作者：张毅
最近几年，我们在参与安全仪表系统的新增、改造、验证、审计等工作中，深感我国安全仪表系统及其相关安全保护措施在设计、安装、操作和维护、管理等生命周期各阶段，还存在危险与风险分析不足、设计选型不当、冗余容错结构不合理、缺乏明确的检验测试周期、预防性维护策略针对性不强等问题，安全仪表系统管理工作的规范性亟待加强。随着我国化工装置、危险化学品储存设施规模大型化、生产过程自动化水平逐步提高，同步加强和规范安全仪表系统管理，十分紧迫和必要。
令人欣慰的是，在SIS系统的功能明确、配置、安装调试、评估和管理方面，无论是国家层面还是在大型企业，都相继出台了一系列标准、意见和通知，要求对SIS的各个环节加强管理和规范。中国石化安(2013)259号文件（即“中国石化安全仪表系统安全完整性等级评估管理规定”的通知），指出将在役装置SIL评估纳入日常安全生产管理，同时强调在役生产装置进行安全联锁变更时，应进行SIL评估。国家安全监管总局的安监总管三( 2014) 116号文件，印发了《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》，其中明确要求要“积极推进在役安全仪表系统的评估工作”，2019年底前完成安全仪表系统评估和完善工作。
对于在役安全仪表系统，当务之急是在装置全面开展过程危险分析的基础上，对SIS系统进行全面评估和SIL验证计算，以确保SIS系统满足所需要的风险降低要求，保证工业生产装置的运行安全。
1 SIL验证方法
SIL验证的目的是通过可靠性建模来证实在役或初步设计完成的安全仪表系统( SIS)的每个回路安全完整性等级( SIL)是否满足在设计中提出的目标，若未满足则提出相应的意见与建议，并加以改进，以此保证生产装置和设备的安全运行。在IEC 61511中明确规定，每个安全仪表功能( SIF)的要求时的失效概率PFD应该等于或低于安全要求规格书中指定的失效目标值，并且应该通过计算进行确认。同时在SIS系统生命周期的各个阶段，标准也都规定了要进行有效的评估和确认心。建模方法目前主要有可靠性框图、故障树和马尔科夫模型等几种方法，在此不做详述。SIL验证具体方法如图1所示。
SIL验证的最终结果要满足三个方面的要求：低要求操作模式下的平均故障失效概率PFDavg，通过计算满足标准要求的等级；硬件故障裕度满足标准要求；系统完整性要求，先前使用或IEC 61508认证产品。
2 SIL验证程序
SIL验证程序，涉及流程、需要具备的条件以及不合格时应采取的措施和建议、可靠性数据的采用等多个方面的内容。验证程序主要包括成立验证项目组（专业人员）；准备资料（SIF -览表，表格中应包含安全仪表回路及其SIL分级、所用仪表设备信息、设备失效数据、正在执行的检验测试周期等）；可靠性建模；软件计算(计算出安全失效分数( SFF)，结合硬件故障裕度( HFT)，得出结构约束的安全完整性等级；根据失效数据和可靠性模型，计算要求时的失效概率PFD，并符合SIL要求时的检验测试周期），同时还可根据企业需求，计算关键过程的误停车率；输出报告（计算结果、符合性评价、符合SIL要求的检验测试周期及建议措施等内容）。
其中对出现不符合时的建议和措施是验证中非常重要的一项工作：当计算出的SIL不能达到前期评估时所要求的等级时，在输出报告中会提出建议和改进措施，来提高SIF的安全等级。通常围绕影响SIL的参数并考虑实际情况提出改进建议和措施：如提高单个设备的安全等级，即选用SIL等级高的设备和仪表，使其满足SIL要求；增加冗余并选用合理的结构；缩短SIS的检验测试周期TI；采用基于不同工作原理和测量技术的现场传感器和执行机构；同一类型的仪表采用不同制造商的产品；采用隔爆仪表，减少安全栅等中间环节等。
对在役装置的安全仪表系统不仅需要有原始设计资料，还应包含运行周期中所有详细的变更与故障资料，通常应具备下列资料：HAZOP分析报告；装置相关PID图；SIF/SIL等级报告；SIF详细技术规格；逻辑控制的详细描述；生产周期间的所有变更和故障记录等。
3实例
某化工装置，原设计检验测试周期为24个月，随着该企业管理水平的提高，工艺装置的检修周期计划延长至36个月，现在需验证此装置所配的SIS能否满足检验测试周期同步延长至36个月。下面通过其中一个设备的液位SIF回路LT - 01 - 658（SIL1等级）来进行验证计算（采用美国exida公司exSILentia安全生命周期软件来进行SIL验证计算。该软件能自动生成SIL验证计算报告，报告遵循ANSI/ISA 84. 00. 01:2004、IEC 61508、IEC61511等标准）。当设备液位高时联锁关闭蒸汽阀组（FCV -01 -681和EV - 01 - 656）和PCV -01 - 616，以避免设备内部高压导致事故发生，造成人员伤亡和设备损坏。工艺简图如图2所示。
液位SIF回路的输入输出结构见表1，回路可靠性数据见表2，液位SIF回路SIL计算结果见表3。
从SIF回路PFDavg结果，并结合硬件结构约束和系统完整性，可得出液位SIF回路在检验测试周期延长至36个月，仍满足SIL1的安全等级要求。
4结束语
SIS设计的目标，首先是要满足装置的安全完整性等级要求，衡量标准在于它能否达到要求的平均故障概率PFDav。为了达到装置要求的安全完整性等级，系统必须按照功能安全标准进行设计、实施与维护。而如何保证在役SIS系统正常运行并始终满足装置要求的安全度等级，这就要求在工艺条件变化、检验测试周期延长或联锁变更等各个重要阶段，应及时对在役安全仪表系统开展评估与验证工作，本文介绍的方法及程序等内容能够对在役安全仪表系统的维护和变更管理提供借鉴。
5摘要：针对国内过程工业安全仪表系统( SIS)应用中出现的不规范问题，提出要加强安全仪表系统评估和SIL验证等工作的管理，以确保SIS系统满足所需要的风险降低要求。依据SIS相关标准，介绍了SIL验证的方法、程序、在役安全仪表系统SIL验证时应具备的条件及验证不满足时的建议和措施。对某化工装置中设备液位联锁回路的检验测试周期需要延长的变更要求进行了SIL验证计算，确保了SIS系统的安全应用。
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