SIL方法比较及LOPA在海洋平台的应用

Comparison of the Evaluation M ethods of SIL and LOPA Application in theOfshore PlatformLI Jun，LIU Hong.yan(Ofshore Oil Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300451，China)Abstract：The paper first introduces the role and status of safety instrumented system (SIS)in modem industry pro-cess，and then elaborates classifcation of safety integrity level and comparison of five SIL evaluation methods，finally，focusing on analysis of LOPA method implementation steps and application in ofshore platform，the research has agood application and with abroad prospects。

Key words：safety instrumented system(SIS)；safety instrument functional(SIF)；safety integrity level(SIL)；layer ofprotection analysis(LOPA)；independent protection layer(IPL)海洋石油平台具有高温、高压、易燃、易爆和生产连续性强等特点，是对生产安全有着非常严格要求的行业。因此，为防止事故发生，保证企业的安全稳定运转，-套能够检测装置异常，并对可能发生的潜在危害作出相应动作的系统--安全仪表系统正是基于该 目的被提出来f1。

1 安全仪表系统安全仪表系统 SIS是-种 自动安全保护系统，它是保证正常生产和人身、设备安全必不可少的措施，已发展为工业自动化的重要组成部分。

统计资料表明，过程工业中，由于对 SIS的安全要求不合理以及投产后项目改造过程中对 SIS的改建不恰当所造成的安全事故在全部事故中所 占比重最大。SIS设计不当。-种可能是该跳车时不跳，造成拒动作；另-种可能是不该跳车时跳车.造成误动作。拒动作会造成严重甚至灾难性的后果，误动作的直接后果是装置停车，造成巨额的经济损失。因此开展过程工业安全仪表系统安全评定对于确保过程工业安全具有重要意义。

1.1 安全完整性等级划分IEC61508规定的-项重要定量化要求是安全整体性要求 SIL，安全整体性要求是指在-段固定时间内，在所有条件固定的情况下 ，安全系统达到所需安全功能的可能性。

安全整体性要求等级怪 4个 等级 ：SILl、收稿 日期：2013-01-25：修订日期：2013-04-22作者简介：李俊(1981-)，男，硕士，工程师，研究方向为仪表控制系统方案设计。

自动化与仪表2013(7) 日SIL2、SIL3、SIIA，对安全整体性要求等级指标 ：PFDaverage(平均故障可能性)、RRF(风险降低因子)性能指标做出了如下规定，如表 1所示。

表 1 安全整体性要求等级(SIL)Tab.1 Safety integrity level(SIL)1.2 SIL评估方法比较在IEC 615l1-3中提到了五种确定要求的安全完整性等级的方法：1)半定量法；2)安全层矩阵法；3)半定性法--校正的风险图；4)定性法--风险图；5)保护层分析(LOPA)。其分析比较如表 2所示。

表 2 安全整体性要求等级 (SIL)评估方法 比较Tab.2 Comparison of the evaluation methods of SIL譬 方法描述 号估类型 优缺点确定可容忍的工艺风险：①对存在的风险进行危害和风险评估；②识别所需要的安全功能；③分配安全功能给各个保护层；④确定是否需 半定量：量化了触发事件造要 SIF回路 ；⑤确定 SIF需要的 成的各种后果的概率 ；主要1 主雀 SIL等级。这个方法是先确定可容 是考虑保护层的作用，分析忍的风险概率和各个保护层的故 比较麻烦.不适合多回路的障概率 ，再考虑 SIF回路应该需要 评估。

SIL等级是多少才能使风险概率降低到等于或低于事先确定的可容忍的风险程度。

安全层矩阵法半定性蓥 簧险图这个方法是先识别各个保护层，如物理保护层，安全阀，安全仪表系统报警，操作者和基本工艺控制回路，箍然后确定危险事件的严重程度和风险发生的概率，再根据保护层的数 釜量来确定 SIF回路的 SIL等级.多 。

考虑以下因素：①(c)危险后果；②(F)暴露频率；③ (P)避免危险概率；④(w)需求参数。这个方法是 嚣根据危险对人员、环境和财产的影响程度，发生频率 ，同时考虑人员 銎出现频率和是否能避免事故发生等情况，确定SIF回路的SIL等级。

s性：应用独立保护层.使风险计算更合理；对于触事件的可能性和后果分过于简单。

果比较保守：主要考虑事发生的严重程度和事故率 ，和人为因素 ，但没有虑保护层减轻风险能力。

充 分 结 合 HAZOP和 ORA的分析结果：量化了触发事件的概率和后果的严重度：应用独立保护层.使得风险计算更合理：主要是考虑保护层的作用确定了保护层能降低风险的能力。

2 LOPA方法在海洋平台项 目中的应用2.1 LOPA方法及实施步骤保护层分析法(LOPA)是-种理性地、客观地和基于风险的评估工艺风险的半定量分析方法。LOPA确定安全措施是否足够安全、配置合理和风险降低的程度，确保装置和设备运行可靠。

应用保护层分析法(LOPA)进行 SIL分析主要包含以下步骤：1)建立风险可接受准则(安全和经济等风险矩阵和可接受准则)2)划分系统，识别EUC和SIF3)情景分析(识别危害和后果 )①根据 HAZOP分析结果和会员讨论确认危害；②识别触发事件；③确定触发事件发生的频率；④分析危害造成的后果。

4)识别独立保护层和保护层的风险降低程度5)计算残余风险，确定回路的SIL等级6)根据回路的设计和逻辑关系，确定每个部件的 SIL等级要求2.2 LOPA方法执行应用实例LOPA方法在 PY4-2/5-1详细设计项 目、LF7-2详细设计项目等海洋项 目中得到成功应用.评估结果为平台后续仪表的购置及系统回路的配置都起到了很好的保障作用。

2.2.1 海洋平台系统划分海洋平台系统主要划分为原油处理系统、燃料油处理系统、生产水处理系统 、柴油系统 、开排系统、化学药剂注入系统、氮气系统、淡水系统 、闭排系统、应急发电机系统、热水系统、仪表气系统、FGS系统等。

2.2.2 EUC划分EUC即为安全仪表系统所保护的设备，在系统划分完成后，进行 EUC的确定。LF7-2详细设计项目平台的装置安全仪表系统所保护的 EUC部分为井 口管线、测试管汇、原油外输泵、电脱、开排罐、闭排罐、应急开关间、变压器间等。

2.2-3 安全仪表系统 SIF的确定针对 LF7-2详细设计项 目平台装置确定典型SIS的安全仪表功能，部分表述如表3所示。

表 3 安全仪表 系统的安全仪表功 能Tab.3 Safety instrument functionof safety instrument systemAutomation＆Instrumentation 2013(7)2.2.4 触发事件及发生频率针对 LF7-2详细设计项目平台的装置，识别了造成重大后果的触发事件，并根据标准确定了其发生的概率，如表 4所示。

表 4 触发事件及发生频率Tab.4 Frequencies of the initialing causes2.2.5 后果LF7-2详细设计项 目后果评估因素主要为安全、环境、名誉及财产。安全后果评估主要特征为泄漏液体、泄漏速度、人员暴露时间等；环境后果评估主要特征为泄漏液体 、泄漏速度等 ；名誉后果评估主要特征为环境污染 、人员伤害等；财产后果评估主要特征为维修费用、停产时间等。

2.2.6 独立保护层根据独立保护层的定义，同时参考相关标准中对于保护层 PFD的范围.结合 LF7-2详细设计项 目平台实际情况.确定的保护层如表 5所示。

表 5 该项 目采用独立保护层的 PFD值Tab.5 Typical I PLs and associated PFD of this project2.2.7 SIL等级的确定根据风险矩阵与危险发生的可接受频率的差值，定义出SIF回路的SIL等级，如表6所示。SIL评估的量化结果，对合理购置设备起到了关键作用。

表 6 SIL等级的确定Tab.6 Determine of SILa动化与仪表 2013(7)2.2.8 典型 SIF的 PFD的选取在采购安全仪表系统的产品或设计安全仪表系统回路时应参照如上评估所需的SIL等级和 PFD值，对于ESD回路和FGS回路中的PFD的选取如下：(1)对于典型的SIL3回路 ，PFDIE-3，回路配置：触发器 3选 2，PLC 2选 1，执行器 1选 1。

单个触发器 PFD<2.2xlO单个 PLC PFD

触发器 PFD<3xl0单个 PLC PFD

3 结语安全仪表系统和安全仪表功能的选择和设计是过程工业安全生命周期中的重要组成部分，安全生命周期的每-阶段都至关重要，无论是分析阶段，还是实施和操作阶段。严格按照相关国际标准和规范设计使用安全仪表系统，能够有效地降低风险，从而保证平台生产的安全运行 。

LOPA方法区别于定性分析采用定量分析定义SIL级别，评估结果受人为因素影响较小，结合利用HAZOP和 QRA分析结果，具有风险分析的延续性，针对较复杂回路进行定量分析有较大优势。目前，在PY4-2/5-1详细设计项目、LF7-2详细设计项 目等海洋项 目中得到成功应用，评估结果为平台后续仪表的购置及系统回路配置都起到了很好的保障作用。