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安全完整性技術(shù)(SIL)在我國石化裝置上的應(yīng)用實(shí)踐及思考

文檔作者：朱建新方向榮莊力健陳學(xué)東文檔來源：合肥通用機(jī)械研究院國家壓力容器與管道工程技術(shù)研究中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月04日
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第lO期朱建新等．安全完整性技術(shù)(SIL)在我國石化裝置上的應(yīng)用實(shí)踐及思考
安全完整性技術(shù)(SIL)在我國石化
裝置上的應(yīng)用實(shí)踐及思考
朱建新方向榮莊力健陳學(xué)東
(合肥通用機(jī)械研究院國家壓力容器與管道工程技術(shù)研究中心，合肥230031)
摘要在近年來安全完整性等級(jí)技術(shù)(SIL)對(duì)國內(nèi)12套裝置、220余個(gè)聯(lián)鎖回路開展的安全完整性
分析的基礎(chǔ)上，對(duì)該技術(shù)的發(fā)展、國內(nèi)的應(yīng)用情況和存在的問題進(jìn)行了研究。對(duì)聯(lián)鎖要求的和實(shí)際能達(dá)
到的SIL等級(jí)進(jìn)行深入分析，指出導(dǎo)致安全完整性不足與誤跳車過高的根本原因．并對(duì)石化裝置聯(lián)鎖系
統(tǒng)中存在的典型問題進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞安全完整性技術(shù)工程風(fēng)險(xiǎn)安全不足誤跳車
中圖分類號(hào)+TH862+．79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1000—3932(2012)10-1252·-08
安全完整性技術(shù)，或稱安全完整性等級(jí)(SIL)
技術(shù)，是一種以安全聯(lián)鎖系統(tǒng)(SIS)或緊急停車系
統(tǒng)(ESD)為研究對(duì)象，以定量風(fēng)險(xiǎn)分析為手段，通
過整合對(duì)工藝危險(xiǎn)性、設(shè)備可靠性和保護(hù)充分性
的定量分析，識(shí)別、評(píng)估安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全完整
性要求與能力的一種工程風(fēng)險(xiǎn)分析方法。安全完
整性技術(shù)與基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(RBI)以可靠性為中
心的維護(hù)(RCM)一同構(gòu)成了基于風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)管理
方法的重要內(nèi)容，已在我國石化裝置中得到應(yīng)用，
并取得較好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益?。
安全完整性技術(shù)最初源于國際著名石化公司
的管理技術(shù)，1996年英荷殼牌石油公司(Shell)在
對(duì)下屬各大煉廠的管理技術(shù)進(jìn)行深入總結(jié)后，推
出了《DEP 32．80．10．10一Classification and Imple．
mentation of Instrumented Protective Functions))(儀
表防護(hù)功能的分類與實(shí)現(xiàn))，提出了儀表安全功
能和完整性等級(jí)要求的相關(guān)概念。1996年美國
頒布ANSI／ISA$84．01-1996國家標(biāo)準(zhǔn)，用于指導(dǎo)
安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)¨1，該標(biāo)準(zhǔn)于2003年被國際
電工學(xué)會(huì)所采納，并收入到新推出的流程工業(yè)安
全聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能安全標(biāo)準(zhǔn)IEC61511-2004
中一。。由于其在流程工業(yè)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能安
全方面的作用，2004年先后被美國、歐盟、新加坡
及挪威等國采納為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，我國與IEC61511對(duì)
應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)本地化工作于2007年完成p。。
2004年以來，SIL技術(shù)由合肥通用機(jī)械研究
院等單位引入我國，在國內(nèi)石化公司及國家科技
部的項(xiàng)目支持下，率先開展了SIL技術(shù)在國內(nèi)石
化裝置上的應(yīng)用技術(shù)研究與工程示范。到目前為
止，由合肥通用機(jī)械研究院等單位聯(lián)合組成的課
題組已先后在國內(nèi)鎮(zhèn)海煉化、茂名石、化、天津石
化、蘭州石化以及寧波工程公司等十多套裝置上
進(jìn)行SIL技術(shù)應(yīng)用。筆者對(duì)SIL技術(shù)在上述石化
裝置上的應(yīng)用情況進(jìn)行分析總結(jié)，并提出該技術(shù)
今后在我國石化裝置上的應(yīng)用建議。
1 SIL技術(shù)應(yīng)用
1．1 SIL技術(shù)應(yīng)用情況簡介
國內(nèi)最早應(yīng)用SIL技術(shù)的是鎮(zhèn)海煉化100萬
t／a的I套加氫裂化裝置，該裝置是我國首套國產(chǎn)
化的加氫裂化裝置，年生產(chǎn)能力由最初設(shè)計(jì)時(shí)的
80萬t／a擴(kuò)建而來。2005年，鎮(zhèn)海煉化與合肥通
用機(jī)械研究院、浙江工業(yè)大學(xué)與新加坡環(huán)球咨詢
及服務(wù)公司合作，利用IEC61511國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)首套
國產(chǎn)化的加氫裂化裝置的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行SIL
評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果應(yīng)用于新建的150萬t／a的
Ⅱ套加氫裂化裝置上。2007年，針對(duì)I套加氫裂
化裝置開展的SIL評(píng)估完成后，提出了一系列針
對(duì)儀表系統(tǒng)及工藝設(shè)計(jì)等方面的建議(如循環(huán)氫
壓縮機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的配置、高低壓分離系統(tǒng)聯(lián)鎖的
設(shè)置、安全閥的選型以及循環(huán)氫分離系統(tǒng)換熱器
收稿日期：2012-09-04(修改稿)
萬方數(shù)據(jù)
化工自動(dòng)化及儀表第39卷
的選型)，被新裝置設(shè)計(jì)方認(rèn)可并采納。同年，由
中國石化科技開發(fā)部組織的技術(shù)鑒定會(huì)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)
行了鑒定，認(rèn)為利用SIL技術(shù)提高了裝置運(yùn)行的
安全性與經(jīng)濟(jì)性，為新裝置聯(lián)鎖設(shè)計(jì)提供了參考
依據(jù)，該研究成果總體上達(dá)到了國際先進(jìn)水平，并
建議在其他煉化裝置上推廣使用。
茂名石化有兩套高壓裝置，高壓聚乙烯裝置
的操作壓力高達(dá)290MPa，采用Basell的管式法合
成工藝。此前，該裝置的非計(jì)劃停車每年高達(dá)15
次，單次誤跳的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)600萬元。為確保新
建的Ⅱ號(hào)高壓聚乙烯裝置安全長周期的運(yùn)行，茂
名石化委托合肥通用機(jī)械研究院對(duì)裝置開展了
SIL評(píng)估。2010年，課題組提出的改進(jìn)建議在Ⅱ
號(hào)高壓裝置上應(yīng)用，成功實(shí)現(xiàn)了裝置連續(xù)運(yùn)行
200余天的長周期記錄”’。
除上述裝置外，SIL技術(shù)還在天津石化的加
氫裂化、聚丙烯裝置，鎮(zhèn)海煉化Ⅱ電站、Ⅳ電站
CFB鍋爐，蘭州石化的高壓聚乙烯裝置和由國內(nèi)
某工程公司設(shè)計(jì)的川維石化、重慶化醫(yī)集團(tuán)兩套
甲醇裝置上應(yīng)用，并取得r良好效果。課題組還
參加了國內(nèi)工程公司與國外專利供應(yīng)商就聯(lián)鎖系
統(tǒng)方面的技術(shù)交流，指出存在過度設(shè)計(jì)、聯(lián)鎖安全
完整性等級(jí)過高等問題，已獲得專利供應(yīng)商的認(rèn)
可。此外，SIL技術(shù)作為單項(xiàng)技術(shù)在鎮(zhèn)海煉化的
合成氨裝置氣化爐聯(lián)鎖系統(tǒng)改造中發(fā)揮了作用。
目前，茂名石化新建180萬t／a加氫裂化裝
置、220萬t／a催化裂化裝置，武漢石化180萬t／a
加氫裂化裝置，鎮(zhèn)海煉化百萬噸乙烯裂解裝置，福
建聯(lián)合石化40萬t／a聚丙烯裝置也正開展SIL評(píng)
估。近年來，SIL技術(shù)在各類裝置中的應(yīng)用情況
如圖l所示，涉及到的裝置既包括反應(yīng)器，又包括
壓縮機(jī)、泵、料倉等設(shè)備以及緊急泄壓系統(tǒng)等保護(hù)
系統(tǒng)。
圖I SIL技術(shù)在各類裝置中應(yīng)用
1．2聯(lián)鎖的安全完整性等級(jí)要求及現(xiàn)狀
依據(jù)課題組業(yè)已完成的評(píng)估項(xiàng)目進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)
(不包括新近完成的甲醇裝置及在研裝置)，共對(duì)
227個(gè)聯(lián)鎖回路開展了完整性評(píng)估，評(píng)估顯示聯(lián)
鎖回路中，安全不足與誤跳車過高的情況如圖2
所示。
小址
^j
b．一般回路
圖2 安全不足與誤跳車情況
評(píng)估發(fā)現(xiàn)，在影響裝置安全或?qū)е氯b置停
車的關(guān)鍵聯(lián)鎖回路中，約19％的聯(lián)鎖回路存在安
全無法滿足完整性要求(安全不足)的問題，而關(guān)
鍵聯(lián)鎖回路中誤跳車過高的比例為35％；一般聯(lián)
鎖回路中，安全不足的比例很低(4％)，誤跳車過
高的比例為27％。與國外同類裝置的比較顯示，
在評(píng)估范圍內(nèi)，我國石化裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)存在的完
全不足為14％，略高于國外，而誤跳車的比例為
32％，低于國外的65％。
在全部被評(píng)估的聯(lián)鎖中，各類聯(lián)鎖回路要求
的SIL等級(jí)與可以達(dá)到的SIL等級(jí)分布如圖3所
示。圖3中絕大多數(shù)聯(lián)鎖回路的SIL等級(jí)要求均
在SILl級(jí)以下，安全完整性要求為SIL2一SIIA的
聯(lián)鎖回路僅為6．6％、4．2％、2．8％。在全部聯(lián)鎖
回路中，實(shí)際可達(dá)SILl的聯(lián)鎖回路數(shù)為58．1％，
達(dá)到SIL2、SIL3的聯(lián)鎖回路分別為25．2％、
7．1％，無任何聯(lián)鎖回路可以達(dá)到SIIA。這與
IEC61511標(biāo)準(zhǔn)中SIIA聯(lián)鎖回路不允許在一般流
程工業(yè)中使用的規(guī)定相吻合。圖3中要求為SILb
的聯(lián)鎖回路指的是已設(shè)置聯(lián)鎖回路，但無需由獨(dú)
立第三方進(jìn)行評(píng)估的聯(lián)鎖回路，SILa已設(shè)置但無
需進(jìn)行評(píng)估的聯(lián)鎖。
萬方數(shù)據(jù)
第lo期朱建新等．安全完整性技術(shù)(SIL)在我國石化裝置上的應(yīng)用實(shí)踐及思考
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圖3 課題組評(píng)估的SIL等級(jí)
要求及滿足的情況比較
TUV認(rèn)證的專家與Honeywell依據(jù)各自開展
的SIL技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，分別給出了各自的聯(lián)鎖同
路SIL等級(jí)分布，與本課題組評(píng)估結(jié)果的對(duì)比如
圖4所示。TUV認(rèn)證的專家是對(duì)煉廠1 229個(gè)
SIL評(píng)估結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。61，而Honeywell是依據(jù)對(duì)
392個(gè)聯(lián)鎖回路進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的"l。依據(jù)TUV的評(píng)
估結(jié)果統(tǒng)計(jì)，要求為SILl、SIL2的聯(lián)鎖回路分別
占83．2％、7．0％，部分已設(shè)置聯(lián)鎖回路但安全上
無需進(jìn)行SIL評(píng)估的聯(lián)鎖占9．8％。若按課題組
評(píng)估發(fā)現(xiàn)，要求為SILb實(shí)際上已達(dá)到SILl的聯(lián)
鎖回路需計(jì)入要求為SILl的聯(lián)鎖回路中，其中要
求為SILl的聯(lián)鎖占65．3％，與TUV認(rèn)證專家的
評(píng)估結(jié)果較為接近。該評(píng)估結(jié)果表明，絕大多數(shù)
聯(lián)鎖回路只要達(dá)到SILl即可滿足安全要求。在
Honeywell的評(píng)估中，要求為SILl—SIL4的聯(lián)鎖回
路分別為23％、27％、16％、2％．即聯(lián)鎖回路的安
全完整性要求普遍較高。
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等級(jí)分女i
圖4課題組的評(píng)估結(jié)果與TUV、
Honeywell評(píng)估結(jié)果的比較
1．3聯(lián)鎖回路完整性要求的分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果
作為石化裝置中的重要設(shè)備，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)
在壓縮機(jī)系統(tǒng)與反應(yīng)、分離、泄壓等系統(tǒng)中的應(yīng)用
最為廣泛。課題組針對(duì)這兩類典型聯(lián)鎖回路的評(píng)
估結(jié)果進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)。
壓縮機(jī)系統(tǒng)(包括各類離心式、往復(fù)式壓縮
機(jī))聯(lián)鎖回路要求的與實(shí)際達(dá)到的SIL等級(jí)如圖
5所示。由圖5可以看出，絕大多數(shù)聯(lián)鎖要求的
等級(jí)為SILl及以下，極少數(shù)要求為SIL2。而實(shí)際
k，大多數(shù)聯(lián)鎖均可以達(dá)到SILl甚至SIL2，這其
中包括部分要求為SILa或SILb的聯(lián)鎖回路。這
說明就誤跳車而言，壓縮機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)鎖仍存在較
大的改進(jìn)空間。
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圖5 壓縮機(jī)系統(tǒng)的SIL等級(jí)分布
圖6為其他機(jī)組(泵、風(fēng)機(jī)、電機(jī)等)的SIL等
級(jí)分布，從圖6中仍可以看出絕大多數(shù)聯(lián)鎖均可
以達(dá)到SILl，而部分達(dá)到SIL2與SIL3的聯(lián)鎖主
要存在于CFB鍋爐的風(fēng)機(jī)中，由于對(duì)CFB鍋爐而
言，引風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)爐膛可能出現(xiàn)正壓，因而設(shè)置了
多重保護(hù)(如鍋爐防爆膜等)，故聯(lián)鎖可達(dá)到較高
的等級(jí)。這種高要求的聯(lián)鎖回路實(shí)際是由于工藝
需要而非機(jī)組本體保護(hù)的需要，而大多數(shù)已設(shè)置
的聯(lián)鎖采用常規(guī)設(shè)計(jì)，一般均可以達(dá)到SILl級(jí)。
對(duì)于絕大多數(shù)設(shè)有備臺(tái)，安全能滿足完整性要求
的其他機(jī)組而言，在聯(lián)鎖方面有較大的誤跳車改
進(jìn)空間，一是采用延時(shí)避免不必要的誤跳車，二是
在聯(lián)鎖邏輯上進(jìn)行防誤跳車改進(jìn)。
圖6 其他機(jī)組的SIL等級(jí)分布
與機(jī)組系統(tǒng)不同，反應(yīng)、分離和泄壓系統(tǒng)的
SIL等級(jí)要求明顯要高(圖7)。圖7中要求為
SIL2～SIL4的聯(lián)鎖占全部聯(lián)鎖的44％，即近一半
的回路均屬于高SIL等級(jí)要求的聯(lián)鎖。從分布情
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萬方數(shù)據(jù)
1256 化工自動(dòng)化及儀表第39卷
況看，雖然SILl—SIL3的聯(lián)鎖中，實(shí)際達(dá)到的比
例均高于要求的比例，但導(dǎo)致這一情況的原因是
部分SIL等級(jí)要求較高的聯(lián)鎖(如SIL4的聯(lián)鎖回
路)，由于配置等方面問題無法滿足要求，只能達(dá)
到相對(duì)稍低的等級(jí)(如S1L3)，因而導(dǎo)致實(shí)際情況
看似好于要求。分析發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)、分離和?|f}壓系統(tǒng)
是安全無法滿足要求的聯(lián)鎖的重要來源。
零
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DCS SII．a(chǎn) SI!山SII．I SIL2 SIL3 S11．4
等級(jí)分女i
圖7反應(yīng)、分離二泄壓系統(tǒng)的SIL等級(jí)要求
1．4代表性的問題
從總體評(píng)估情況看，實(shí)際裝置的聯(lián)鎖系統(tǒng)中，
相當(dāng)比例的聯(lián)鎖存在不合理、安全無法滿足要求
或誤跳車過高的情況。從問題的根源看，設(shè)計(jì)過
程中考慮不周是導(dǎo)致出現(xiàn)這些問題的重要原因。
這其中有不少具有代表性的聯(lián)鎖問題，值得深思。
如某國產(chǎn)化的加氫裂化裝置的反應(yīng)餾出物高
低分系統(tǒng)中，未設(shè)置避免高低分串壓的緊急切斷
聯(lián)鎖回路，依據(jù)操作規(guī)程，此類防串壓操作由操作
工完成。而經(jīng)工藝計(jì)算發(fā)現(xiàn)，一旦儀表系統(tǒng)故障
(如閥門全開)，操作工接到液位報(bào)警至發(fā)生串壓
的時(shí)間為34．8s，即操作工根本無足夠的時(shí)間處
理故障。而低分上安全閥的選型不當(dāng)(主要原因
為設(shè)計(jì)過程中對(duì)管流阻力的高估和對(duì)管道尺寸的
圓整放大)也是導(dǎo)致聯(lián)鎖安全完整性無法滿足要
求的重要原因。由于上述原因，本例中聯(lián)鎖的
SIL要求為SIIA，實(shí)際上根本無法滿足該安全要
求。該問題反映出采用新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)老裝置進(jìn)行SIL
評(píng)估可能出現(xiàn)的問題，另_方面也暴露出設(shè)計(jì)階
段考慮不足的問題。
某高壓聚乙烯裝置采用高壓管式反應(yīng)法生產(chǎn)
聚乙烯，為避免乙烯的自分解，反應(yīng)器上設(shè)置了大
量的聯(lián)鎖進(jìn)行保護(hù)。由于儀表系統(tǒng)引起的裝置非
計(jì)劃停車過多，為確保裝置長周期運(yùn)行，現(xiàn)場對(duì)發(fā)
生誤跳車而無法及時(shí)修復(fù)的傳感器采用旁路處
理。依據(jù)系統(tǒng)配置，反應(yīng)器上相鄰的4個(gè)溫度傳
感器連入到同一塊輸入卡件中。由于I／O卡件選
型不合理，無法單獨(dú)旁路其中一路輸入信號(hào)，為確
保生產(chǎn)得以繼續(xù)．不得不對(duì)整塊卡件進(jìn)行旁路，導(dǎo)
致反應(yīng)器L連續(xù)40m無任何聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)施。過
程安全分析表明，上述處理后，最壞情況發(fā)生時(shí)，
反應(yīng)器上緊急泄壓閥將延遲13．6s開啟，此時(shí)聯(lián)
鎖已無法滿足安全完整性要求，具有極大的風(fēng)
險(xiǎn)¨1。該安全完整性不足的原因是聯(lián)鎖改造中的
安全問題。
某乙烯裂解裝置在試車過程中，裂解氣壓縮
機(jī)發(fā)生嚴(yán)重的高速反轉(zhuǎn)事故，致使該壓縮機(jī)的進(jìn)
V1干氣密封嚴(yán)重?fù)p壞，導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失并導(dǎo)
致裝置延期交付。分析事故原因發(fā)現(xiàn)，該型壓縮
機(jī)雖已設(shè)置了相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)，但由于乙烯裂解
氣出LI的止回閥位置設(shè)置不合理，且聯(lián)鎖無足夠
的安全完整性等級(jí)以避免反轉(zhuǎn)事故的發(fā)生。事故
暴露出聯(lián)鎖設(shè)it‘與工藝相匹配的必要性，也反映
出工藝設(shè)計(jì)中存在的問題導(dǎo)致聯(lián)鎖的安全要求過
高的情況。類似的問題在某甲醇裝置的壓縮機(jī)中
仍然出現(xiàn)，值得深思。
除安全完整性不足外，誤跳車也是SIL技術(shù)
應(yīng)用中的突出問題。某化工裝置采用環(huán)管反應(yīng)器
生產(chǎn)聚合物，在主反應(yīng)器前設(shè)置了小環(huán)管進(jìn)行預(yù)
聚合，預(yù)聚合反應(yīng)器內(nèi)原料循環(huán)冷卻，反應(yīng)生成的
低濃度聚合物再送人主反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)一步聚合，當(dāng)
聚合物在小環(huán)管內(nèi)發(fā)乍暴聚時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致用于
物料循環(huán)的循環(huán)泵過載燒壞。裝置設(shè)置了相應(yīng)的
聯(lián)鎖以避免該問題的發(fā)生(即當(dāng)檢測到暴聚發(fā)生
時(shí)，立即停泵以避免危險(xiǎn))，但由于聯(lián)鎖系統(tǒng)可能
存在誤跳車，導(dǎo)致循環(huán)泵在正常預(yù)聚過程中停止，
由于泵停運(yùn)后循環(huán)冷卻將無法進(jìn)行，部分區(qū)域的
反應(yīng)熱無法撤出，直接后果是物料在小環(huán)管內(nèi)發(fā)
生暴聚，堵塞小環(huán)管，一旦事故發(fā)生，小環(huán)管將長
時(shí)間無法投用。此處循環(huán)泵聯(lián)鎖的設(shè)置就存在嚴(yán)
重的誤跳車問題，誤跳車的后果甚至超過拒動(dòng)作
的后果，此類聯(lián)鎖在化工裝置中具有代表性，是典
型的聯(lián)鎖應(yīng)用問題。
某化工裝置采用國外專利技術(shù)，由天然氣制
甲醇。專利供應(yīng)商為確保裝置建成后免責(zé)，對(duì)裝
置聯(lián)鎖的要求很高，并且規(guī)定建設(shè)過程中必須滿
足其提出的SIL要求，否則不保證裝置安全。研
究發(fā)現(xiàn)，該類裝置的200多個(gè)聯(lián)鎖回路中，要求為
SIL2的聯(lián)鎖占了50％以上，與課題組已開展過
們"如”加”Ⅲ，o
萬方數(shù)據(jù)
第10期朱建新等．安全完整性技術(shù)(SIL)在我國石化裝置上的應(yīng)用實(shí)踐及思考
SIL評(píng)估的裝置和TUV的評(píng)估結(jié)果存在很大差
距。由于該聯(lián)鎖的要求很高，導(dǎo)致聯(lián)鎖中使用的
儀表不得不完全采購國外供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，并
且要求聯(lián)鎖設(shè)備經(jīng)SIL認(rèn)證。課題組匯同國內(nèi)設(shè)
計(jì)方經(jīng)過與國外專利供應(yīng)商溝通，提出的降低聯(lián)
鎖SIL等級(jí)要求的建議得到國外專利供應(yīng)商的認(rèn)
可。
2若干問題討論
2．1 SIL技術(shù)與我國的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)的
不同
石化裝置的安全完整性等級(jí)技術(shù)作為一項(xiàng)在
國外備受關(guān)注，具有發(fā)展?jié)摿Φ牧鞒坦I(yè)安全技
術(shù)，近年來得到快速發(fā)展。IEC61511標(biāo)準(zhǔn)已在國
外很多工業(yè)發(fā)達(dá)國家成為事實(shí)上的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，我
國與該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的推薦國家標(biāo)準(zhǔn)也已于2007年
頒布。但總體而言，我國在SIL技術(shù)配套的相關(guān)
技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)等方面存在滯后問題：
a．定量風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)的缺乏使得SIL評(píng)估
的權(quán)威性與公正性受到影響。SIL技術(shù)體系中，
強(qiáng)調(diào)包括儀表安全聯(lián)鎖系統(tǒng)在內(nèi)的保護(hù)措施的完
整性要求與定量風(fēng)險(xiǎn)控制目標(biāo)相適應(yīng)，并以此為
基準(zhǔn)判斷聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全完整性。如新加坡制定
的風(fēng)險(xiǎn)控制要求規(guī)定，人員職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)為1×10“／
人·年的范圍應(yīng)嚴(yán)格控制在廠區(qū)范圍內(nèi)；英國、荷
蘭、香港等國家或地區(qū)都制定了人員職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)∽。。
根據(jù)我國近十幾年的職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)，石化行業(yè)每
十萬人平均死亡人數(shù)為21．6，高于國外規(guī)定的風(fēng)
險(xiǎn)控制線¨?，但我國在人員職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)方面并未設(shè)
定風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)，一些針對(duì)石化裝置開展的SIL
技術(shù)評(píng)估不得不依據(jù)國外標(biāo)準(zhǔn)，影響了評(píng)估結(jié)果
的權(quán)威性與公正性。如某采用國外專利商工藝包
建設(shè)的化工裝置中，聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)據(jù)稱采
用歐洲標(biāo)準(zhǔn)，裝置中聯(lián)鎖的等級(jí)普遍高于同類裝
置。而同樣由該專利商總承包的其他同類裝置
中，聯(lián)鎖的SIL等級(jí)卻普遍低于國內(nèi)裝置?？梢?，
標(biāo)準(zhǔn)的采納已嚴(yán)重影響到裝置的成本控制與建成
后的長周期運(yùn)行。
b．與SIL相關(guān)的產(chǎn)品可靠性評(píng)估和認(rèn)證工
作嚴(yán)重滯后?？煽啃栽u(píng)估是SIL評(píng)估的基礎(chǔ)，如
何確保所評(píng)估的設(shè)備具有足夠的可靠性，必須依
賴于可靠性評(píng)估與認(rèn)證。歐洲與美國的一些評(píng)估
機(jī)構(gòu)已率先開展了產(chǎn)品的SIL認(rèn)證工作，這些認(rèn)
證與評(píng)估的數(shù)據(jù)是開展SIL技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)性數(shù)
／
據(jù)。國內(nèi)某采用國外專利商工藝包設(shè)計(jì)的大型裝
置中，外方明確提出了裝置安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的完整
性要求。依據(jù)該要求，所有用于聯(lián)鎖的設(shè)備均需
第三方進(jìn)行SIL認(rèn)證，僅該要求就把國內(nèi)大量的
聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商擋在門外。國內(nèi)到目前為止
還沒有開展聯(lián)鎖設(shè)備SIL認(rèn)證的機(jī)構(gòu)，也無此類
可靠性認(rèn)證規(guī)范。隨著安全可靠性要求的日益嚴(yán)
格，我國在聯(lián)鎖設(shè)備的制造領(lǐng)域?qū)⒚媾R更大的挑
戰(zhàn)。
c．SIL評(píng)估的法律地位。1996年國際儀表
學(xué)會(huì)(ISA)頒布ISA 84．01．1996標(biāo)準(zhǔn)后，該標(biāo)準(zhǔn)
被美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(ANSI)采納為國家標(biāo)準(zhǔn)。
美國環(huán)保署和美國職業(yè)安全與健康管理局最終將
該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可為可接受的工業(yè)應(yīng)用(Accepted In—
dustry Practice，OSHA 1910．119)，并確立了其法
律地位。自1997年3月以來，美國國內(nèi)應(yīng)用的安
全聯(lián)鎖系統(tǒng)必須依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)?。。英國
HSE(Health and Safety Executive)也將IEC61508
標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可為一個(gè)良好的工業(yè)應(yīng)用，確立了功能安
全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的法律地位¨“。實(shí)際上，IEC61508／
61511標(biāo)準(zhǔn)已被APl521和ASME Code Case2211
認(rèn)可為可接受的標(biāo)準(zhǔn)，具有相應(yīng)的事實(shí)上的法律
地位¨3’14o。我國現(xiàn)行的有關(guān)承壓設(shè)備的法規(guī)體
系中，提出了設(shè)備檢驗(yàn)的強(qiáng)制要求，但針對(duì)安全聯(lián)
鎖系統(tǒng)等安全控制系統(tǒng)并無相關(guān)的規(guī)定。由于缺
乏法規(guī)層面強(qiáng)有力的支持，是否開展SIL評(píng)估以
及是否將SIL評(píng)估結(jié)果付諸實(shí)施，主體責(zé)任全部
由裝置的管理部門承擔(dān)，這嚴(yán)重影響了SIL技術(shù)
的推廣和應(yīng)用。
2．2 SIL技術(shù)在裝置設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用
依據(jù)國外一項(xiàng)研究成果，由于安全相關(guān)的控
制系統(tǒng)引起的事故中約44％的源于設(shè)計(jì)階段的
考慮不周¨5’“1。工藝不安全、設(shè)備的選型不合
理、聯(lián)鎖的充分必要性不明確、聯(lián)鎖的誤跳車無控
制要求以及聯(lián)鎖邏輯錯(cuò)誤等都是導(dǎo)致聯(lián)鎖問題的
原因，因此在裝置的設(shè)計(jì)階段對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)開展
SIL評(píng)估具有極其重要的意義。綜合業(yè)已開展的
評(píng)估發(fā)現(xiàn)，由于設(shè)計(jì)階段考慮不周引起的聯(lián)鎖系
統(tǒng)安全完整性不合理的原因可以歸為以下幾類：
a．工藝不合理或工藝設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。工藝問題
體現(xiàn)在工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致聯(lián)鎖無法起到很好的
保護(hù)作用或聯(lián)鎖的SIL要求過高。如安全閥設(shè)計(jì)
排量不足導(dǎo)致防串壓聯(lián)鎖的安全完整性要求過高
萬方數(shù)據(jù)
1258 化工自動(dòng)化及儀表第39卷
(達(dá)到SIL4)；壓縮機(jī)出口止回閥與壓縮機(jī)距離過
遠(yuǎn)導(dǎo)致壓縮機(jī)防反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖的SIL要求過高(SIL2
或更高)且起不到好的保護(hù)作用；加熱爐爐管出
口缺少止回閥導(dǎo)致爆管時(shí)物料反串，需要聯(lián)鎖進(jìn)
行保護(hù)；高低壓分離器之間的換熱器設(shè)計(jì)壓力不
足導(dǎo)致串壓時(shí)下游安全閥起不到相應(yīng)的保護(hù)作用
等。
b．不合理的聯(lián)鎖設(shè)計(jì)。不合理的聯(lián)鎖設(shè)計(jì)
在已評(píng)估的裝置中十分普遍，如合成氨氣化爐的
燃料油回流閥置于流量傳感器的下游，導(dǎo)致異常
情況下進(jìn)入氣化爐的燃油真實(shí)流量過低而聯(lián)鎖無
法動(dòng)作；管式反應(yīng)器防飛溫聯(lián)鎖傳感器過度設(shè)計(jì)
導(dǎo)致誤跳車每年高達(dá)15次以上；主備泵中對(duì)一臺(tái)
泵的聯(lián)鎖旁路導(dǎo)致另一臺(tái)泵同時(shí)也被旁路而聯(lián)鎖
無任何報(bào)警；緊急泄壓聯(lián)鎖閥采用故障時(shí)關(guān)(FC)
的非故障安全型設(shè)置方式導(dǎo)致斷電或斷氣時(shí)無法
執(zhí)行緊急泄壓；裝置聯(lián)鎖的SIL要求普遍過高帶
來的成本增加及誤跳車過高等。
c．其他原因。除上述兩類原因外，還有一些
在設(shè)計(jì)階段由于其他問題(如聯(lián)鎖設(shè)備選型問
題、設(shè)備安裝問題)引起的聯(lián)鎖問題也值得深思。
如采用無法進(jìn)行單通道旁路，只能進(jìn)行整塊卡件
(每個(gè)卡件上設(shè)多通道)旁路的輸入輸出卡，或由
于無足夠安裝空問而使用帶切斷功能的調(diào)節(jié)閥作
為聯(lián)鎖閥等，都屬于此類問題。
依據(jù)IEC61511標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任
務(wù)書包括的內(nèi)容十分廣泛，涉及到聯(lián)鎖系統(tǒng)中包
括的聯(lián)鎖功能、聯(lián)鎖執(zhí)行的條件及原因、執(zhí)行成功
與否的標(biāo)準(zhǔn)、執(zhí)行的后果、聯(lián)鎖的等級(jí)要求、誤跳
車要求、冗余要求以及共因失效控制要求等很多
方面。但實(shí)際上在絕大多數(shù)情況下，我國在石化
裝置的建設(shè)過程中，未能嚴(yán)格按照IEC61511標(biāo)準(zhǔn)
的規(guī)定對(duì)聯(lián)鎖的設(shè)計(jì)提出詳細(xì)的設(shè)計(jì)任務(wù)書，使
得一些聯(lián)鎖中存在的問題被帶入到運(yùn)行階段，以
至于裝置運(yùn)行后不得不花費(fèi)數(shù)倍的人力、物力來
解決聯(lián)鎖中出現(xiàn)的上述問題。因此，在裝置的設(shè)
計(jì)階段開展SIL評(píng)估是最有意義且最經(jīng)濟(jì)的。
2．3 SIL評(píng)估建議的實(shí)施
開展聯(lián)鎖系統(tǒng)的SIL評(píng)估將形成涉及工藝、
設(shè)備、儀表和安全管理方面的改進(jìn)建議和措施，如
何將這些建議、措施應(yīng)用于實(shí)踐，決定了SIL技術(shù)
應(yīng)用的效果。依據(jù)我國石化企業(yè)目前的運(yùn)行現(xiàn)
狀，若要對(duì)SIL評(píng)估結(jié)果進(jìn)行應(yīng)用，必須經(jīng)過由業(yè)
主、設(shè)計(jì)單位和管理部門的共同認(rèn)可。但對(duì)于一
些早期建設(shè)的石化裝置，依據(jù)新頒布的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施
的評(píng)估形成的改進(jìn)建議要獲得原設(shè)計(jì)單位的認(rèn)
可，困難重重。特別是對(duì)涉及工藝改進(jìn)、聯(lián)鎖改造
方面的建議，由于不同部門在改進(jìn)建議實(shí)施過程
中承擔(dān)的責(zé)任與獲得的利益不同，更給改進(jìn)建議
的應(yīng)用帶來極大的障礙。
SIL是一種系統(tǒng)的評(píng)估方法，該評(píng)估結(jié)論的
獲得，凝聚了包括工藝、設(shè)備、儀表以及裝置日常
管理等專業(yè)的專家共同的智慧，形成的建議也充
分反映了各專業(yè)專家的意見，因而提出的改進(jìn)建
議與措施具有很強(qiáng)的針對(duì)性與可操作性。如何使
改進(jìn)建議在裝置上獲得順利實(shí)施，還需要探索相
應(yīng)的機(jī)制。
2．4 SIL評(píng)估的軟件
開展SIL評(píng)估主要需要就裝置的危險(xiǎn)性和風(fēng)
險(xiǎn)進(jìn)行定量分析，依據(jù)裝置風(fēng)險(xiǎn)的可接受標(biāo)準(zhǔn)確
定聯(lián)鎖需要的SIL等級(jí)并依據(jù)聯(lián)鎖的設(shè)置和設(shè)備
的選型，計(jì)算聯(lián)鎖的可靠性。對(duì)于復(fù)雜的聯(lián)鎖系
統(tǒng)，不但需要就聯(lián)鎖的充分必要性進(jìn)行工藝分析，
還需要就聯(lián)鎖的可靠性進(jìn)行計(jì)算。由于SIL評(píng)估
涉及的范圍很廣，很難用一個(gè)軟件完成評(píng)估的全
過程。因此，到目前為止，絕大多數(shù)可用于SIL分
析的軟件一般只用于單一目的，如Exida開發(fā)的
exSILentia@軟件可用于聯(lián)鎖回路的可靠性計(jì)算；
SILAlarm@用于聯(lián)鎖報(bào)警的管理；Honeywell開發(fā)
的SafeCalc@只用于依據(jù)聯(lián)鎖的設(shè)置計(jì)算可靠
性。在開展SIL評(píng)估時(shí)，由于不同階段要使用不
同的軟件，數(shù)據(jù)傳遞和文檔管理十分復(fù)雜，加上軟
件的語言的限制，不利于國內(nèi)SIL評(píng)估技術(shù)的發(fā)
展。
在石化裝置上開展多年SIL評(píng)估實(shí)踐的基礎(chǔ)
上，本課題組研發(fā)了國內(nèi)首款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)
的SIL評(píng)估軟件——通用過程工業(yè)功能安全完整
性評(píng)估系統(tǒng)。該軟件集成了SIL分析、聯(lián)鎖可靠
性計(jì)算、保護(hù)層分析及標(biāo)準(zhǔn)符合性檢查等功能，是
目前為止集成度較高，且經(jīng)過大量工程實(shí)踐驗(yàn)證
的軟件。該軟件已在天津、蘭州、茂名及寧波等地
的石化裝置SIL評(píng)估中應(yīng)用，表現(xiàn)出良好的性能，
可用于今后在國內(nèi)石化裝置的SIL評(píng)估實(shí)踐中。
3 結(jié)論
3．1 在石化裝置上開展SIL評(píng)估表明，我國石化
裝置的代表性聯(lián)鎖回路中，普遍存在聯(lián)鎖安全完
萬方數(shù)據(jù)
第10期朱建新等．安全完整性技術(shù)(SIL)在我國石化裝置上的應(yīng)用實(shí)踐及思考1259
整性不足與誤跳車過高問題。針對(duì)石化裝置開展
SIL評(píng)估對(duì)解決上述聯(lián)鎖中的問題具有切實(shí)作
用，從這個(gè)意義上說，SIL技術(shù)是提高石化裝置的
安全長周期運(yùn)行水平的重要手段，建議進(jìn)行推廣。
3．2在已開展的SIL評(píng)估實(shí)踐中，絕大多數(shù)聯(lián)鎖
的問題均可追溯到設(shè)計(jì)階段，可見在設(shè)計(jì)階段對(duì)
開展裝置的SIL評(píng)估是十分必要的。評(píng)估發(fā)現(xiàn)的
這些問題與IEC61511標(biāo)準(zhǔn)提出的在裝置設(shè)計(jì)階
段進(jìn)行SIL評(píng)估的要求是一致的。一些在設(shè)計(jì)階
段遺留的問題，如工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等方面的考
慮不周將導(dǎo)致聯(lián)鎖要求的急劇上升，也給裝置建
成后聯(lián)鎖的改造帶來很大困難，因此建議在新建
裝置的設(shè)計(jì)階段開展大規(guī)模的SIL技術(shù)應(yīng)用。
3．3 SIL技術(shù)在國外石化行業(yè)已獲得廣泛應(yīng)用，
部分采用國外專利技術(shù)興建的裝置中，聯(lián)鎖的安
全完整性要求已不斷提高。在已經(jīng)開展的SIL技
術(shù)應(yīng)用中，充分吸收國外評(píng)估技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)形成
我國的SIL技術(shù)體系及規(guī)范無疑提供了豐富的經(jīng)
驗(yàn)。建議我國盡快著手SIL的技術(shù)體系及規(guī)范方
面的工作，以建立符合我國特點(diǎn)，又與國外接軌的
SIL技術(shù)與法規(guī)體系，提高石化行業(yè)的整體競爭
力。
3．4 SIL技術(shù)的發(fā)展，不但要積極加強(qiáng)與國外權(quán)
威機(jī)構(gòu)的交流，還需要針對(duì)我國石化的特點(diǎn)開展
細(xì)致的研究工作。建議政府監(jiān)管部門、主要石化
公司以及相關(guān)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)及學(xué)會(huì)組織等加強(qiáng)聯(lián)系，
就SIL技術(shù)成立相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)，引導(dǎo)國內(nèi)SIL
技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。
本課題得到國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目
(2011BAK06802、2012BAKl3803)，安徽省國際科技合作
項(xiàng)目(08080703023)，安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目
(11040606M106)，2009年安徽省博士后研究人員科研項(xiàng)
目，中國石化科技開發(fā)項(xiàng)目(311028)的支持。
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(下轉(zhuǎn)第1322頁)
萬方數(shù)據(jù)
1322
一。化工自動(dòng)化及儀表第39卷
a$m(”nop”)；
Send7290(0x70，OxOd，0x07)；
／／ZLG7290B地址為70H，掃描位數(shù)寄存
器為0DH，顯示位數(shù)為1～8
for(k=0；k<=7；k++)
{XS=shuzi[k]；
Send7790(Ox70，DpRam+k，xs)；
}
PieCtrlRegs．PIEIERl．a(chǎn)ll=M—INT4；／／PIE級(jí)中斷
使能
IER J-M—INTl；／／CPU級(jí)中斷使能
EINT；／／使能全局中斷INTM
ERTM；
while(1)；
6結(jié)束語
現(xiàn)代測量對(duì)儀表的要求越來越高，智能儀表
系統(tǒng)可以配備多個(gè)通道，具有同時(shí)測量多種參數(shù)
或多個(gè)同類參數(shù)的功能。智能儀表的軟件與通用
微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的命
令主要來自鍵盤或通信接口，而智能儀表不僅要
處理來自儀表按鍵、通信接1：3方面的命令實(shí)現(xiàn)人
機(jī)聯(lián)系，而且要有實(shí)時(shí)處理能力，即根據(jù)被控對(duì)象
的實(shí)時(shí)中斷請(qǐng)求，完成各種測量和控制任務(wù)。利
用DSP可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析和處理，實(shí)現(xiàn)多
通道測量和顯示。
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Data Acquisition System with Multi-channels Based on DSP
AI Hong
‘
(School ofAutomation，Beijing Information Science&amp;amp;Technology University，Beijing 100192，China)
Abstract The DSP—based multi·channel data acquisition and display system was expounded，and the memori．
zer circuit’s hardware connection diagram based on 12C bus was presented．including the timer module’s fre—
quency division principle，and the main idea for timer program design as well as the parameter setting of ADC
program design for data acquisition．
Key words data acquisition，timer，display，memorizer
(上接第1259頁)
Application Study on Safety Integrity Level Technology
in Chinese PetrochemicaJInstaIlations
ZHU Jian—xin，F(xiàn)ANG Xiang-rong，ZHUANG Li-jian，CHEN Xue-dong
(National Technical Research Center on Safety Engineering of Pressure Vessels
and Pipelines，Hefei General Machinery Research Institute，Hefei 230031，China)
Abstract Based on analyzing the safety integrity level(SIL)of 220一odd interlocking loops in 12 installations
in China，both SIL application and development at home were discussed，including the problems found in the
application．By analyzing the required and maximum achievable SIL of each SIF in petrochemical installations，
the fundamental causes of lacking safety integrity and the excessive malfunctions were presented，including the
discussion of typical problems which bothering the interlocking system of petrochemical units．
Key words safety integrity level(SIL)，engineering risk，lacking safety integrity，excessive malfunctions
l

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