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1、(10)申请公布号 CN 103970091 A (43)申请公布日 2014.08.06 CN 103970091 A (21)申请号 201410146617.4 (22)申请日 2014.04.11 G05B 19/418(2006.01) (71)申请人 中国石油化工股份有限公司 地址 100728 北京市朝阳区朝阳门北大街 22 号 申请人 中国石油化工股份有限公司青岛安 全工程研究院 (72)发明人 李荣强 (74)专利代理机构 上海申新律师事务所 31272 代理人 张惠明 (54) 发明名称 减少泵误停车的安全联锁方法 (57) 摘要 本发明涉及一种减少泵误停车的安全联锁方 法。
2、， 主要解决现有技术中泵误停车率较高的问题。 本发明通过采用一种减少泵误停车的安全联锁方 法， 通过泵的危险与风险分析， 确定与泵相关的安 全仪表系统的安全完整性等级 （SIL） ， 通过变更 泵的各个安全联锁回路的冗余结构， 来降低泵的 误停车率 （STR） ， 包括以下几个步骤 ：（1） 泵的安 全仪表功能 （SIF） 回路的辨识 ；（2） SIL 定级， 应用 保护层分析 （LOPA） ， 确定各个泵的 SIF 回路所需 的 SIL ；（3） 进行 SIL 等级验证计算 ；（4） 调整泵 的SIF回路的冗余结构， 降低泵的STR的技术方案 较好地解决了上述问题， 可用于泵的安全联锁中。 。
3、(51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103970091 A CN 103970091 A 1/1 页 2 1. 一种减少泵误停车的安全联锁方法， 通过泵的危险与风险分析， 确定与泵相关的安 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， 通过变更泵的各个安 全联锁回路的冗余结构， 来降低泵的误停车率 （STR） ， 包括以下几个步骤 ： （1） 泵的安全仪表功能 （SIF） 回路的辨识 ； （2） SI。
4、L 定级， 应用保护层分析 （LOPA） ， 确定各个泵的 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） 调整泵的 SIF 回路的冗余结构， 降低泵的 STR。 2. 根据权利要求 1 所述减少泵误停车的安全联锁方法， 其特征在于所述 SIF 回路的辨 识， 根据泵的工艺流程图 （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。。
5、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所述减少泵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 所述减少泵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 所述减少泵误停车的安全联锁方法， 其特征在于所述安全联锁包括 泵的轴承振动高高联锁、 泵的。
6、轴承温度高高联锁、 电机绕组温度高高联锁、 泵的润滑油总管 压力低低联锁等。 权 利 要 求 书 CN 103970091 A 2 1/5 页 3 减少泵误停车的安全联锁方法 技术领域 0001 本发明涉及一种减少泵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 Instrumented System-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。
7、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，。
8、 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 CN201010577606 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 泵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。设计师们为机泵设计了安全仪表系统 （如轴振动。
9、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， 经常会引起机泵误停车， 进而造成整套 装置停工。 0005 如何在保障机泵安全的前提下， 减少机泵的误停车次数， 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泵误停车率较高的问题， 提供一种新的 减少泵误停车的安全联锁方法。 该方法用于泵的安全联锁中， 具有泵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 ： 一种减少泵误停车的安全联锁方 法， 通过泵的危险与。
10、风险分析， 确定与泵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， 通过变更泵的各个安全联锁回路的冗余结构， 来降低泵的误 停车率 （STR） ， 包括以下几个步骤 ：（1） 泵的安全仪表功能 （SIF） 回路的辨识 ；（2） SIL 定级， 应用保护层分析 （LOPA） ， 确定各个泵的 SIF 回路所需的 SIL ；（3） 采用故障树分析 (FTA) 方 说 明 书 CN 103970091 A 3 2/5 页 4 法， 结合专业分析软件进行 SIL 等级验证计算 ；（4） 调整泵的 SIF 回路的冗余结构， 降低泵 的 STR。 0008 上述技。
11、术方案中， 优选地， 所述 SIF 回路的辨识， 根据泵的工艺流程图 （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。
12、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， 所述安全联锁包括泵的轴承振动高高联锁、 泵的轴承温 度高高联锁、 电机绕组温度高高联锁、 泵的润滑油总管压力低低联锁等。 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。
13、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 Syste。
14、ms） 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 （LOPA） ， 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， 。
15、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。
16、法， 解决泵日常运行过程中 “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， 来降低泵的误停车率 说 明 书 CN 103970091 A 4 3/5 页 5 STR， 可以在确保泵安全运行的状况下， 尽可能低的降低泵运行中误动导致停车的频率， 避 免由于泵所引起的非计划停车， 大大提升了泵安全稳定运行， 取得了较好的技术效果。 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。
17、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泵 P-101 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 SIF 回路的辨识， 根据泵的工艺流程图 （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。
18、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， 结果如表 1 所示。 0024 表 1 泵 P-101 安全联锁回路一览表 0025 说 明 书 CN 103970091 A 5 4/5 页 6 0026 2、 安全完整性 （SIL） 定级 0027 对泵 P-101 所辨识出的 11 个 SIF 回路的安全功能、 触发事件或原因、 以及风险状 况等进行了逐项分析和讨论记录。综合考虑人员伤亡风险、 环境影响风险及经济损失风险 所需求的 SIL 等级， 然后选择其中需求较高的 SIL 等级作为特定 SIF 回路需求的 SIL 等级。 SIL。
19、 定级结果如表 2 所示。 0028 表 2P-101 符合性评价结果 0029 0030 0031 注 ： PFD 为要求失效概率 （Probability of Failure on Demand） 。 0032 3、 SIL 验证及 STR 计算 0033 采用故障树分析方法， 建立数学模型， 带入失效数据， 进行 SIL 等级验证计算， 符 合性评价结果如表 2 所示。 0034 采用故障树分析方法， 建立误停车率计算模型， 带入安全失效数据， 进行误停车率 计算。误停车计算模型如附图 2 所示。 0035 计算得到 P-101 的误停车率为 STR1=2.88E-1， 即 P-101。
20、 的误停车率为 0.288 次 / 年。 0036 4、 系统误停车率降低方案 0037 现在， 将 SIF01、 SIF02、 SIF03、 SIF04、 SIF11 的冗余结构全部改为 2oo2， 再次计算 各个安全联锁回路的 PFD 如表 3 所示。 0038 表 3 调整后的 P-101 符合性评价结果 说 明 书 CN 103970091 A 6 5/5 页 7 0039 0040 0041 由以上结果可以看出， 调整冗余结构以后， 仍然能够满足安全仪表系统的可靠性 指标 SIL 等级。 0042 按照以上冗余结构， 建立误停车率计算模型， 如附图 3 所示。 0043 调整误停车率计算模型的冗余结构， 计算得到 ： STR2=1.19E-1， 即 P-101 的误停车 率为 0.119 次 / 年。 说 明 书 CN 103970091 A 7 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103970091 A 8 2/3 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103970091 A 9 3/3 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103970091 A 10 。