使用的分析方法。具體流程如圖2所示。
??? 圖2所示的流程包括了確定需求資料、確定評估范圍和目標、HAZOP分析、確定評估對象所需的SIL等級和驗證評估對象SIS系統(tǒng)現(xiàn)有的SIL等級等，充分利用了HAZOP分析的成果，對HAZOP識別出來的問題或缺陷進行SIL評估，而另一方面，對沒有進行HAZOP分析的SIS進行單獨的SIL評估。若SIL等級達不到所需要求，可以識別出SIS系統(tǒng)中SIL等級不夠的單個或多個元件。通過這樣的分析，既解決了HAZOP不能詳細分析SIS的缺點，又解決了SIL評估可能漏項的缺點，為盡可能全面地對評估對象進行安全分析并找出SIS潛在的不足提供了一種更為有效的安全評估方法。
3.2 SIL評估作用
??? 天然氣凈化廠所涉及的工藝介質主要是含硫天然氣、脫硫溶劑、脫水溶劑、酸氣和液硫等。其中原料天然氣屬于易燃、易爆的有毒氣體，酸氣中的H2S含量較高，屬于劇毒物質。一旦這些工藝介質發(fā)生泄漏，將可能帶來重大的安全事故，造成人員、經(jīng)濟、環(huán)境的重大損失。同時，天然氣凈化廠通常在高壓下對天然氣進行脫硫和脫水，在高溫下進行脫硫溶劑、脫水溶劑再生和實現(xiàn)硫磺回收。故在天然氣凈化過程中，會涉及高溫、高壓的設備和管線。當裝置出現(xiàn)意外情況引起高壓竄低壓時，可能會導致低壓設備和管線爆裂、有毒介質泄漏及人員傷亡等重大安全事故發(fā)生。
??? 為避免上述惡性事故發(fā)生，天然氣凈化廠一般都設有SIS系統(tǒng)，用于減少或避免意外情況給裝置、人員、環(huán)境造成損害。因此SIS系統(tǒng)的可靠性就顯得格外重要和關鍵，而SIS系統(tǒng)設計是否滿足工況條件和相關標準的要求，就需要對其進行審查評估。SIL評估技術是一種有針對性的專業(yè)評估方法，其作用為：
??? 1) 使用戶正確認識到SIS系統(tǒng)的作用。在某些情況下，即便SIL等級比較高也不一定能滿足裝置的防護要求。通過SIL評估，可以指出SIS系統(tǒng)中哪些環(huán)節(jié)沒有達到要求的SIL等級，并根據(jù)要求有針對性地改進SIS系統(tǒng)，有效避免盲目提高SIL等級造成的投資浪費。
??? 2) 對識別出來SIL等級達不到所需要求的SIS系統(tǒng)，進一步分析其中某些環(huán)節(jié)存在問題的原因，指導用戶對這些不能滿足安全要求的環(huán)節(jié)進行改進，提高其SIL等級。
??? 3) 將HAZOP分析與SIL評估有機地結合起來，可以識別出裝置中大部分的潛在危害。根據(jù)圖2的流程，可以有效地發(fā)現(xiàn)裝置中SIS系統(tǒng)存在的缺陷。
煉油裝置中管道硫化氫腐蝕及防護
長輸燃氣管道的安全保護距離
